[信息与通信]倒立摆校正装置的设计.doc

PAGE  PAGE 30 自动控制原理课程设计报告 倒立摆系统的控制器设计 指导教师：谢昭莉 学 生： 冯莉 学 号：专 业： 自 动 化 班 级： 2009 级 3 班 设计日期： 2011.12.12—2011.12.23 重庆大学自动化学院 2011年12月 重庆大学本科学生课程设计任务书 课程设计题目倒立摆系统的控制器设计学院自动化学院专业自动化年级已知参数和设计要求： M：小车质量 1.096kg m：摆杆质量 0.109kg b：小车摩擦系数 0.1N/sec l：摆杆转动轴心到杆质心的长度 0.25m I：摆杆惯量 0.0034kgm2 利用根轨迹法设计控制器,使得校正后系统的性能指标满足: 调整时间 最大超调量 利用频率特性法设计控制器，使得校正后系统的性能指标满足： (1)系统的静态位置误差常数为10； (2)相位裕量为 50?； (3)增益裕量等于或大于10 分贝。 设计或调整PID控制器参数，使得校正后系统的性能指标满足： 调整时间 最大超调量 学生应完成的工作： 1、利用设计指示书中推导的模型及任务书中的实际参数，建立小车倒立摆的实际数学模型。 2、进行开环系统的时域分析。 3、利用根轨迹法设计控制器，进行闭环系统的仿真分析。 4、利用频域法设计控制器，进行闭环系统的仿真分析。 5、设计PID控制器，进行闭环系统的仿真分析。 6、所设计的控制器在倒立摆系统上的实时控制实验。 7、完成课程设计报告。参考资料： 1、固高科技有限公司.直线倒立摆安装与使用手册R1.0，2005 2、固高科技有限公司. 倒立摆与自动控制原理实验，2005 3、固高科技有限公司. 固高MATLAB实时控制软件用户手册，2005 4、Matlab/Simulink相关资料 5、涂植英，陈今润. 自动控制原理. 重庆：重庆大学出版社，2005 6、胡寿松. 自动控制原理. 北京：科学出版社，2001 7、Katsuhiko Ogata.现代控制工程. 北京：电子工业出版社，2003 课程设计的工作计划： 1、布置课程设计任务；参考相关资料，消化课程设计内容，进行初步设计（3天）； 2、按课程设计的要求进行详细设计（4天）； 3、进行实时控制实验，并按课程设计的规范要求撰写设计报告（2天）； 4、课程设计答辩，实时控制验证（1天）。 任务下达日期 2011 年 12 月 12 日完成日期 2011 年 12 月23 日指导教师 （签名）学 生 （签名） 目录 1倒立摆系统的研究背景和意义………………………………………1 2小车倒立摆系统模型的假设…………………………………………1 3符号说明………………………………………………………………2 4模型的建立……………………………………………………………2 4.1牛顿力学法系统分析………………………………………………………2 4.2拉氏变换后实际系统的模型………………………………………………6 5开环响应分析…………………………………………………………7 6根轨迹法设计超前校正装置函数……………………………………9 6.1校正前倒立摆系统的闭环传递函数的析…………………………………9 6.2系统稳定性分析……………………………………………………………9 6.3期望闭环极点的确定……………………………………………………10 6.4 超前校正装置传递函数的设计…………………………………………11 6.4.1校正参数计算…………………………………………………………………11 6.4.2控制器的确定…………………………………………………………………13 6.4.3校正装置的改进………………………………………………………………13 6.4.4Simulink仿真…………………………………………………………………15 7直线一级倒立摆频域法设计…………………………………………17 7.1系统频域响应分析…………………………………………………………17 7.2频域法控制器设计…………………………………………………………19 7.2.1控制器的选择………………………………………………………………19 7.2.2系统开环增益的计算………………………………………………………19 7.2.3校正装置的频率分析………………………………………………………20