PAGEI题目基于MATLAB的倒立摆PID控制系统设计目录TOC\o"1-3"\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc240358338"摘要PAGEREF_Toc240358338\h1HYPERLINK\l"_Toc240358339"一、自动控制概述2HYPERLINK\l"_Toc240358340"1.1自动控制概念2HYPERLINK\l"_Toc240358341"1.2自动控制系统的分类3HYPERLINK\l"_Toc240358342"1.3对控制系统的性能要求5HYPERLINK\l"_Toc240358342"1.4典型环节5HYPERLINK\l"_Toc240358343"二、MATLAB仿真软件的应用9HYPERLINK\l"_Toc240358344"2.1MATLAB的基本介绍9HYPERLINK\l"_Toc240358345"2.2MATLAB的仿真9HYPERLINK\l"_Toc240358345"2.3控制系统的动态仿真10HYPERLINK\l"_Toc240358343"三、倒立摆系统及其数学模型13HYPERLINK\l"_Toc240358344"3.1系统组成13HYPERLINK\l"_Toc240358344"3.2模型的建立15HYPERLINK\l"_Toc240358339"四、PID控制理论23HYPERLINK\l"_Toc240358340"4.1PID控制概述23HYPERLINK\l"_Toc240358341"4.2PID的控制规律24HYPERLINK\l"_Toc240358342"4.3数字PID控制25HYPERLINK\l"_Toc240358342"4.4常用的PID控制系统27HYPERLINK\l"_Toc240358339"五、倒立摆的PID控制器设计与调节30HYPERLINK\l"_Toc240358340"5.1PID控制器的设计30HYPERLINK\l"_Toc240358341"5.2PID控制器设计MATLAB仿真33HYPERLINK\l"_Toc240358348"设计总结37HYPERLINK\l"_Toc240358348"参考文献38摘要倒立摆系统是一个典型的快速、多变量、非线性、不稳定系统，对倒立摆的控制研究无论在理论上和方法上都有深远的意义。本论文以倒立摆实验装置为平台，重点研究其PID控制方法，设计出相应的PID控制器，并将控制过程在MATLAB上加以仿真。本文主要研究内容是：首先概述自动控制的发展和倒立摆系统研究的现状；介绍倒立摆系统硬件组成，对单级倒立摆模型进行建模，并分析其稳定性；研究倒立摆系统的几种控制策略，分别设计了相应的控制器，以MATLAB为基础，做了大量的仿真研究，比较了各种控制方法的效果；借助固高科技MATLAB实时控制软件实验平台；利用设计的控制方法对单级倒立摆系统进行实时控制，通过在线调整参数和突加干扰等，研究其实时性和抗千扰等性能；对本论文进行总结，对下一步研究作一些展望。关键词：倒立摆，PID，MATLAB仿真自动控制概述1.1自动控制概念在现代科学技术的许多领域中，自动控制技术得到了广泛的应用，自动控制技术最显著的特征就是通过对各类机器，各种物理参量、工业生产过程等的控制直接造福于社会。所谓自动控制，就是指在无人直接参与的情况下，利用控制装置操纵受控对象，使受控对象的被控量等于给定值或按给定信号变化规律去变化。为达到某一目的，由相互制约的各个部分，按一定的规律组织成的，具有一定功能的整体，称为系统，它一般由控制装置（控制器）和被控对象所组成。自动控制有两种最基本的形式，即开环控制和闭环控制。1.1.1开环控制控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为开环控制。其特点是：系统结构和控制过程均很简单。开环控制的示意框图如图1.1所示图1.1开环控制系统开环控制是一种简单的无反馈控制方式，在开环控制系统中只存在控制器对被控量对象的单方向控制作用，不存在被控制量(输出量)对被控量的反向作用，系统的精度取决于组成系统的元器件的精度和特性调整的精确度。开环系统对外扰及内部参量变化的影响缺乏抑制能力，但开环系统内构简单，比较容易设计和调整，可用于输出量与输入量关系为已知，内外扰动对系统影响不大，并且控制精度要求不高的场合。在开环控制系