倒立摆实验报告总结
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倒立摆实验报告
倒立摆实验报告
机自82
组员:李宗泽 李航 刘凯 付荣
直线一级倒立摆系统建模仿真实验
一、 实验目的:
1、学会收集和查阅资料,学会针对指定控制系统建立数学模型的方法;
2、学会使用Matlab/Simulink建模和仿真的方法;
3、掌握控制器的设计方法,以及控制器参数整定和优化的方法。 4.学习MATLAB工具软件在控制工程中的应用
5.掌握对实际系统进行建模的方法,熟悉利用MATLAB 对系统模型进行仿真,对实验结果进行观察和分析,非常直观的感受控制器的控制作用。 二. 实验设备
计算机及MATLAB.VC等相关软件 三.倒立摆系统介绍
倒立摆是机器人技术、控制理论、计算机控制等多个领域、多种技术的有机结合,其被控系统本身又是一个绝对不稳定、高阶次、多变量、强耦合的非线性系统,可以作为一个典型的控制对象对其进行研究。倒立摆系统作为控制理论研究中的一种比较理想的实验手段,为自动控制理论的教学、实验和科研构建一个良好的实验平台,以用来检验某种控制理论或方法的典型方案
倒立摆实验报告
倒立摆实验报告
机自82
组员:李宗泽 李航 刘凯 付荣
直线一级倒立摆系统建模仿真实验
一、 实验目的:
1、学会收集和查阅资料,学会针对指定控制系统建立数学模型的方法;
2、学会使用Matlab/Simulink建模和仿真的方法;
3、掌握控制器的设计方法,以及控制器参数整定和优化的方法。 4.学习MATLAB工具软件在控制工程中的应用
5.掌握对实际系统进行建模的方法,熟悉利用MATLAB 对系统模型进行仿真,对实验结果进行观察和分析,非常直观的感受控制器的控制作用。 二. 实验设备
计算机及MATLAB.VC等相关软件 三.倒立摆系统介绍
倒立摆是机器人技术、控制理论、计算机控制等多个领域、多种技术的有机结合,其被控系统本身又是一个绝对不稳定、高阶次、多变量、强耦合的非线性系统,可以作为一个典型的控制对象对其进行研究。倒立摆系统作为控制理论研究中的一种比较理想的实验手段,为自动控制理论的教学、实验和科研构建一个良好的实验平台,以用来检验某种控制理论或方法的典型方案
倒立摆带降维观测器实验报告
一、实验目的和要求
(1) 了解倒立摆控制系统的原理和系统组成 (2) 加深对实际控制系统物理组成部分的认识和理解 (3)掌握线性系统控制器的设计、软件算法编制与实现
要求针对直线型一级或二级倒立摆系统,设计状态反馈控制器和状态观测器,完成对小车倒立摆的稳定控制。
二、实验内容和原理
以直线一级或二级倒立摆为研究对象,开展以下实验内容: (1)系统数学模型建模与分析 (2)倒立摆经典控制设计
(3)倒立摆状态反馈控制与状态观测器设计 (4)倒立摆实物控制调试
三、实验项目
(1)倒立摆前馈控制起摆研究 (2)能量控制起摆研究 (3)倒立摆经典控制器设计及调试 (4)倒立摆状态反馈控制器设计及调试
四、实验器材
倒立摆实验系统 GLIP 一套 计算机(MATLAB) 一台
五、操作方法与实验步骤
第一种起摆控制 (一)模型建立
一级倒立摆的模型示意图如下:
1
图1 直线倒立摆一级模型
由[1]可得到运动方程:
(mlcos??bx?(mlcos?)2??(ml)2sin?cos????(M?m)mlcos??u?(I?ml2)(M?m)??(M?m)mlsin?(I?ml2)(M?m)x?(I?ml2)bx?(I?ml2)ml?sin
倒立摆带降维观测器实验报告
一、实验目的和要求
(1) 了解倒立摆控制系统的原理和系统组成 (2) 加深对实际控制系统物理组成部分的认识和理解 (3)掌握线性系统控制器的设计、软件算法编制与实现
要求针对直线型一级或二级倒立摆系统,设计状态反馈控制器和状态观测器,完成对小车倒立摆的稳定控制。
二、实验内容和原理
以直线一级或二级倒立摆为研究对象,开展以下实验内容: (1)系统数学模型建模与分析 (2)倒立摆经典控制设计
