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本科生毕业设计(论文)开题报告
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设计(论文)题目:一阶倒立摆双闭环PID控制系统设计与仿真
2014年 3 月 6 日

(含国内外的研究现状分析)
项目背景:
一阶倒立摆是典型的快速、多变量、非线性、绝对不稳定系统。对于倒立摆的研究,归根于对平衡问题的研究,而平衡问题在众多领域中都有一定的涉及,倒立摆的控制思路及方法可以在军工、航天、机器人领域和一般工业过程中都有着广泛的用途,例如火箭飞行时的平衡问题、直立机器人的如何平稳的行走;在生活中也有许多倒立摆相关的例子,一般的人通过简单练习就可以
让一个直木棒在手指尖上保持直立,我们对自行车的控制使其平衡,对其中的深层的原理性的倒立摆的研究。对于倒立摆的研究,将有助于人们更好的更深层次的去理解平衡原理,其技术可以在工业控制中得到广泛的应用。
基于以上背景,结合实际情况,根据相关资料,将进行一阶倒立摆双闭环PID控制系统设计与仿真。
研究目的:
本项目目的是设计一个倒立摆的控制系统,使倒立摆这样一个不稳定的被控对象通过引入适当的控制策略使之成为一个能够满足各种性能指标的稳定系统。本系统是基于MATLAB的一阶倒立摆双闭环PID控制系统的建模与仿真,并整定出最优控制参数。使得我们更好了理解一阶倒立摆的数学模型,分析其动态性能,从而制定出更好的控制方案,掌握此控制技术,可以在以后的工作实践中得以应用。
项目意义:
该系统的实现意义在于本系统涉及多方面技术,通过对本系统的设计,可以在实验中去理解控制理论的深奥之处,对倒立摆的研究对于航天器及机器人的控制等现代高科技技术研究有重要的实践意义。
国内外研究现状:
早在60 年代人们就开始了对倒立摆系统的研究1966 年Schaefer 和Cannon 应用Bang Bang控制理论将一个曲轴稳定于倒置位置在60 年代后期作为一个典型的不稳定严重非线性证例提出了倒立摆的概念并用其检验控制方法对不稳定非线性和快速性系统的控制能力受到世界各国许多科学家的重视从而用不同的控制方法控制不同类型的倒立摆成为具有挑战性的课题之一倒立摆的种类很多有悬挂式倒立摆平行倒立摆环形倒立摆平面倒立摆倒立摆的级数可以是一级二级三级四级乃至多级倒立摆的运动轨道可以是水平的还可以是倾斜的(这对实际机器人的步行稳定控制研究更有意义) 控制电机可以是单电机也可以是多级电机。王卫华采用专家模糊控制解决单级倒立摆的稳定问题。张乃尧等人采用模糊双闭环的方案,成功的对单级倒立摆进行了稳定控制。胡叔旖、孙增沂应用基于规则的方法实现了二级倒立摆的稳定控制。刘妹琴、陈际达等采用递归神经网络控制了单级倒立摆。王琳等采用模糊小脑模型控制器仿真控制了单级倒立摆。1994年8月,北京航空航天大学自动化系张明廉教授、沈程智教授领导的人工智能小组,采用拟人智能控制模仿人面对同样问题的解决思路,成功实现了单电机控制三级平面运动倒立摆的控制。李洪兴教授领导的模糊系统与模糊信息研究中心暨复杂系统实时智能控制实验室采用变论域自适应模糊控制理论,于2001年9月实现了三级倒立摆实物系统控制后,又于2002年8月11日在世界上首次成功实现了四级倒立摆实物控制系统。在对倒立摆系统的研究过程中新的控制理论的不断出现,使现有的控制理