机械毕业设计（论文）-直线倒立摆的稳定控制算法设计.doc

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
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
全套图纸,加153893706
The stability of linear inverted pendulum control algorithm design
Abstract
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 the meantime,the system is unstable by analyzing the linear state equation,but it is also controllable and then we describe on the physical system of the linear inverted 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/ 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
目录
1 绪论 1
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1
2
4
2 倒立摆机械系统设计及实现 5
倒立摆简介 5
倒立摆工作特性和工作原理 5
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6
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传动部分设计 7
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
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LQR控制器设计及算法仿真 18
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4 二级直线倒立摆系统的建模分析与仿真 24
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5 三级直线倒立摆系统建模分析与仿真 34
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