单级倒立摆的控制方法研究及MATLAB实现.doc

摘要：倒立摆系统具有强耦合的特性，是一个典型的强耦合非线性系统，因此对于倒立摆的分析与研究一直都具有着重要深远的意义。倒立摆摆杆级数多少是研究倒立摆的基础，将现阶段已提出的各类控制方法进行改善是研究倒立摆的核心。倒立摆的控制研究与当代高科技产品控制领域有许多相似的地方，所以在现如今的工业发运作之中也经常运用到倒立摆的研究成果。

本设计主要是针对较为简单的单级倒立摆进行研究设计，整体内容大致分为以下几点：第一部分是对倒立摆的基本工作原理进行简单的介绍；其次，为单级倒立摆建立数学模型，以便对其进行系统性的分析；再者，列举出目前对于控制系统的几种控制方法，直观地进行横向对比；最后，针对LQR控制方法及极点配置法进行MATLAB仿真并对仿真结果进行分析；结果表明：单级倒立摆在受输入量影响时LQR控制和极点配置控制都可以让其在较短的时间内恢复稳定的状态。

关键词：倒立摆；建模；MATLAB仿真。

目录

摘要

Abstract

前   言-2

1.单级倒立摆系统建模-4

1.1建立数学模型的基本方法-4

1.2对于单级倒立摆系统进行建模-4

2.单级倒立摆控制方法-8

2.1单级倒立摆系统概述-8

2.2单级倒立摆系统控制方法概述-8

2.2.1线性系统理论控制方法-8

2.2.2智能控制方法-9

2.2.3预测控制方法-9

2.2.4极点配置控制方法-9

3.单级倒立摆系统的Matlab仿真-11

3.1Matlab仿真软件简介-11

3.2 LQR控制仿真-12

3.2.1 LQR控制仿真结果的分析 -14

3.3极点配置控制仿真-14

3.3.1极点配置控制方法仿真结果的分析-16

总   结-18

参考文献-19

致   谢-21

附   录-22