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基于MATLAB的一级倒立摆控制系统仿真与设计--第1页
《控制系统分析与综合》任务书
题目：基于MATLAB的一级倒立摆控制系统仿真分析与设计
要求：对给定直线倒立摆系统模型，首先利用matlab对系统进行根轨迹、bode
图或能控性分析，然后根据控制系统设计指标进行相应控制器设计，在matlab
仿真环境下得到控制器参数，再将其写入实际倒立摆控制系统中，观察实际
控制效果，进行控制参数的适当调整。
任务：
1、超前校正控制器设计
设计指标：调整时间t=0.5s(2%)；最大超调量δp≤10%
s
设计步骤：先对传递函数模型进行根轨迹分析，讨论原系统的稳定性等，然
后利用sisotool设计超前校正控制器，仿真满足设计要求后，再在实际系统
中运行测试控制效果，观察分析实际控制现象，进行参数微调。
2、滞后超前校正控制器设计
设计指标：0
系统的静态位置误差常数为10，相位裕量为50，增益裕量等于或大
于10分贝。
设计步骤：先对传递函数模型进行bode图分析，讨论原系统的稳定性等，然
后利用sisotool设计滞后超前校正控制器，仿真满足设计要求后，再在实际
系统中运行测试控制效果，观察分析实际控制现象，进行参数微调。
3、PID控制
设计指标：调整时间t尽量小；最大超调量δp≤10%
s
设计步骤：先在matlab/simulink下构建PID仿真控制系统，依照PID参数
整定原则进行系统校正，仿真满足设计要求后，再在实际系统中运行测试控
基于MATLAB的一级倒立摆控制系统仿真与设计--第1页
基于MATLAB的一级倒立摆控制系统仿真与设计--第2页
制效果，观察分析实际控制现象，进行参数微调。
4、状态空间极点配置控制
设计指标：要求系统具有较短的调整时间（约3秒）和合适的阻尼（阻尼比ζ
=0.5-0.7）。
设计步骤：先对系统进行能控性分析，然后根据设计要求选择期望极点（考
虑主导极点），编程求出反馈矩阵K，进行系统仿真。仿真满足设计要求后，
再在实际系统中运行测试控制效果，观察分析实际控制现象，进行参数微调。
设计报告要求：
报告提供如下内容
1封面
2目录
3正文
（1）任务书
（2）分别对四个设计任务按照系统分析、控制器仿真设计、实际系统运行分
析形成报告
4收获、体会
5参考文献
格式要求：
题目小三，宋体加粗
目录、正文、小标题均为小四宋体，其中标题加粗。
基于MATLAB的一级倒立摆控制系统仿真与设计--第2页
基于MATLAB的一级倒立摆控制系统仿真与设计--第3页
一、二、三级标题分别以：一、（一）、1.1
一月七日下午5:30之前交到躬行楼311室
系统模型如下：
1、直线倒立摆系统摆杆角度和小车加速度之间的传递函数为：
2、以小车加速度作为输入的系统状态方程：
一级倒立摆系统实际超前校正控制simulink图：
基于MATLAB的一级倒立摆控制系统仿真与设计--第3页
基于MATLAB的一级倒立摆控制系统仿真与设计--第4页
一级倒立摆系统实际滞后超前校正控制simulink
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