毕业设计（论文）-直线一级倒立摆控制方法设计.doc

直线一级倒立摆控制方法研究
摘要
倒立摆是机器人技术、控制理论、计算机控制等多个领域、多种技术的有机结合,其被控系统本身又是一个绝对不稳定、高阶次、多变量、强耦合的非线性系统,可以作为一个典型的控制对象对其进行研究。本次设计采用了两种控制倒立摆的方法,即利用PID控制、最优控制LQR控制对直线一级小车倒立摆进行控制,首先对PID控制器、最优控制LQR控制进行了简要的理论分析,最后利用matlab工具对以上控制系统进行了仿真,其结果表明以上控制方法可行且效果明显。PID控制具有结构简单、易于实现以及具有较强的适应性和鲁棒性,并且可以获得良好的动态性能和稳态性能。最优控制LQR控制的实验结果表明,该方法响应速度快、超调小,优化获得的参数使实际控制稳定,证实了该方法的有效性和实用性。
关键词:PID控制,最优控制,倒立摆,matlab

LINEAR INVERTED PENDULUM CONTROL METHOD
ABSTRACT
In this paper, two kinds of method are used to control the inverted pendulum. Namely we use PID control, optimal control LQR control to control an inverted pendulum, and PID controllers, optimal control LQR control are briefly theoretical analysed , the last we use tool of matlab to simulate above control system , the results show that the above control method is feasible and the effect is obvious. PID control has a simple structure which is easy to implement and it has strong adaptability and robustness and can obtain good dynamic performance and static performance. control results of optimal control LQR show that it can produce the fast response, small overshoot and optimize the parameters of the actual control of access to stable. the method which has been confirmed is effective and practical.
KEY WORDS: Inverted pendulum, PID control, optimal control LQR, matlab
目录
前言 1
第1章倒立摆系统 2
倒立摆的简介 2
倒立摆的分类 3
倒立摆的特性 5
控制器的设计方法 6
倒立摆系统研究的背景及意义 6
直线倒立摆控制系统硬件框图 8
第2章倒立摆的数学模型 9
数学模型概述 9
拉格朗日建模法 9
倒立摆系统参数 11
实际数学模型 12
第3章 MATLAB工具软件 13
MATLAB简介 13
SIMULINK仿真 14
SIMULINK仿真建模方法 15
第4章 PID控制 17
PID控制简述 17
国内外的研究现状和发展趋势 18
PID控制器设计 20
PID控制器参数的整定 21
第5章直线一级倒立摆的PID控制 22
直线一级倒立摆的PID控制Simulink仿真 22
直线一级倒立摆的PID仿真程序 25
直线一级倒立摆的PID实时控制 26
第6章直线一级倒立摆LQR控制 29
线性二次最优控制LQR基本原理及分析 29
LQR控制参数调节及仿真 30
直线一级倒立摆LQR控制simulink仿真 32
直线一级倒立摆LQR控制 34
结论 37
谢辞 38
参考文献 39
附录 41
外文资料翻译 45
MATLAB 45
MATLAB简介 51
前言
倒立摆是进行控制理论研究的典型实验平台。由于倒立摆系统的控制策略和杂技运