W194-直线倒立摆的稳定控制算法设计 下载积分：50　资料编号： W194

作品包括:

Word版设计说明书1份，共66页，约18000字

外文翻译一份

开题报告一份

CAD版本图纸，共1张

直线倒立摆的稳定控制算法设计

摘要    

本文首先利用牛顿力学分析的方法和拉格朗日法建立了直线一级、二级、三级倒立摆实物系统的线性状态方程，并在此基础上分析了该系统是不稳定的，同时又是能控的和能观的。基于此本文设计了直线倒立摆系统的机械本体部分，研究了直线一级、二级、三级倒立摆系统的 PID、LQR和状态空间极点配置控制算法，同时利用 MATLAB/Simulink对各个算法进行分析，由仿真结果表明：对于像倒立摆这样的非线性模型，通过对其数学模型的建立，设计相应的控制器,并对其实现控制是可行的。

关键词：直线倒立摆；PID；LQR；状态空间极点配置；仿真

目  录

1 绪论 1

1.1前言 1

1.2倒立摆系统研究背景及意义 1

1.3国内外倒立摆控制研究发展及现状 2

1.4本文主要工作 4

2 倒立摆机械系统设计及实现 5

2.1 倒立摆简介 5

2.2 倒立摆工作特性和工作原理 5

2.2.1工作特性 5

2.2.2系统工作原理 5

2.3系统机械结构设计 6

2.3.1底座设计 6

2.3.2小车部分设计 6

2.3.3 传动部分设计 7

2.3.4 步进电机选择 7

3 一级直线倒立摆系统的建模分析与仿真 10

3.1一级倒立摆模型分析 10

3.1.1系统可观可控性分析 13

3.1.2系统阶跃响应分析 14

3.2一级直线倒立摆控制器设计与仿真 15

3.2.1PID控制器设计及算法仿真 15

3.2.2 LQR控制器设计及算法仿真 18

3.2.3状态空间极点配置控制设计及仿真 20

3.2.4小结 22

4 二级直线倒立摆系统的建模分析与仿真 24

4.1二级倒立摆模型的分析 24

4.1.1二级倒立摆稳定性分析 29

4.1.2能控性能观性分析 29

4.2二级直线倒立摆控制器设计与仿真 30

4.2.1LQR控制器设计及算法仿真 30

4.2.2状态空间极点配置控制设计及仿真 31

4.2.3小结 32

5 三级直线倒立摆系统建模分析与仿真 34

5.1二级倒立摆模型分析 34

5.1.1三级倒立摆稳定性分析 39

5.1.2能控性能观性分析 39

5.2三级直线倒立摆控制器设计与仿真 40

5.2.1LQR控制器设计及算法仿真 40

5.2.2状态空间极点配置控制设计及仿真 41

5.2.3小结 43

6 总结与展望 44

参考文献 45

致谢 46

毕业设计（论文）知识产权声明 47

毕业设计（论文）独创性声明 48

附录 49

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