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控制系统综合设计任务书2_一级直线倒立摆控制系统的设计——分工

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，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. 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，实验室提供）

2．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、5）

3．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）

4．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）

5．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。

6．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.Googol Technology直线倒立摆系统(GLIP系列)安装与使用手册(v1.0) 固高科技

5.控制系统仿真与设计实验指导书集美大学校内教材

7. 分工及安排

每组两名同学，进行分工。其中倒立摆系统基本结构与基本测试要求两位同学共同完成（12.21前完成）；对象的建模由同学A完成（12.22完成）；系统性能分析主要由同学A完成，同学B必须参与进来（12.23完成）；状态反馈控制器的设计原理、系统闭环节极点的确定及状态反馈控制器设计由同学B 完成；然后共同完成仿真、调试及验证（12.28前完成）。同学A负责设计报告的主要撰写工作，最后两位同学共同审核后再提交报告（12.30前完成）。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。

自动控制原理课程设计——倒立摆系统控制器设计

一、引言支点在下，重心在上，恒不稳定的系统或装置的叫倒立摆。倒立摆控制系统是一个复杂的、不稳定的、非线性系统，是进行控制理论教学及开展各种控制实验的理想实验平台。问题的提出倒立摆系统按摆杆数量的不同，可分为一级，二级，三级倒立摆等，多级摆的摆杆之间属于自有连接（即无电动机或其他驱动设备）。对倒立摆系统的研究能有效的反映控制中的许多典型问题：如非线性问题、鲁棒性问题、镇定问题、随动问题以及跟踪问题等。通过对倒立摆的控制，用来检验新的控制方法是否有较强的处理非线性和不稳定性问题的能力。倒立摆的控制问题就是使摆杆尽快地达到一个平衡位置，并且使之没有大的振荡和过大的角度和速度。当摆杆到达期望的位置后，系统能克服随机扰动而保持稳定的位置。倒立摆的控制方法倒立摆系统的输入来自传感器的小车与摆杆的实际位置信号，与期望值进行比较后，通过控制算法得到控制量，再经数模转换驱动直流电机实现倒立摆的实时控制。直流电机通过皮带带动小车在固定的轨道上运动，摆杆的一端安装在小车上，能以此点为轴心使摆杆能在垂直的平面上自由地摆动。作用力u平行于铁轨的方向作用于小车，使杆绕小车上的轴在竖直平面内旋转，小车沿着水平铁轨运动。当没有作用力时，摆杆处于垂直的稳定的平衡位置（竖直向下）。为了使杆子摆动或者达到竖直向上的稳定，需要给小车一个控制力，使其在轨道上被往前或朝后拉动。本次设计中我们采用其中的牛顿－欧拉方法建立直线型一级倒立摆系统的数学模型，然后通过开环响应分析对该模型进行分析，并利用学习的古典控制理论和Matlab /Simulink仿真软件对系统进行控制器的设计，主要采用根轨迹法，频域法以及PID（比例-积分-微分）控制器进行模拟控制矫正。

单级倒立摆系统的分析与设计

单级倒立摆系统的分析与设计小组成员：武锦张东瀛杨姣李邦志胡友辉一．倒立摆系统简介倒立摆系统是一个典型的高阶次、多变量、不稳定和强耦合的非线性系统。由于它的行为与火箭飞行以及两足机器人行走有很大的相似性，因而对其研究具有重大的理论和实践意义。由于倒立摆系统本身所具有的上述特点，使它成为人们深入学习、研究和证实各种控制理论有效性的实验系统。单级倒立摆系统（Simple Inverted Pendulum System）是一种广泛应用的物理模型，其结构和飞机着陆、火箭飞行及机器人的关节运动等有很多相似之处，因而对倒立摆系统平衡的控制方法在航空及机器人等领域有着广泛的用途，倒立摆控制理论产生的方法和技术将在半导体及精密仪器加工、机器入技术、导弹拦截控制系统、航空器对接控制技术等方面具有广阔的开发利用前景。倒立摆仿真或实物控制实验是控制领域中用来检验某种控制理论或方法的典型方案。最初研究开始于二十世纪50年代，单级倒立摆可以看作是一个火箭模型，相比之下二阶倒立摆就复杂得多。1972年，Sturgen等采用线性模拟电路实现了对二级倒立摆的控制。目前，一级倒立摆控制的仿真或实物系统已广泛用于教学。二．系统建模 1．单级倒立摆系统的物理模型图1：单级倒立摆系统的物理模型

