毕业论文：基于双闭环PID控制的一阶倒立摆控制系统设计（终稿）.doc

PAGE  PAGE 22 本科生课程设计 题 目： 基于双闭环PID控制的一阶倒立摆控制系统设计 姓 名： 学 号： 系 别： 电气工程系 专 业： 电气工程与自动化 年 级： 07级 指导教师： 2010 年 4 月 28 日 目 录 1、系统模型的建立………………………………………………… 3. 2、模型验证……………………………………………….………. 4. 3、设计的内外环的PID控制器……………………………………… 10. 4、SIMULIN仿真…………………………………………………... 13. 5、检测系统的鲁棒性……………………………………………… 16. 6、遇到问题………………………………………………………… 19. 7、心得体会…………………………………………………………..20. 8、结论…………………………………...…………………………21. 9、参考文献…………………………………………………………..22. 系统模型的建立 如图01所示的“一阶倒立摆控制系统”中，设计一个能通过检测小车的位置与摆杆的摆动角，来适当控制电动机驱动力的大小的控制系统。 图01 1）对模型的理论分析建立一阶倒立摆的精确模型(实际模型)如下所示: .点进行线性化后得到(近似模型): 若只考虑摆角在工作点等零附近的细微变化,这是可以将模型线性化,得到近似模型,将J=m(l^2)/3,M=1kg代入即可得到要求的关于参数m、l的模型，让后再进行线性化表达式在模型验证中。 二.模型验证 1)子系统的建立 实际模型 图1 Fcn:(((4*m*(l^2))/3)*u[1]+l*m*((4*m*(l^2))/3)*sin(u[3])*(u[2]^2)-10*(m^2)*(l^2)*sin(u[3])*cos(u[3]))/(((4*m*(l^2))/3)*(1+m)-(m^2)*(l^2)*power(cos(u[3]),2)) Fcn1:(m*l*cos(u[3])*u[1]+(m^2)*(l^2)*sin(u[3])*cos(u[3])*(u[2]^2)-10*(1+m)*m*l*sin(u[3]))/((m^2)*(l^2)*power(cos(u[3]),2)-(1+m)*(4*m*(l^2))/3) 线性模型 图2 Fcn2:(30*(1+m*u[2]-3*u[1])/(l*(4+m) Fcn3:(5*u[1]-30*m*u[2])/(4+m) 做完以上之后点击鼠标左键不放对图形进行选定，接着右击creat subsystem如下图所示： 图3 2)模型的封装： 倒立摆的振子质量m和倒摆长度L作为子系统的参数： 图4 双击函数模块: 图5 欲改变其中的任一个参数只要点击其中二者之一的函数方块就行,在其中的m,l改就行了。 有两种实现的方法：一种是利用示波器观察如下图所示，另一种是采用绘图程序实现。 1）示波器实现如图6： 图6 示波器显示结果如图7所示 图7 2）用程序实现： %Inerted pendulum %Model test in open loop %Signals recuperation %将导入到xy.mat中的仿真试验数据读出 load xy.mat t=signals(1,: ); %读取时间信号 f=signals(2,: ); %读取作用力F信号 x=signals(3,: ); %读取精确模型中的小车位置信号 q=signals(4,: );