(3)倒立摆状态反馈控制与状态观测器设计 (4)倒立摆实物控制调试
三、实验项目
(1)倒立摆前馈控制起摆研究 (2)能量控制起摆研究 (3)倒立摆经典控制器设计及调试 (4)倒立摆状态反馈控制器设计及调试
四、实验器材
倒立摆实验系统 GLIP 一套 计算机(MATLAB) 一台
五、操作方法与实验步骤
第一种起摆控制 (一)模型建立
一级倒立摆的模型示意图如下:
1
图1 直线倒立摆一级模型
由[1]可得到运动方程:
(mlcos??bx?(mlcos?)2??(ml)2sin?cos????(M?m)mlcos??u?(I?ml2)(M?m)??(M?m)mlsin?(I?ml2)(M?m)x?(I?ml2)bx?(I?ml2)ml?sin
倒立摆实验书 - 图文
直线型一级倒立摆系统系列实验
实验九 倒立摆模型建立与仿真
实验目的
1、通过对倒立摆模型理论分析,建立状态空间模型。
2、结合经典控制理论和现代控制理论分析倒立摆系统的稳定性。 3、画出系统的状态、输出响应曲线。 实验指导
1、倒立摆工作原理
倒立摆系统通过计算机、I/O卡、伺服系统、倒立摆本体和光电码盘反馈测量元件组成一个闭环系统,其工作原理框图如图下所示。
图一中光电码盘1由伺服电机自带,小车的位移可以根据该码盘的反馈通过换算获得,速度信号可以通过对位移的差分得到。各个摆杆的角度由光电码盘2测量并直接反馈到I/O卡,而角速度信号可以通过对角度的差分得到。计算机从I/O卡实时读取数据,确定控制决策(电机的输出力矩),并发给I/O卡。I/O卡经过电控箱内部电路产生相应的控制量,驱动电机转动,使小车按控制要求进行运动,以达到控制目的。
图一 倒立摆系统工作原理框图
1
2、倒立摆系统建模
2
3
4
实验内容
1、根据推导的微分方程,以小车的加速度为输入量、摆杆的角度为输出量,写出传递函数。(提示:对微分方程进行拉斯变换)
2、将得到的传递函数,转换为零极点模型和状态
合肥工业大学自动控制理论综合实验倒立摆实验报告
1、把上述参数代入,求解系统的实际模型; a) 摆杆角度和小车位移之间的传递函数;
M=1.096;m=0.109;b=0.1;l=0.25;I=0.0034;g=9.8; n1=[m*l 0 0];d1=[I+m*l^2 0 -m*g*l]; Phi1=tf(n1,d1)
返回:
Transfer function: 0.02725 s^2 -------------------- 0.01021 s^2 - 0.2671
b) 摆杆角度和小车加速度之间的传递函数;
继续输入: n2=[m*l];d2=d1; Phi2=tf(n2,d2) 返回:
Transfer function: 0.02725
-------------------- 0.01021 s^2 - 0.2671
c) 摆杆角度和小车所受外界作用力的传递函数;
继续输入:q=(M+m)*(I+m*l^2)-(m*l)^2; n3=[m*l/q 0 0];d3=[1 b*(I+m*l^2)/q -(M+m)*m*g*l/q -b*m*g*l/q 0]; Phi3=tf(n3,d3) 返回:
Transfer function:
合肥工业大学自动控制理论综合实验倒立摆实验报告
1、把上述参数代入,求解系统的实际模型; a) 摆杆角度和小车位移之间的传递函数;
M=1.096;m=0.109;b=0.1;l=0.25;I=0.0034;g=9.8; n1=[m*l 0 0];d1=[I+m*l^2 0 -m*g*l]; Phi1=tf(n1,d1)
返回:
Transfer function: 0.02725 s^2 -------------------- 0.01021 s^2 - 0.2671
b) 摆杆角度和小车加速度之间的传递函数;
继续输入: n2=[m*l];d2=d1; Phi2=tf(n2,d2) 返回:
Transfer function: 0.02725
-------------------- 0.01021 s^2 - 0.2671