单级倒立摆系统是如下的物理模型：在惯性参考系下的光滑水平平面上，放置一个可以在平行于纸面方向左右自由移动的小车（cart ），一根刚性的摆杆（pendulum leg ）通过其末端的一个不计摩擦的固定连接点（flex Joint ）与小车相连构成一个倒立摆。倒立摆和小车共同构成了单级倒立摆系统。倒立摆可以在平行于纸面180°的范围内自由摆动。倒立摆控制系统的目的是使倒立摆在外力的摄动下摆杆仍然保持竖直向上状态。在小车静止的状态下，由于受到重力的作用，倒立摆的稳定性在摆杆受到微小的摄动时就会发生不可逆转的破坏而使倒立摆无法复位，这时必须使小车在平行于纸面的方向通过位移产生相应的加速度。依照惯性参考系下的牛顿力学原理，作用力与物体位移对时间的二阶导数存在线性关系，单级倒立摆系统是一个非线性系统。各个参数的物理意义为： M — 小车的质量 m — 倒立摆的质量 F — 作用到小车上的水平驱动力 L — 倒立摆的长度 x — 小车的位置 θ— 某一时刻摆角整个倒立摆系统就受到重力、驱动力和摩擦阻力的三个外力的共同作用。这里，驱动力F 是由连接小车的传动装置提供，控制倒立摆的稳定实际上就是依靠控制驱动力F 使小车在水平面上做与倒立摆运动相关的特定运动。为了简化模型以利于仿真，假设小车与导轨以及摆杆与小车铰链之间的摩擦均为0。 2．单级倒立摆系统的数学模型令小车的水平位移为x ，运动速度为v ，加速度a 。小车的动能为212kc E Mx =，选择特定的参考平面使得小车的势能为0。摆杆的长度为L ，某时刻摆角为θ，在摆杆上与固定连接点距离为q （0

一级倒立摆的Simulink仿真.docx

单级倒立摆稳定控制直线一级倒立摆系统在忽略了空气阻力及各种摩擦之后，可抽象成小车和匀质摆杆组成的系统，如图1所示。 mg θ 杆长为λ 2u 图1 直线一级倒立摆系统图2 控制系统结构假设小车质量M =0.5kg ，匀质摆杆质量m=0.2kg ，摆杆长度2l =0.6m ，x (t )为小车的水平位移，θ为摆杆的角位移，2 /8.9s m g =。控制的目标是通过外力u (t)使得摆直立向上（即 0)(=t θ）。该系统的非线性模型为： u ml x m M ml mgl x ml ml J +=++=++22)sin ()()cos (sin )cos ()(θθθθθ θθ&&&&&&&&&，其中2 31 ml J =。解：一、非线性模型线性化及建立状态空间模型因为在工作点附近（0,0==θθ& ）对系统进行线性化，所以可以做如下线性化处理： 3 2 sin ,cos 13! 2!θθθθθ≈- ≈-

当θ很小时，由cos θ、sin θ的幂级数展开式可知，忽略高次项后，可得cos θ≈1，sin θ≈θ，θ’^2≈0；因此模型线性化后如下：（J+ml^2）θ’’+mlx ’’=mgl θ (a) ml θ’’+(M+m) x ’’=u (b) 其中2 31ml J = 取系统的状态变量为, ,,,4321θθ&&====x x x x x x 输出T x y ][θ=包括小车位移和摆杆的角位移. 即X=????????????4321x x x x =?????? ??????''θθx x Y=??????θx =??????31x x 由线性化后运动方程组得 X1’=x ’=x2 x2’=x ’’=m m M mg 3)(43-+-x3+m m M 3)(44 -+u X3’ =θ’=x4 x4’=θ’’=ml l m M g m M 3)(4)(3-++x3+ml l m M 3)(43 -+-u 故空间状态方程如下： X ’=????????????'4'3'2'1x x x x =?????? ??? ?????????-++-+-03)(4)(300100003)(4300001 0ml l m M g m M m m M mg ??? ??? ??????4321x x x x + ? ?????????????????-+--+ml l m M m m M 3)(43 03)(440 u X ’=????????????'4'3'2'1x x x x =??????????? ?-01818.3100100006727.20000 1 ??? ??? ??????4321x x x x + ??? ??? ??????-5455.408182.10 u

