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自动控制原理课程设计报告

倒立摆系统的控制器设计
指导教师:
学生:
学号:
专业: 自动化
班级: 2009 级 3 班
设计日期: —
重庆大学自动化学院
2011年12月
重庆大学本科学生课程设计任务书
课程设计题目
倒立摆系统的控制器设计
学院
自动化学院
专业
自动化
年级
已知参数和设计要求:
M:小车质量
m:摆杆质量
b:小车摩擦系数
l:摆杆转动轴心到杆质心的长度
I:摆杆惯量
利用根轨迹法设计控制器,使得校正后系统的性能指标满足:
调整时间
最大超调量
利用频率特性法设计控制器,使得校正后系统的性能指标满足:
(1)系统的静态位置误差常数为10;
(2)相位裕量为 50°;
(3)增益裕量等于或大于10 分贝。
设计或调整PID控制器参数,使得校正后系统的性能指标满足:
调整时间
最大超调量
学生应完成的工作:
1、利用设计指示书中推导的模型及任务书中的实际参数,建立小车倒立摆的实际数学模型。
2、进行开环系统的时域分析。
3、利用根轨迹法设计控制器,进行闭环系统的仿真分析。
4、利用频域法设计控制器,进行闭环系统的仿真分析。
5、设计PID控制器,进行闭环系统的仿真分析。
6、所设计的控制器在倒立摆系统上的实时控制实验。
7、完成课程设计报告。
参考资料:
1、,2005
2、固高科技有限公司. 倒立摆与自动控制原理实验,2005
3、固高科技有限公司. 固高MATLAB实时控制软件用户手册,2005
4、Matlab/Simulink相关资料
5、涂植英,陈今润. 自动控制原理. 重庆:重庆大学出版社,2005
6、胡寿松. 自动控制原理. 北京:科学出版社,2001
7、Katsuhiko . 北京:电子工业出版社,2003
课程设计的工作计划:
1、布置课程设计任务;参考相关资料,消化课程设计内容,进行初步设计(3天);
2、按课程设计的要求进行详细设计(4天);
3、进行实时控制实验,并按课程设计的规范要求撰写设计报告(2天);
4、课程设计答辩,实时控制验证(1天)。
任务下达日期 2011 年 12 月 12 日
完成日期 2011 年 12 月23 日
指导教师(签名)
学生(签名)
目录
1倒立摆系统的研究背景和意义………………………………………1
2小车倒立摆系统模型的假设…………………………………………1
3符号说明………………………………………………………………2
4模型的建立……………………………………………………………2
………………………………………………………2
………………………………………………6
5开环响应分析…………………………………………………………7
6根轨迹法设计超前校正装置函数……………………………………9
…………………………………9
……………………………………………………………9
……………………………………………………10
超前校正装置传递函数的设计…………………………………………11
…………………………………………………………………11
…………………………………………………………………13
………………………………………………………………13
…………………………………………………………………15
7直线一级倒立摆频域法设计…………………………………………17
…………………………………………………………17
…………………………………………………………19
………………………………………………………………19
………………………………………………………19
………………………………………………………20
………………………………………22
……………………………………………………………22
……………………