直线二级倒立摆的PID控制器设计与分析.doc

摘要：倒立摆系统是一个复杂的、不稳定的、同时具有强耦合性的非线性系统，作为一个典型的被控系统，它能够反映出控制理论中的很多问题，列如：鲁棒性、跟踪性、可镇定性等。倒立摆的概念一被提出就受到了自动控制领域的广泛关注，并且一直是诸多学者研究的热点之一。不仅仅因为其可以解决控制理论中的许多问题，对于工业生产，生活民用方面也有着巨大的潜在价值。

    本文主要是设计PID控制器对直线型二级倒立摆实现控制，第一章对倒立摆的概念作了说明，同时介绍了其研究背景与发展的现状。第二章构建了一个系统模型，对其分析，利用拉格朗日方程构建数学模型，并线性化处理来得到他的状态空间方程。第三章设计PID控制器，首先设计了一个实物系统并对其工作原理进行说明，然后设计了一个仿真所适合使用的系统。第四章 利用MATLAB软件里面的Simulink功能设计了直线二级倒立摆PID控制仿真系统，并进行了仿真，其中通过试凑的方法来对PID参数值进行整定，来得到理想控制效果，第五章设计了PD控制器，通过实验结果的分析，

关键词：直线二级倒立摆；PID控制；PD控制；试凑法

目录

摘要

Abstract

第一章   绪  论-1-

1.1课题研究背景及意义-1

1.2倒立摆的分类与特性-2

1.3倒立摆系统的发展及现状-3

1.4课题研究的主要内容-3

1.5本章小结-3

第二章 直线二级倒立摆系统的建模与分析-4

2.1 直线二级倒立摆数学建模-4

2.1.1 建立数学模型-4

2.2.2数学模型线性化-8

2.2 系统性能分析-11-

2.3 本章小结-12

第三章 倒立摆系统的PID控制器设计-13

3.1PID控制器的组成与原理-13

3.2 直线二级倒立摆PID控制系统设计-14

3.3 本章小结-15

第四章 直线二级倒立摆系统的simulink仿真试验-16

4.1 直线二级倒立摆仿真系统设计-16

4.1.1软件介绍-16

4.1.2 simulink系统的设计-16

4.2 仿真试验及结果分析-17

4.3 本章小结-21

第五章 直线二级倒立摆PD控制与PID控制的比较-22

5.1 直线二级倒立摆PD控制方法的仿真实验-22

5.2 PD控制器性能分析及比较-23

5.3 本章小结-24

第六章 全文总结-24

致   谢-25

参考文献-26

附录-28