自动控制原理课程设计-倒立摆系统控制器设计

1 引言支点在下，重心在上，恒不稳定的系统或装置的叫倒立摆。倒立摆控制系统是一个复杂的、不稳定的、非线性系统，是进行控制理论教学及开展各种控制实验的理想实验平台。 1.1 问题的提出倒立摆系统按摆杆数量的不同，可分为一级，二级，三级倒立摆等，多级摆的摆杆之间属于自有连接（即无电动机或其他驱动设备）。对倒立摆系统的研究能有效的反映控制中的许多典型问题：如非线性问题、鲁棒性问题、镇定问题、随动问题以及跟踪问题等。通过对倒立摆的控制，用来检验新的控制方法是否有较强的处理非线性和不稳定性问题的能力。倒立摆的控制问题就是使摆杆尽快地达到一个平衡位置，并且使之没有大的振荡和过大的角度和速度。当摆杆到达期望的位置后，系统能克服随机扰动而保持稳定的位置。 1.2 倒立摆的控制方法倒立摆系统的输入来自传感器的小车与摆杆的实际位置信号，与期望值进行比较后，通过控制算法得到控制量，再经数模转换驱动直流电机实现倒立摆的实时控制。直流电机通过皮带带动小车在固定的轨道上运动，摆杆的一端安装在小车上，能以此点为轴心使摆杆能在垂直的平面上自由地摆动。作用力u平行于铁轨的方向作用于小车，使杆绕小车上的轴在竖直平面内旋转，小车沿着水平铁轨运动。当没有作用力时，摆杆处于垂直的稳定的平衡位置（竖直向下）。为了使杆子摆动或者达到竖直向上的稳定，

需要给小车一个控制力，使其在轨道上被往前或朝后拉动。本次设计中我们采用其中的牛顿－欧拉方法建立直线型一级倒立摆系统的数学模型，然后通过开环响应分析对该模型进行分析，并利用学习的古典控制理论和Matlab /Simulink仿真软件对系统进行控制器的设计，主要采用根轨迹法，频域法以及PID（比例-积分-微分）控制器进行模拟控制矫正。 2 直线倒立摆数学模型的建立直线一级倒立摆由直线运动模块和一级摆体组件组成，是最常见的倒立摆之一，直线倒立摆是在直线运动模块上装有摆体组件，直线运动模块有一个自由度，小车可以沿导轨水平运动，在小车上装载不同的摆体组件。系统建模可以分为两种：机理建模和实验建模。实验建模就是通过在研究对象上加上一系列的研究者事先确定的输入信号，激励研究对象并通过传感器检测其可观测的输出，应用数学手段建立起系统的输入－输出关系。这里面包括输入信号的设计选取，输出信号的精确检测，数学算法的研究等等内容。鉴于小车倒立摆系统是不稳定系统，实验建模存在一定的困难。因此，本文通过机理建模方法建立小车倒立摆的实际数学模型，可根据微分方程求解传递函数。 2.1 微分方程的推导（牛顿力学方法）微分方程的推导在忽略了空气阻力和各种摩擦之后，可将直线一级倒立摆系统抽象成小车和匀质杆组成的系统，如图1所示。做以下假设： M小车质量m摆杆质量 b小车摩擦系数I 摆杆惯量

项目设计任务书格式范文

*******项目设计任务书一、项目概况：项目名称为******，位于*******，控规地块编号为11-09，由“西双版纳*****房地产开发有限责任公司”建设开发，用地面积为*****平方米（含代征城市道路），净用地面积为****平方米，暂定总建筑面积为****平方米，层数为3层（局部4层）。二、总图设计要求：除了满足各类建筑规范的规定外，以下几条要求提请格外注意： 1、****项目应包含以下户型：双拼别墅、独立别墅、商铺、单元住宅、小户型住宅。双拼别墅面积在****平方米以内；独立别墅面积在****平方米左右；商铺层高5.7米，开间4米，进深10米；单元住宅面积***平方米左右；小户型住宅面积**平方米左右。主力户型是双拼别墅。 2、双拼别墅、独立别墅按砖混结构设计；商铺、单元住宅、小户型住宅按底层框架上层砖混设计。混合结构设计在上层结构布局与商铺发生矛盾时以考虑商铺合理布局为主。 3、双拼别墅、独立别墅的停车位安排在房屋侧面。小区公共室外停车位只需考虑20个车位的到访停车需求；总平面中需要考虑安排非机动车的统一停车区。原则上北面（以小区大门）考虑机动车停车区，南面安排非机动车停车区。 4、商铺统一按进深10米、开间4米设计，不考虑建筑退界。

