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直线 倒立 稳定 控制 算法 设计 CAD 图纸 PDF

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内容简介：

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The stability of linear inverted pendulum control algorithm designAbstract In this paper，we firstly use the Newton mechanics analysis method and the Lagrange method to establish the linear level 1，level 2，level 3 inverted pendulum linear state equation of real system.In the meantime，the system is unstable by analyzing the linear state equation，but it is also controllable and observable.And then we describe on the physical system of the linear inverted pendulum.This paper studied the linear level 1，level 2，level 3 of the inverted pendulum system PID，LQR and state space pole assignment control algorithm，at the same time analyze various algorithms with MATLAB/Simulink.By the simulation results show that：Be similary to inverted pendulum is for the non-linear model，through its mathematical model，the appropriate design of controller，and in its implementation control is feasiblly. Key words：linear inverted pendulum；PID；LQR；state space pole configuration； simulation I目 录1 绪论11.1前言11.2倒立摆系统研究背景及意义11.3国内外倒立摆控制研究发展及现状21.4本文主要工作42 倒立摆机械系统设计及实现52.1 倒立摆简介52.2 倒立摆工作特性和工作原理52.2.1工作特性52.2.2系统工作原理52.3系统机械结构设计62.3.1底座设计62.3.2小车部分设计62.3.3 传动部分设计72.3.4 步进电机选择73 一级直线倒立摆系统的建模分析与仿真103.1一级倒立摆模型分析103.1.1系统可观可控性分析133.1.2系统阶跃响应分析143.2一级直线倒立摆控制器设计与仿真153.2.1PID控制器设计及算法仿真153.2.2 LQR控制器设计及算法仿真183.2.3状态空间极点配置控制设计及仿真203.2.4小结224 二级直线倒立摆系统的建模分析与仿真244.1二级倒立摆模型的分析244.1.1二级倒立摆稳定性分析294.1.2能控性能观性分析294.2二级直线倒立摆控制器设计与仿真304.2.1LQR控制器设计及算法仿真304.2.2状态空间极点配置控制设计及仿真314.2.3小结32II5 三级直线倒立摆系统建模分析与仿真345.1二级倒立摆模型分析345.1.1三级倒立摆稳定性分析395.1.2能控性能观性分析395.2三级直线倒立摆控制器设计与仿真405.2.1LQR控制器设计及算法仿真405.2.2状态空间极点配置控制设计及仿真415.2.3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47毕业设计（论文）独创性声明48附录49I1 绪论 1.1前言 倒立摆系统是一个非线性自然不稳定系统，是进行控制理论教学及开展各种控制策略的理想验证平台。倒立摆系统的高阶次、不稳定