直线一级倒立摆系统的pid控制策略研究.doc
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直线一级倒立摆系统的pid控制策略研究,直线一级倒立摆系统的pid控制策略研究摘 要直线一级倒立摆系统是一个典型的快速、多变量、非线性、不稳定系统，对一级倒立摆的控制研究，在理论上和方法上都有比较重要的意义。本文以直线一级倒立摆系统为研究对象，主要研究其pid控制策略，调整pid控制三个参数，达到预期效果，并将控制过程在matlab上仿真。本文首先概述了直线...
内容介绍
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直线一级倒立摆系统的PID控制策略研究
摘 要
直线一级倒立摆系统是一个典型的快速、多变量、非线性、不稳定系统，对一级倒立摆的控制研究，在理论上和方法上都有比较重要的意义。
本文以直线一级倒立摆系统为研究对象，主要研究其PID控制策略，调整PID控制三个参数，达到预期效果，并将控制过程在MATLAB上仿真。
本文首先概述了直线一级倒立摆的有关知识；介绍了直线一级倒立摆系统组成结构，对直线一级倒立摆模型进行数学建模；对应推出的数学模型，设计了相应的PID控制器；以MATLAB为基础，调整PID参数，做了大量的仿真研究，比较了各参数的仿真效果，来控制摆杆的摆角和稳定时间，达到预期效果；最后作出结论，对更进一步研究作一些展望。
关键词：一级倒立摆，PID，MATLAB仿真
Abstract
Inverted pendulum system is a typical rapid, multivariate, nonlinear, unstable system, the control of inverted pendulum, both in theory and in method has practical and far-reaching significance.
This paper first Outlines research status of inverted pendulum system; Introduce inverted pendulum system hardware composition of single level inverted pendulum, modeling and analysis model and its stability; Several research inverted pendulum system control strategy, the corresponding PID controller are designed respectively based on MATLAB, and did a lot of the simulation research of control method, compares the effect，adjusts the PID parameters to achieve expected controlling objective; finally makes a conclusion, and makes some prospects to further study.
Keywords: Inverse Pendulum System, PID, MATLAB Simulink
目 录
第1章 绪论 1
1.1 倒立摆系统研究背景 1
1.2 倒立摆系统研究方法 1
1.3 倒立摆系统研究的意义 1
第2章 直线一级倒立摆系统及其数学模型 2
2.1 系统组成 2
2.1.1 倒立摆的组成结构 3
2.1.2 倒立摆特性 3
2.2 模型的建立 4
2.2.1 微分方程的推导 4
2.2.2 传递函数 6
2.2.3 状态空间结构方程 6
2.2.4 实际系统模型 8
第3章 直线一级倒立摆的PID控制 9
3.1 自动控制概述 9
3.1.1 开环控制与闭环控制 9
3.1.1.1 开环控制 9
3.1.1.2 闭环控制 9
3.1.2 对控制系统的性能要求 10
3.1.3 典型环节 10
3.1.3.1 比例环节 10
3.1.3.2 积分环节 11
3.1.3.3 微分环节 11
3.2 PID控制理论 12
3.2.1 PID控制概述 12
3.2.2 PID的控制规律 13
3.2.3 数字PID控制 14
3.2.3.1 位置式PID控制算法 14
3.2.3.2 增量式PID控制算法 15
3.3 直线一级倒立摆的PID控制器设计 15
3.4 直线一级倒立摆的PID控制器MATLAB仿真 17
3.4.1 MATLAB的基本介绍 17
3.4.2用MATLAB分析倒立摆系统稳定性 17
3.4.3通过 MATLAB 仿真来整定 PID 控制器的参数 19
3.4.3.1 PID 参数整定的基本方法 19
3.4.3.2 MATLAB环境下的PID 参数整定 20
3.5 小结 25
总 结 26
参考文献 27
致 谢 28
摘 要
直线一级倒立摆系统是一个典型的快速、多变量、非线性、不稳定系统，对一级倒立摆的控制研究，在理论上和方法上都有比较重要的意义。
本文以直线一级倒立摆系统为研究对象，主要研究其PID控制策略，调整PID控制三个参数，达到预期效果，并将控制过程在MATLAB上仿真。
本文首先概述了直线一级倒立摆的有关知识；介绍了直线一级倒立摆系统组成结构，对直线一级倒立摆模型进行数学建模；对应推出的数学模型，设计了相应的PID控制器；以MATLAB为基础，调整PID参数，做了大量的仿真研究，比较了各参数的仿真效果，来控制摆杆的摆角和稳定时间，达到预期效果；最后作出结论，对更进一步研究作一些展望。
关键词：一级倒立摆，PID，MATLAB仿真
Abstract
Inverted pendulum system is a typical rapid, multivariate, nonlinear, unstable system, the control of inverted pendulum, both in theory and in method has practical and far-reaching significance.
This paper first Outlines research status of inverted pendulum system; Introduce inverted pendulum system hardware composition of single level inverted pendulum, modeling and analysis model and its stability; Several research inverted pendulum system control strategy, the corresponding PID controller are designed respectively based on MATLAB, and did a lot of the simulation research of control method, compares the effect，adjusts the PID parameters to achieve expected controlling objective; finally makes a conclusion, and makes some prospects to further study.
Keywords: Inverse Pendulum System, PID, MATLAB Simulink
目 录
第1章 绪论 1
1.1 倒立摆系统研究背景 1
1.2 倒立摆系统研究方法 1
1.3 倒立摆系统研究的意义 1
第2章 直线一级倒立摆系统及其数学模型 2
2.1 系统组成 2
2.1.1 倒立摆的组成结构 3
2.1.2 倒立摆特性 3
2.2 模型的建立 4
2.2.1 微分方程的推导 4
2.2.2 传递函数 6
2.2.3 状态空间结构方程 6
2.2.4 实际系统模型 8
第3章 直线一级倒立摆的PID控制 9
3.1 自动控制概述 9
3.1.1 开环控制与闭环控制 9
3.1.1.1 开环控制 9
3.1.1.2 闭环控制 9
3.1.2 对控制系统的性能要求 10
3.1.3 典型环节 10
3.1.3.1 比例环节 10
3.1.3.2 积分环节 11
3.1.3.3 微分环节 11
3.2 PID控制理论 12
3.2.1 PID控制概述 12
3.2.2 PID的控制规律 13
3.2.3 数字PID控制 14
3.2.3.1 位置式PID控制算法 14
3.2.3.2 增量式PID控制算法 15
3.3 直线一级倒立摆的PID控制器设计 15
3.4 直线一级倒立摆的PID控制器MATLAB仿真 17
3.4.1 MATLAB的基本介绍 17
3.4.2用MATLAB分析倒立摆系统稳定性 17
3.4.3通过 MATLAB 仿真来整定 PID 控制器的参数 19
3.4.3.1 PID 参数整定的基本方法 19
3.4.3.2 MATLAB环境下的PID 参数整定 20
3.5 小结 25
总 结 26
参考文献 27
致 谢 28