5、总图设计在原方案zt8.dwgl的基础上进行调整。 6、小区路网应满足防火规范及用户需求。路网设计在原方案的基础上调整为每两排住户共用一个车行道，另一侧改为人行道，车棚可设在客厅侧面（客厅侧面不开窗）。结合专业设计考虑车辆的进出便利。 7、小区排水方向向东或向南。西侧规划道路标高高于小区路面约3米。应结合地形处理好场地与外部道路的高差，以及地块内部场地排水问题。小区内部道路与外部道路接口处必须保证内部道路一侧至少4m范围内高于外部道路路沿标高，且坡度不应小于1%；必须处理好场地与建筑内部的高差，建筑周围不应有积水，排水通畅。 8、给排水专业外管网设计应考虑小区内雨水管网系统。场地内设置管道及化粪池等采取埋地方式，且应注意安全问题。 9、电气专业应提供整个小区配电总图，估算小区环境照明负荷。住宅用电高压部分考虑用室外箱变，后期方案阶段总图设计应提出需要的准确的室外箱变场地位置及尺寸或室内配电房位置尺寸。场地内的室外箱变应尽量布置于负荷中心、且使商业受影响最小的室外区域；室内配电房应注意布置于使商业受影响最小室内的区域（即尽量避免布置于一层临街处）。上述设备及设备用房确定位置时应经本公司工程部认可，无特殊原因不得在施工图设计阶段随意改动。 10、要求在总图、户型及平立面设计时水、电、结构各专业应提前参与建筑方案设计。本项目拟采取限额设计，设计概算不得突破：砖混结构680元/平方米,

倒立摆控制系统设计报告.doc

控制系统综合设计倒立摆控制系统院（系、部）：组长：组员班级：指导教师： 2014年1月2日星期四

目录摘要----------------------------------------------------------------------------------3 引言----------------------------------------------------------------------------------3 一、整体方案设计--------------------------------------------------------------3 1、需求-----------------------------------------------------------------------------3 2、目标-----------------------------------------------------------------------------3 3、概念设计----------------------------------------------------------------------3 4、整体开发方案设计---------------------------------------------------------3 5、评估----------------------------------------------------------------------------4 二、系统设计--------------------------------------------------------------------4 （一）系统设计-----------------------------------------------------------------4 1、功能分析----------------------------------------------------------------------4 2、设计规范和约束------------------------------------------------------------6 3、详细设计----------------------------------------------------------------------7 （二）机械系统设计-----------------------------------------------------------8 三、理论分析---------------------------------------------------------------------9 1、控制系统建模----------------------------------------------------------------9 2、时域和频域分析------------------------------------------------------------13 3、设计PID或其他控制器---------------------------------------------------21 四、元器件、设备选型--------------------------------------------------------30

倒立摆系统的控制器设计

摘要倒立摆是一种典型的非线性，多变量，强耦合，不稳定系统，许多抽象的控制概念如系统的稳定性、可控性、系统的抗干扰能力等都可以通过倒立摆直观的反应出来；倒立摆的控制思想在实际中如实验、教学、科研中也得到广泛的应用；在火箭飞行姿态的控制、人工智能、机器人站立与行走等领域有广阔的开发和利用前景。因此，对倒立摆系统的研究具有十分重要的理论和实践意义。本文首先将直线倒立摆抽象为简单的模型以便于受力分析进行机理建模，然后通过牛顿力学原理进行分析，得出相应的模型，进行拉氏变化带入相应参数得出摆杆角度和小车位移、摆杆角度和小车加速度、摆杆角度和小车所受外界作用力、小车位移与小车所受外界作用力的传递函数，其中摆杆角度和小车加速度之间的传递函数为： 02()0.02725()()0.01021250.26705s G s V s s Φ==- ………… (1) 即我们在本次设计中主要分析的系统的传递函数。然后从时域角度着手，分析直线一级倒立摆的开环单位阶跃响应和单位脉冲响应，利用Matlab 中的Simulink 仿真工具进行仿真，得出结论该系统的开环响应是发

