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ECE 451控制工程Inverted pendulum09/29/2013Introduction:Inverted pendulum is a typical fast,multi-varaibles,nonlinear,unstable system, ithasssicationfiddcontrontofotheinvertedpullum.assumetheininputisastepsignal thegrationalaccelerationg=9.8m/s 2andlinearize1 .匹配模型化Mmass of the car0.5 kg公斤平衡重0.2公斤coefficientoffrictionforccart 0.1 n/m/seclengthtopendulumcenterofmass 0.3 mimassmomentofinertiaofthependulum0. 006 kg.m 2Fforce applied to the cartxcoordinate of cart positionpendulumanglefromvertical (down )从水平方向和垂直方向N=md2dt2(x lsin)Force analysisconsiderthehorizontaldirectioncartforce,we get the equation:Mx=F-bx-Nconsidertthehorizontaldirectionpendulumforce,we get the equation:N=mx mlcos-ml2sin到To get rid of P and N,we get this equation:-Plsin-Nlcos=I邮件待办事宜,引导至与n,toobtainasecondmotionequation :mll2mglmsin=-mlxcosutorepresenttthecontrolledobjectwiththeinputforcef,线性化two motion equationsapplylaplacetransformtotheequationabovethetransferfunctionofangleandpositionLet v=xputtheequationaboveintothesecondequationWe get the transfer function状态空间执行:Solve the algebraic equation,obtain solution as follows:finallywethesystemstatespaceequations .2.PID控制器设计很快就设计好了KD (s ) isthetransferfunctionofthecontroller .g (s ) isthetransferfunctionofthecontrolledcar .Considering that the input r(s)=0,theblockdiagramcanbetransformedas :The output of the system is .num the numerator of the objectden-denominatoroftheobjectnum PID-thenumeratorofthepidcontrollertransferfunctionden PID-thedenominatorofthepidcontrollertransferfunctionThe object transfer function is,in whichPID控制器transferfunctionis现在weaddthecarspositionasanotheroutput,we get a1pos (126,268 ) 运输功能为theoutputofthecarposition isin which,num1,den1,num2,den2areseparatelymeanthecontrolledobject1and object2andpidcontrollernumeratoranddenominator。我得到了那个In which。wecaneastilysimplifiedtheequationas3. Matlab Simulation设计,thecartspositionwillbeignored.underthedesigncriteriatrare :1 ) settlingtimeislessthan5seconds2 ) pendulumshouldnotmovemorethan0. 05 radiansawayfromtheverticalWhen kd=1,k=1,ki=1:numc1=4.5455 0 0 0,denc2=1 4.7273 -26.6364 0.0909 0,num2=-1.8182 0 44.5455 0,denc2=1 4.7273 -26.6364 0.0909 0222222222222222222222222222652 a1pos (126,268 ) k,ki which is the second situation .2. When kd=20,k=300,ki=1:Numc1=4.5455 0 0 0、denc1=0.001 0.09111.3325 0.0001 0 0、numc2=-1.8182 0 44.5455 0、denc2=0.001 0.09111.3325 0.0001 0 0results :MATLAB代码M=0.5;m=0.2;b=0.1;I=0.006;g=9.8;l=0.3;q=(M m)*(I m*l2)/q-(m*l)2;num1=m*l/q 0 0;de n1= 1b * (im * l 2)/q-(m ) * m * g * l/q-b * m * g * l/Q0 ;num2=-(I m*l2)/q 0 m*g*l/q;den2=den1;kd=1;k=1;ki=1;numPID=kd k ki;denPID=1 0;numci=conv (num1 denPID )denc1=polyadd(conv(denPID,den1 ),conv(numPID,num1) )t=0:0.1:20;figure(1)impulse(numc1,denc1,t )title (angle)figure(2)impulse(numc2,denc2,t )title (position)M=0.5;m=0.2;b=0.1;I=0.006;g=9.8;l=0.3;q=(M m)*(I m*l2)/q-(m*l)2;num1=m*l/q 0 0;de n1= 1b * (im * l 2)/q-(m ) * m * g * l/q-b * m * g * l/Q0 ;num2=-(I m*l2)/q 0 m*g*l/q;den2=den1;kd=20;k=300;ki=1;numPID=kd k ki;denPID=1 0;numci=conv (num1 denPID )denc1=polyadd(conv(denPID,den1 ),conv(numPID,num1) )t=0:0.1:20;figure(1)impulse(numc1,denc1,t )title (angle)figure(2)impulse(numc2,denc2,t )title (position)Simulation:输入封闭循环模型和引用以及addistrubbaneceforcepropecepationaddddistrubbaneforceapplied
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