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基于 MATLAB 的倒立摆控制系统仿真
摘 要
自动控制原理(包括经典部分和现代部分)是电气信息工程学院学生的一门必修
专业基础课,课程中的一些概念相对比较抽象,如系统的稳定性、可控性、收敛速度
和抗干扰能力等。倒立摆系统是一个典型的非线性、强耦合、多变量和不稳定系统,
作为控制系统的被控对象,它是一个理想的教学实验设备,许多抽象的控制概念都可
以通过倒立摆直观地表现出来。本文以一级倒立摆为被控对象,用经典控制理论设计
控制器(PID 控制器)的设计方法和用现代控制理论设计控制器(极点配置)的设计
方法,通过 MATLAB 仿真软件的方法来实现。
关键词: 一级倒立摆 PID 控制器 极点配置
I
Inverted pendulum controlling system
simulation based on the MATLAB
ABSTRACT
Automatic control theory (including classical parts and modern parts) is a compulsory specialized
fundamental course of the students majored in electrical engineering. Some of the curriculum concept is
relatively abstract, such as the stability, controllability, convergence rate and the anti-interference ability
of system. Inverted pendulum system is a typical nonlinear, strong coupling, multivariable and unstable
system. It is an ideal teaching experimental equipment as a controlled object, by which many abstract
control concepts can be came out directly. This paper chose first-order inverted pendulum as the
controlled object. First, the PID controller was designed with classical control theory. Then
pole-assignment method was discussed with modern control theory. At last, the effectness of the two
methods was verified by MATLAB simulation software.
KEY WORDS: First-order inverted pendulum PID controller pole-assignment
II
目 录
1 绪论
倒立摆起源于 20 世纪 50 年代,是一个典型的非线性、高阶次、多变量、强耦合、
不稳定的动态系统,能有效地反映诸如稳定性、鲁棒性等许多控制中的关键问题,是
检验各种控制理论的理想模型。很多被控对象都可以抽象成为倒立摆模型,在很多领
域有着广泛的应用,如机器人,航天领域等。它不但是验证现代控制理论方法的典型
实验装置,而且其控制方法和思路对处理一般工业过程亦有广泛的用途。倒立摆常规
的控制算法如 LQR 在倒立摆的控制中已被广泛采用,模糊控制作为一种智能控制的
方法,在一定程度上模
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