单级倒立摆PID控制毕业设计开题报告.doc

湖南工程学院应用技术学院 毕业设计(论文)开题报告 学生姓名： 魏浩然 学 号： 200613110126 专 业： 自动化 设计(论文)题目： 单级倒立摆PID控制 指导教师： 胡 慧 2010 年 6 月 开题报告填写要求 1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。 2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。 3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册），其中至少应包括1篇外文资料；对于重要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最后。 4．统一用A4纸，并装订单独成册，随《毕业设计说明书》等资料装入文件袋中。  毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 1．文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写3000字左右的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。 文 献 综 述 倒立摆，顾名思义，是处于倒置不稳定状态，人为控制使其处于动态平衡的一种种。一般是由一个可以在水平轨道上自由移动的小车和倒置摆铰链而成。倒立摆系统是一个典型的高阶次、多变量、严重不稳定和强耦合的非线性系统，是进行控制理论教学及开展各种控制实验的理想实验平台。对倒立摆系统的研究能有效的反映控制中的许多典型问题：如非线性问题、鲁棒性问题、镇定问题、随动问题以及跟踪问题等。通过对倒立摆的控制，用来检验新的控制方法是否有较强的处理非线性和不稳定性问题的能力。同时，其控制方法在军工、航天、机器人和一般工业过程领域中都有着广泛的用途，如机器人行走过程中的平衡控制、火箭发射中的垂直度控制和卫星飞行中的姿态控制等。,因而对其研究具有重大的理论和实践意义。人类对倒立摆的研究可以追溯到上个世纪六十年代。早在1966年Schaefer和Cannon应用Bang—Bang控制理论，将一个曲轴稳定于倒置位置。到20世纪60年代后期，到立摆作为一个典型不稳定、非线性的例证被提出。自此，对于倒立摆系统的研究便成为控制界关注的焦点。 有关倒立摆的研究主要集中在亚洲，遍布世界各地，如中国的北京师范大学、北京航空航天大学、中国科技大学，东京电机大学，东京大学，韩国的釜出大学、忠南大学，俄罗新的圣彼得堡大学、美国的东福罗里达大学、俄罗斯科学院、波兰的波兹南技术大学、意大利的佛罗伦萨大学，也都对这个领域有持续的研究。他们发现倒立摆的种类有很多，接其形式可分为：悬挂式倒立摆、平行式倒立摆、环形倒立摆和平面倒立摆；按级数可分为：一级、二级、三级、多级等；接其运动轨道可分为：水平式、倾斜式；按控制电机又可分为：单电机和多级电机。 近年来，最然各种新型倒立摆不断问世，但是可自主研发劳生产倒立摆装置的厂家却不多。目前，国内各高校校基本上都采用香港固高公司和加拿大Queer公司生产的系统；其它一些生产厂家还包括(韩国)奥格斯科技发展有限公司(vr．4820型倒立摆)、保定航空技术实业有限公司。现在由中国的北京师范大学李洪兴教授领导的“模糊系统与模糊信息研究中心”暨复杂系统智能控制实验室采用变论域自适应模糊控制成功地实现了四级倒立摆。是世界上第一个成功完成四级倒立摆实验的国家。 倒立摆系统是导轨、小车和摆杆组成。小车依靠直流电机施加的控制力，可以在导轨上水平移动，其位移和摆杆角度信息由伺服传感器测得，目标是使倒立摆在有限长的导轨上竖立稳定，最终达到动态平衡。由于不同的控制方法可以使倒立摆呈现出不同的运动模态，如：可以使摆杆由自然下垂状态摆起，达到倒立平衡位置；也可使摆杆在不同角度初始，维持动态平衡状态。 二、倒立摆的控制目标 倒立摆的控制问题就是使摆杆尽快地达到一个平衡位置，并且使之没有大的振荡和过大的角度和速度。当摆杆到达期望的位置后，系统能克服随机扰动而保持稳定的位置。 三、倒立摆的控制方法 将倒立摆系统的非线性模型进行近似线性化处理，获得系统在平衡点附近的线性化模型，再利用各种线性控制方法得到期望的控制器。线性控制的典型代表有：状态反馈控制、LQ控制算法等、PID控制。 3．1．1状态反馈控制 状态反馈的极点配置法是倒立摆控制的一种基本策略。极点配置法通过设计状态反馈控