散的。最后分别利用根轨迹分析法，频域分析法和PID 控制法对倒立摆系统进行校正。针对目标一：调整时间0.5(2%)s t s =误差带，最大超调量%10%≤p σ，选取参数利用根轨迹法进行校正，得出利用超前校正环节的传递函数为： 135.1547( 5.0887) ()135.1547c s G s s +=+ ………………………… (2) 针对目标二：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。通过频域法得出利用超前校正环节的传递函数为： 1189.6(8.15) ()99.01c s G s s +=+ …………………………… ……………………(3) 针对目标三：调整时间误差带）%2(2s t s =，最大超调量，%15%≤p σ，设计或调整PID 控制器参数，得出调整后的传递函数为： 150()21020c G s s s =++ ………………………………………. .(4)

一阶倒立摆控制系统

一阶直线倒立摆系统姓名：班级：学号：

目录摘要 (3) 第一部分单阶倒立摆系统建模 (4) （一）对象模型 (4) （二）电动机、驱动器及机械传动装置的模型 (6) 第二部分单阶倒立摆系统分析 (7) 第三部分单阶倒立摆系统控制 (11) （一）内环控制器的设计 (11) （二）外环控制器的设计 (14) 第四部分单阶倒立摆系统仿真结果 (16) 系统的simulink仿真 (16)

摘要：该问题源自对于娱乐型”独轮自行车机器人”的控制，实验中对该系统进行系统仿真，通过对该实物模型的理论分析与实物仿真实验研究，有助于实现对独轮自行车机器人的有效控制。控制理论中把此问题归结为“一阶直线倒立摆控制问题”。另外，诸如机器人行走过程中的平衡控制、火箭发射中的垂直度控制、卫星飞行中的姿态控制、海上钻井平台的稳定控制、飞机安全着陆控制等均涉及到倒立摆的控制问题。实验中通过检测小车位置与摆杆的摆动角，来适当控制驱动电动机拖动力的大小，控制器由一台工业控制计算机（IPC）完成。实验将借助于“Simulink封装技术——子系统”，在模型验证的基础上，采用双闭环PID控制方案，实现倒立摆位置伺服控制的数字仿真实验。实验过程涉及对系统的建模、对系统的分析以及对系统的控制等步骤，最终得出实验结果。仿真实验结果不仅证明了PID方案对系统平衡控制的有效性，同时也展示了它们的控制品质和特性。第一部分单阶倒立摆系统建模

（一）对象模型由于此问题为”单一刚性铰链、两自由度动力学问题”，因此，依据经典力学的牛顿定律即可满足要求。如图1.1所示，设小车的质量为0m ，倒立摆均匀杆的质量为m ，摆长为2l ，摆的偏角为θ，小车的位移为x ，作用在小车上的水平方向上的力为F ，1O 为摆杆的质心。图1.1 一阶倒立摆的物理模型根据刚体绕定轴转动的动力学微分方程，转动惯量与角加速度乘积等于作用于刚体主动力对该轴力矩的代数和，则 1）摆杆绕其重心的转动方程为 sin cos y x l F J F l θθθ=-&& （1-1） 2）摆杆重心的水平运动可描述为 2 2(sin )x d F m x l dt θ=+ （1-2） 3）摆杆重心在垂直方向上的运动可描述为 2 2(cos )y d F mg m l dt θ-= （1-3） 4）小车水平方向运动可描述为 202x d x F F m dt -= （1-4）

项目设计任务书

XXX项目设计任务书 XXX控股有限公司二零一八年五月

XXX方案设计任务书一、项目概况 1、项目名称：XXX 2、项目地址：XXX 3、建设单位：XXX控股有限公司 4、用地情况： 1）用地性质：住宅用地 2）用地面积：亩 3）地理位置：东至：XX四路；西至：XX三路；南至：XX南路；北至：XX路。 4)市政条件：宗地红线外XX四路已经达到：道路通、给水通、雨水通、污水通。 5、经济性原则：在规划、平面布局、立面造型、结构选型和应用系统选择等各方面，合理进行成本控制，注重方案的经济性和可实施性。二、建设规模总建筑面积：约40万平方米，其中地上面积：约30万平方米（以最终政府审批通过的总平图为准）三、项目定位根据项目的整体定位（国际都会时代背景下的都市前瞻性人居之城），结合升级区域人居和城市发展的要求，在区域竞争市场环境趋势下定位为“创新化的中高端住宅”，采用“新城市主义”规划模式，形成“都市复兴背景下的都市升级前瞻性理念之城”的开发理念。

