一级倒立摆的控制设计

摘  要

     倒立摆系统是典型的机电一体化系统，其机械部分遵循牛顿的力学定律，其电气部遵循电磁学的基本定理因此，可以通过机理建模方法得到较为准确的系统数学模型，通过实际测量和实验来获取参数。反馈控制能对输出量于参考量进行比较，并且将它们的偏差量作为控制手段。通过数学模型的建立得原系统开环不稳定，所以设计一个控制系统，使得闭环稳定，得到一个新的系统。通过极点配置法，把系统配置到所期望的极点上，使得系统的主导闭环节点具有所期望的阻尼比和无阻尼自然频率。利用matlab求得所设计出系统的状态反馈增益矩阵，然后画出系统的simulink仿真图，对反馈系统进行仿真.对于所要达到所要求的响应速度和阻尼比，就要改变所希望的特征方程，从而求得新的反馈矩阵。直到仿真得到满意的结果。

选用labview作为反馈控制系统的界面设计开发工具，在labview开发环境下来实现倒立摆系统各程序的功能。

关键词：倒立摆，数学建模，反馈控制，matlab，limulink仿真，labview

摘  要.I

AbstractII

第一章  绪论.1

1.1 研究背景及意义.1

1.2 本论文主要研究内容.2

第二章  倒立摆系统介绍.3

2.1 倒立摆的由来.3

2.2 倒立摆系统稳定性研究的意义.4

     2.3倒立摆研究的发展状况.4

     2.4 倒立摆系统及其工作原理 7

第三章  单级倒立摆的数学模型.8

3.1   模型的推导原理.8

3.2   对象物理模型实测参数.8

3.3   数学模型的建立9

3.4  可控性.可观性的判断12

3.5  开环稳定行判断.13

第四章  单级倒立摆系统的控制器算法.14

4.1 现代控制理论14

4.2 系统的极点配置设计方法14

4.3 极点配置算法15

     4.4系统闭环的仿真和相应15

4.5 线性二次最优控制21

第五章  系统的整体设计框架.24

5.1 设计说明24

5.2 设计结构图24

5.3 主要技术性能24

第六章  倒立摆装置（硬件）.25