c) 摆杆角度和小车所受外界作用力的传递函数;
继续输入:q=(M+m)*(I+m*l^2)-(m*l)^2; n3=[m*l/q 0 0];d3=[1 b*(I+m*l^2)/q -(M+m)*m*g*l/q -b*m*g*l/q 0]; Phi3=tf(n3,d3) 返回:
Transfer function:
一阶倒立摆项目报告
一阶倒立摆
项 目 报 告
级自动化卓越班小组成员:李迎迎 张婧娴 姚红娟
李艳艳徐 山
13
目录
一、系统概述………………………………………………………1 1.1系统介绍……………………………………………………………1
1.2项目内容……………………………………………………………1 1.3系统分析步骤………………………………………………………1
二、数学建模
2.1受力分析……………………………………………………………2 2.2方框图………………………………………………………………2 三、根轨迹分析
3.1 设计控制器…………………………………………………………7 3.2根轨迹图……………………………………………………………10 四、频域分析
4.1校正后传递函数……………………………………………………11 4.2校正前后波特图……………………………………………………12
五、PID控制
5.1系统加入PID………………………………………………………13 5.2自动调节PID参数…………………………………………………13 5.3加入PID后的阶跃响应……………………………………………1
一阶倒立摆项目报告
一阶倒立摆
项 目 报 告
级自动化卓越班小组成员:李迎迎 张婧娴 姚红娟
李艳艳徐 山
13
目录
一、系统概述………………………………………………………1 1.1系统介绍……………………………………………………………1
1.2项目内容……………………………………………………………1 1.3系统分析步骤………………………………………………………1
二、数学建模
2.1受力分析……………………………………………………………2 2.2方框图………………………………………………………………2 三、根轨迹分析
3.1 设计控制器…………………………………………………………7 3.2根轨迹图……………………………………………………………10 四、频域分析
4.1校正后传递函数……………………………………………………11 4.2校正前后波特图……………………………………………………12
五、PID控制
5.1系统加入PID………………………………………………………13 5.2自动调节PID参数…………………………………………………13 5.3加入PID后的阶跃响应……………………………………………1
倒立摆MATLAB建模
Matlab程序设计
上交作业要求:
1)纸质文档:设计分析报告一份(包括系统建模、系统分析、系统设计思路、程序
及其执行结果)。
2)Matlab程序:按班级统一上交后备查。
题目一:
考虑如图所示的倒立摆系统。图中,倒立摆安装在一个小车上。这里仅考虑倒立摆在图面内运动的二维问题。
图 倒立摆系统
假定倒立摆系统的参数如下。
摆杆的质量:m=0.1g 摆杆的长度:2l=1m 小车的质量:M=1kg 重力加速度:g=10/s2 摆杆惯量:I=0.003kgm2 摆杆的质量在摆杆的中心。
设计一个控制系统,使得当给定任意初始条件(由干扰引起)时,最大超调量? %≤10%,
调节时间ts ≤4s ,使摆返回至垂直位置,并使小车返回至参考位置(x=0)。
要求:1、建立倒立摆系统的数学模型
2、分析系统的性能指标——能控性、能观性、稳定性
3、设计状态反馈阵,使闭环极点能够达到期望的极点,这里所说的期望的极点确定是把系统设计成具有两个主导极点,两个非主导极点,这样就可以用二阶系统的分析方法进行参数的确定
4、用MATLAB 进行程序设计,得到设计后系统的脉冲响应、阶跃响应,绘出相应状态变量的时间响应图。
题目二:
根据自身的课题情况,任意选择