1、客户定位：35-45岁的二次置业者，家庭成员三~六人；城市内的白领阶层与普通公务员、养老者、职业投资客户。 2、建筑风格：现代简约风格。 3、功能定位： 1）满足社区业主的居住需要，提供给业主一个安静的家与一个温馨和谐的社区环境； 2）为社区业主解决生活配套问题，降低业主的生活成本； 3）将文化教育引入社区，提供完善的文化教育前景； 4）将科技引入社区，倡导一种富含科技的生活； 5）满足业主对绿化环境等方面的要求，加强景观建造； 6）要给业主间一个交流的平台； 7）满足各个阶层客户对品味的要求，满足客户对新品质新生活的追求； 4、物业类型：住宅：包含高层、小高层、花园洋房等；商业：本项目定位于区域内配套型商业。四、开发理念开发理念：都市新理念前瞻性之城在区域内引领市场，打造标杆性项目，需要在整体形象、产品品质、产品创新、景观展示、物业服务等方面全面超越目前市场水平，提高项目综合素质。整体形象：营造大盘高端社区的市场形象，给客户留下高端社区市场印象；产品品质：在建筑外立面、社区外围景观、主题景观、入口形象等方面做出品质感，从外表形象上拔高项目品质；产品创新：引入性价比及功能性更高的，契合目标客户切身需求的创新产品；景观展示：景观示范区，打造园林景观示范区以吸引客户；

倒立摆校正装置的设计

自动控制原理课程设计报告倒立摆系统的控制器设计指导教师：谢昭莉学生：冯莉学号： 20095099 专业：自动化班级： 2009 级 3 班设计日期： 2011.12.12—2011.12.23 重庆大学自动化学院 2011年12月

重庆大学本科学生课程设计任务书

目录 1倒立摆系统的研究背景和意义 (1) 2小车倒立摆系统模型的假设 (1) 3符号说明 (2) 4模型的建立 (2) 4.1牛顿力学法系统分析 (2) 4.2拉氏变换后实际系统的模型 (6) 5开环响应分析 (7) 6根轨迹法设计超前校正装置函数 (9) 6.1校正前倒立摆系统的闭环传递函数的析 (9) 6.2系统稳定性分析 (9) 6.3期望闭环极点的确定 (10) 6.4 超前校正装置传递函数的设计 (11) 6.4.1校正参数计算 (11) 6.4.2控制器的确定 (13) 6.4.3校正装置的改进 (13) 6.4.4Simulink仿真 (15)

7直线一级倒立摆频域法设计 (17) 7.1系统频域响应分析 (17) 7.2频域法控制器设计 (19) 7.2.1控制器的选择 (19) 7.2.2系统开环增益的计算 (19) 7.2.3校正装置的频率分析 (20) 7.2.4控制器转折频域和截止频域的求解 (22) 7.2.5校正装置的确定 (22) 7.2.6Simulink仿真 (24) 8直线一级倒立摆的PID控制设计 (25) 8.1PID简介 (25) 8.2PID控制设计分析 (25) 8.3PID控制器的参数测定 (26) 9总结与体会 (29) 9.1总结 (29) 9.2体会 (29) 10参考文献 (30)

一级倒立摆的课程设计

第 1 页目录摘要............................................................................................... 3 1．一阶倒立摆的概述.. (4) 1.1倒立摆的起源与国内外发展现状................................. 4 1.2倒立摆系统的组成......................................................... 5 1.3倒立摆的分类：............................................................. 5 1.4倒立摆的控制方法：..................................................... 5 1.5本文研究内容及安排..................................................... 6 1.6系统内部各相关参数为：............................................. 6 2．一阶倒立摆数学模型的建立. (7) 2.1概述................................................................................. 7 2.2数学模型的建立............................................................. 8 2.3一阶倒立摆的状态空间模型：....................................11 2.4实际参数代入：........................................................... 12 3．定量、定性分析系统的性能.. (13) 3.1，对系统的稳定性进行分析........................................ 13 3.2 对系统的稳定性进行分析：...................................... 15 4．状态反馈控制器的设计. (16) 4.1反馈控制结构............................................................... 16 4.2单输入极点配置........................................................... 17 4.3利用MATLAB 编写程序 ............................................ 20 5．系统的仿真研究，校验与分析. (22) 5.1使用Matlab 中的SIMULINK 仿真............................ 22 6．设计状态观测器，讨论带有状态观测器的状态反馈系统的

