控制系统综合设计-直线一级倒立摆的控制

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控制系统综合设计3——一级直线倒立摆的控制

一、设计的目的：
本设计要求学生针对设计要求，利用课堂所学知识及实验室实测来的系统数据采用工程设计法进行一级直线倒立摆控制系统设计。绘制原理图，同时在实验室进行实验检验设计结果，分析数据，编写设计报告。目的是使学生掌握随动控制系统设计的一般步骤及方法。二、设计的基本任务：
本课程设计的被控对象采用固高科技生产的GLIP2001一级直线倒立摆。通过设计与调试使学生能够：（1）熟悉倒立摆系统的组成及其基本结构；（2）掌握通过解析法建立系统数学模型及进行工作点附近线性化的方法；（3）掌握系统性能的计算机辅助分析；（4）掌握系统控制器的设计与仿真；（5）研究调节器参数对系统动态性能的影响。

倒立摆系统控制器的设计
设计要求：
1、熟悉倒立摆系统结构，熟悉倒立摆装置的基本使用方法；2、建立系统的数学模型，并在工作点附近线性化；3、分析系统的稳定性、频域性能、能控性与能观性；
4、采用状态空间的极点配置法设计控制器，初步要求系统调节时间ts<=3s，
阻尼比ξ>=0.6。
详细的设计步骤及安排
1.Matlab\Simulink的基本使用方法
学习Simulink的基本使用方法，能够用Simulink进行控制系统的仿真。2.倒立摆系统基本结构
了解倒立摆装置基本结构。了解编码盘、行程开关等的基本工作原理。进行行程开关、编码盘和电机基本测试。（参考参考文献4第七章）3．对象的建模
根据牛顿第二定律，建立系统的数学模型，并在摆杆竖直方向附近进行线性

化。在此基础上建立以小车加速度为系统输入，以摆杆角度和小车位移为系统输出，以摆杆角度、摆杆角速度、小车位移、小车速度为状态变量的状态空间描述。
（参考参考文献4）
4．系统性能分析
基于对象的模型，用Matlab进行仿真，分析系统的性能。（参考参考文献1、2、
3）
5．控制器设计与调试
根据设计要求，确定系统闭环极点，设计状态反馈控制器，并进行仿真、调试验证。（参考参考文献1、2（第五章）、3）6．设计报告的撰写
格式：统一封面；内容主要包括：小组成员的分工；前言；目录；设计要求；对象工作原理简介（方案设计）；建立对象模型；系统分析；反馈控制器设计、仿真与调试；系统调试；小结；参考文献。7．主要参考文献：
1.孙亮、杨鹏，自动控制理论．北京，北京工业大学出版社，2006年1月2.刘豹、唐万生，现代控制理论．北京，机械工业出版社，2006年6月
3.李国勇、谢克明，计算机仿真技术与CAD．北京，电子工业出版社，2009年1月4.GoogolTechnology直线倒立摆系统(GLIP系列安装与使用手册(v1.0固高科技

8.分工及安排
每位同学完成自己相应的任务，并且协作完成整个控制系统的设计。
三、设计成绩的评定
根据设计报告、实验过程和对指导教师所提问题的回答等三个方面，最终给出该学生的课程设计成绩。
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控制系统综合设计-直线一级倒立摆的控制

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