一阶环形倒立摆毕业.docVIP

摘 要 倒立摆稳定控制是一个经典的控制问题。作为典型的快速、多变量、非线性、绝对不稳定系统,一直是控制理论与应用的热点问题,不但是验证现代控制理论方法的典型实验装置,而且其控制方法和思路在一般工业过程亦有广泛的用途,因此倒立摆系统的研究具有重要的理论研究和实际应用价值。许多抽象的控制概念如控制系统的稳定性、可控性、系统收敛速度和系统抗干扰能力等,都可以通过倒立摆系统直观的表现出来。倒立摆系统的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合等特性使得许多现代控制理论的研究人员一直将它视为研究对象。他们不断从研究倒立摆控制方法中发掘出新的控制方法,并将其应用于航天科技和机器人学等各种高新科技领域。 本文以利用电位器检测角度的一阶倒立摆系统作为研究对象,研究了其在摆角信号含有大噪声的情况下的平衡稳定控制问题,这对解决实际工程中的相关问题有一定的指导意义。本文首先设计了一阶环形倒立摆的模型。使用电位器作为姿态测量传感器不断测量摆杆的的姿态信息，通过转换这些模拟信息传送给作为控制核心的8位单片机，经过数据处理后，单片机通过驱动电路将控制信号以PWM方式去驱动直流电机的，达到调节摆杆姿态的目的。 在设计的基础上，通过牛顿力学对这个系统进行数学建模，得到系统的状态空间方程。通过这个建模的过程，可以看出这个系统是一个不稳定的非线性系统，也为后面的控制理论分析打下基础。 对该系统姿态的测量将直接影响自平衡控制算法的效果。本文提出了基于卡尔曼滤波的传感器数据融合方法，弥补了电位器在倾角测量时的不足。通过建立一个实验平台来检验这个算法的有效性，实际测试中该算法取得了不错的效果。 本文主要研究自平衡运动的动态控制，利用PID控制，使系统的各项性能指标均满足预期的要求。 关键词：倒立摆；自平衡；数据融合；PID控制 ABSTRACT Inverted pendulum stability control is a classic control problem。As a complex, time-varying, nonlinear, strong coupling, natural unstable and higher order system, its stability control is a typical problem of the theory and application of control. The control method of Inverted Pendulum has been used in the military, aerospace, general industrial robots and industry process control Therefore, the research on mathematical model of work rolls thermal crown has important value of the theory and practice. Many abstract concepts such as the stability of the control system, the control of controllability, system convergence speed and anti-interference ability, etc., can be intuitive show by inverted pendulum system. Inverted pendulum system of high order, unstable, multivariable, nonlinear and strong FGC feature makes many researchers in modern control theory have been see it as the research object. They have been unearthed from the inverted pendulum control method of new control method, and applied to all kinds of new and high technology fields such as aerospace science and technology and robotics. In this paper using potentiometer detection Angle of the first-order inverted pendulum system as the research object, studied