控制系统课程设计---直线一级倒立摆控制器设计

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程设计说明书（论文）课程名称：控制系统设计课程设计设计题目：直线一级倒立摆控制器设计院系：班级：设计者：学号：指导教师：罗晶周乃馨设计时间：2013.9.2——2013.9.13

哈尔滨工业大学课程设计任务书姓名：院（系）：英才学院专业：班号：任务起至日期：2013 年9 月 2 日至2013 年9 月13 日课程设计题目：直线一级倒立摆控制器设计已知技术参数和设计要求：本课程设计的被控对象采用固高公司的直线一级倒立摆系统GIP-100-L。系统内部各相关参数为： M小车质量0.5 Kg ；m摆杆质量0.2 Kg ；b小车摩擦系数0.1 N/m/sec ；l摆杆转动轴心到杆质心的长度0.3 m ；I摆杆惯量0.006 kg*m*m ；T采样时间0.005 秒。设计要求： 1．推导出系统的传递函数和状态空间方程。用Matlab 进行阶跃输入仿真，验证系统的稳定性。 2．设计PID控制器，使得当在小车上施加0.1N的脉冲信号时，闭环系统的响应指标为：（1）稳定时间小于5秒；

（2）稳态时摆杆与垂直方向的夹角变化小于0.1 弧度。 3．设计状态空间极点配置控制器，使得当在小车上施加0.2m的阶跃信号时，闭环系统的响应指标为：（1）摆杆角度θ和小车位移x的稳定时间小于3秒（2）x的上升时间小于1秒（3）θ的超调量小于20度（0.35弧度）（4）稳态误差小于2%。工作量： 1. 建立直线一级倒立摆的线性化数学模型； 2. 倒立摆系统的PID控制器设计、MATLAB仿真及实物调试； 3. 倒立摆系统的极点配置控制器设计、MATLAB仿真及实物调试。

20112515直线一级倒立摆机理建模

上海电力学院课程设计报告课名：自动控制原理应用实践题目：倒立摆控制装置院系：自动化工程学院专业：测控技术与仪器班级：2011151班姓名：马玉林学号：20112515 时间：2014年1月14日

倒立摆系统按摆杆数量的不同，可分为一级，二级，三级倒立摆等，多级摆的摆杆之间属于自有连接（即无电动机或其他驱动设备）。对倒立摆系统的研究能有效的反映控制中的许多典型问题：如非线性问题、鲁棒性问题、镇定问题、随动问题以及跟踪问题等。通过对倒立摆的控制，用来检验新的控制方法是否有较强的处理非线性和不稳定性问题的能力。倒立摆的控制问题就是使摆杆尽快地达到一个平衡位置，并且使之没有大的振荡和过大的角度和速度。当摆杆到达期望的位置后，系统能克服随机扰动而保持稳定的位置。 1.1 倒立摆的控制方法倒立摆系统的输入来自传感器的小车与摆杆的实际位置信号，与期望值进行比较后，通过控制算法得到控制量，再经数模转换驱动直流电机实现倒立摆的实时控制。直流电机通过皮带带动小车在固定的轨道上运动，摆杆的一端安装在小车上，能以此点为轴心使摆杆能在垂直的平面上自由地摆动。作用力u平行于铁轨的方向作用于小车，使杆绕小车上的轴在竖直平面内旋转，小车沿着水平铁轨运动。当没有作用力时，摆杆处于垂直的稳定的平衡位置（竖直向下）。为了使杆子摆动或者达到竖直向上的稳定，需要给小车一个控制力，使其在轨道上被往前或朝后拉动。本次设计中我们采用其中的牛顿－欧拉方法建立直线型一级倒立摆系统的数学模型，然后通过开环响应分析对该模型进行分析，并利用学习的古典控制理论和Matlab /Simulink仿真软件对系统进行控制器的设计，主要采用根轨迹法，频域法以及PID（比例-积分-微分）控制器进行模拟控制矫正。 2 直线倒立摆数学模型的建立直线一级倒立摆由直线运动模块和一级摆体组件组成，是最常见的倒立摆之一，直线倒立摆是在直线运动模块上装有摆体组件，直线运动模块有一个自由度，小车可以沿导轨水平运动，在小车上装载不同的摆体组件。系统建模可以分为两种：机理建模和实验建模。实验建模就是通过在研究对象上加上一系列的研究者事先确定的输入信号，激励研究对象并通过传感器检测其可观测的输出，应用数学手段建立起系统的输入－输出关系。这里面包括输入

