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本科毕业设计论文题目直线倒立摆的稳定控制算法设计系别机电信息系专业机械设计制造及其自动化班级学生学号指导教师2013年5月I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IITHESTABILITYOFLINEARINVERTEDPENDULUMCONTROLALGORITHMDESIGNABSTRACTINTHISPAPER，WEFIRSTLYUSETHENEWTONMECHANICSANALYSISMETHODANDTHELAGRANGEMETHODTOESTABLISHTHELINEARLEVEL1，LEVEL2，LEVEL3INVERTEDPENDULUMLINEARSTATEEQUATIONOFREALSYSTEMINTHEMEANTIME，THESYSTEMISUNSTABLEBYANALYZINGTHELINEARSTATEEQUATION，BUTITISALSOCONTROLLABLEANDOBSERVABLEANDTHENWEDESCRIBEONTHEPHYSICALSYSTEMOFTHELINEARINVERTEDPENDULUMTHISPAPERSTUDIEDTHELINEARLEVEL1，LEVEL2，LEVEL3OFTHEINVERTEDPENDULUMSYSTEMPID，LQRANDSTATESPACEPOLEASSIGNMENTCONTROLALGORITHM，ATTHESAMETIMEANALYZEVARIOUSALGORITHMSWITHMATLAB/SIMULINKBYTHESIMULATIONRESULTSSHOWTHATBESIMILARYTOINVERTEDPENDULUMISFORTHENONLINEARMODEL，THROUGHITSMATHEMATICALMODEL，THEAPPROPRIATEDESIGNOFCONTROLLER，ANDINITSIMPLEMENTATIONCONTROLISFEASIBLLYKEYWORDSLINEARINVERTEDPENDULUM；PID；LQR；STATESPACEPOLECONFIGURATION；SIMULATIONIII目录1绪论111前言112倒立摆系统研究背景及意义113国内外倒立摆控制研究发展及现状214本文主要工作42倒立摆机械系统设计及实现521倒立摆简介522倒立摆工作特性和工作原理5221工作特性5222系统工作原理523系统机械结构设计6231底座设计6232小车部分设计6233传动部分设计7234步进电机选择73一级直线倒立摆系统的建模分析与仿真1031一级倒立摆模型分析10311系统可观可控性分析13312系统阶跃响应分析1432一级直线倒立摆控制器设计与仿真15321PID控制器设计及算法仿真15322LQR控制器设计及算法仿真18323状态空间极点配置控制设计及仿真20324小结224二级直线倒立摆系统的建模分析与仿真2441二级倒立摆模型的分析24411二级倒立摆稳定性分析29412能控性能观性分析2942二级直线倒立摆控制器设计与仿真30421LQR控制器设计及算法仿真30422状态空间极点配置控制设计及仿真31423小结32IV5三级直线倒立摆系统建模分析与仿真3451二级倒立摆模型分析34511三级倒立摆稳定性分析39512能控性能观性分析3952三级直线倒立摆控制器设计与仿真40521LQR控制器设计及算法仿真40522状态空间极点配置控制设计及仿真41523小结436总结与展望44参考文献45致谢46毕业设计（论文）知识产权声明错误未定义书签。毕业设计（论文）独创性声明47附录48