单级倒立摆经典控制系统

单级倒立摆经典控制系统摘要：倒立摆控制系统虽然作为热门研究课题之一，但见于资料上的大多采用现代控制方法，本课题的目的就是要用经典的方法对单级倒立摆设计控制器进行探索。本文以经典控制理论为基础，建立小车倒立摆系统的数学模型，使用PID控制法设计出确定参数(摆长和摆杆质量)下的控制器使系统稳定，并利用MATLAB软件进行仿真。关键词：单级倒立摆；经典控制；数学模型；PID控制器；MATLAB 1绪论自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。它的发展初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理，并主要用于工业控制。控制理论在几十年中，迅速经历了从经典理论到现代理论再到智能控制理论的阶段，并有众多的分支和研究发展方向。 1.1经典控制理论控制理论的发展，起于“经典控制理论”。早期最有代表性的自动控制系统是18世纪的蒸汽机调速器。20世纪前，主要集中在温度、压力、液位、转速等控制。20世纪起，应用范围扩大到电压、电流的反馈控制，频率调节，锅炉控制，电机转速控制等。二战期间，为设计和制造飞机及船用自动驾驶仪、火炮定位系统、雷达跟踪系统及其他基于反馈原理的军用装备，促进了自动控制理论的发展。

至二战结束时，经典控制理论形成以传递函数为基础的理论体系，主要研究单输入-单输出、线性定常系统的分析问题。经典控制理论的研究对象是线性单输入单输出系统，用常系数微分方程来描述。它包含利用各种曲线图的频率响应法和利用拉普拉斯变换求解微分方程的时域分析法。这些方法现在仍是人们学习控制理论的入门之道。 1.2倒立摆 1.2.1倒立摆的概念图1 一级倒立摆装置倒立摆是处于倒置不稳定状态，人为控制使其处于动态平衡的一种摆。如杂技演员顶杆的物理机制可简化为一级倒立摆系统，是一个复杂、多变量、存在严重非线性、非自治不稳定系统。

项目规划设计任务书1427135310

项目规划设计任务书一、项目地块基本特征概述（一）规模尺寸：占地393.804亩。北临青龙路、东临新飞大道，南临朗公庙中街村用地，西临大泉排。地块东西约950米、南北约300米。其中北临青龙路与东临新飞大道、南临朗公庙中街村地块约93亩为五星级酒店用地。其余酒店用地以西约300亩为住宅用地（二）区位、环境：地块位于新飞大道与青龙路交叉口，就新乡市城区局部区域现状而言，属于城区的中心偏东南地带，因为开发时间不长，目前配套设施不太完善。但就未来城区范围而言，符合新乡市政府“东扩南移”的城市整体发展战略，不久将成为未来的高端生活居住区，具突出的区位价值；（三）交通：地处青龙路与新飞大道交叉口，又为通往省会郑州的重要交通要道口。路况很好，交通出行十分便利，因为开发时间不长，地块周边开通的公交线路不是太多，而且运作较不规范，但有望在年内得到改善；（四）生活配套：地块处于新城区，周边的生活配套较为缺乏，仅有的生活配套设施分布散乱，规划水平与层次比较滞后，故项目周边的生活配套的成熟度会是一个喜忧参半的大问题. 二、政府规划设计条件

（一）规划城市道路红线宽度青龙路60米（绿线100米），新飞大道100米（二）建筑规划要求：建筑最突出部分（含附属物）退青龙路红线不少于30米，退大排泉河岸绿线不少于10米，退地界不少于4米。三、具体设计内容（一）整体概念性规划设计按900亩住宅用地设计（包括小区大门）（二）具体项目详细规划设计按300亩住宅用地设计（项目地块基本特征里已述）（三）设计深度到施工图设计前，各单体建筑外立面要求出效果图（包括小区大门）（四）因原地块整体标高低于现有市政道路路面约150CM，要拿出规划处理方案（五）由于市政外排水较高，汛期可能出现下水不能直排的情况，需在雨水与污水排放方面要有详细合理科学的说明并考虑雨水再利用，并特别强调整体雨、污水排放及整体园区合理自然排放方案（六）沿青龙路考虑二层适合结构的商业建筑四、其他说明（一）宗地图里原规划的振中路已取消，可不考虑原有的规划路