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倒立摆实验报告(根轨迹)

更新时间：2019-12-24 20:15:34 大小：709K 上传用户：xuzhen1查看TA发布的资源 标签：倒立摆 下载积分：0分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

一、实验内容

（1）完成.直线倒立摆建模、仿真与分析；

（2）完成直线一级倒立摆根轨迹校正与仿真控制实验：

1）理解并掌握根轨迹控制的原理和方法，并应用于直线一级倒立摆的控制；

2）在Simulink 中建立直线一级倒立摆模型，通过实验的方法调整根轨迹参数并仿

真波形；

3）当仿真效果达到预期控制目标后，下载程序到控制机，进行物理实验并获得实

际运行图形。

二、实验过程

1. 实验原理

（1）直线倒立摆建模方法

倒立摆是一种有着很强非线性且对快速性要求很高的复杂系统， 为了简化直线一级倒立

摆系统的分析，在实际的建模过程中，我们做出以下假设：

1、忽略空气阻力；

2、将系统抽象成由小车和匀质刚性杆组成；

3、皮带轮和传送带之间无滑动摩擦，且传送带无伸长现象；

4、忽略摆杆和指点以及各接触环节之间的摩擦力。

实际系统的模型参数如下表所示：

（2）直线一级倒立摆根轨迹校正控制原理

基于根轨迹法校正的基本思想是：假设系统的动态性能指标可由靠近虚轴的一对共轭

闭环主导极点来表征， 因此， 可把对系统提出的时域性能指标的要求转化为一对期望闭环主

导极点。确定这对闭环主导极点的位置后， 首先根据绘制根轨迹的相角条件判断一下它们是

否位于校正前系统的根轨迹上。如果这对闭环主导极点正好落在校正前系统的根轨迹上， 则

无需校正，只需调整系统的根轨迹增益即可；否则，可在系统中串联一个超前校正装置。

常见的校正器有超前校正、滞后校正以及超前滞后校正等。


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倒立摆实验报告(根轨迹).pdf 709K

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（完整内容请下载后查看）
专 业 实 验 报 告  
学生姓名  
实验名称  
学号  
倒立摆与自动控制原理实验  
指导老师  
实验时间  
2014 年 7 月 5 日  
一、实验内容  
（1）完成 .直线倒立摆建模、仿真与分析；  
（2）完成直线一级倒立摆根轨迹校正与仿真控制实验：  
1）理解并掌握根轨迹控制的原理和方法，并应用于直线一级倒立摆的控制；  
2）在 Simulink 中建立直线一级倒立摆模型，通过实验的方法调整根轨迹参数并仿  
真波形；  
3）当仿真效果达到预期控制目标后，下载程序到控制机，进行物理实验并获得实  
际运行图形。  
二、实验过程  
1. 实验原理  
（1）直线倒立摆建模方法  
倒立摆是一种有着很强非线性且对快速性要求很高的复杂系统，  
摆系统的分析，在实际的建模过程中，我们做出以下假设：  
为了简化直线一级倒立  
1、 忽略空气阻力；  
2、 将系统抽象成由小车和匀质刚性杆组成；  
3、 皮带轮和传送带之间无滑动摩擦，且传送带无伸长现象；  
4、 忽略摆杆和指点以及各接触环节之间的摩擦力。  
实际系统的模型参数如下表所示：  
M
m
b
l
小车质量  
0.618  
0.0737  
0.1  
kg  
kg  
摆杆质量  
小车摩擦系数  
N/m/sec  
m
摆杆转动轴心到  
杆质心的长度  
0.1225  
I
摆杆惯量  
0.0034  
9.8  
kg*m*m  
kg.m/s  
g
重力加速度  
1
（2）直线一级倒立摆根轨迹校正控制原理  
基于根轨迹法校正的基本思想是：假设系统的动态性能指标可由靠近虚轴的一对共轭  
闭环主导极点来表征， 因此，可把对系统提出的时域性能指标的要求转化为一对期望闭环主  
导极点。 确定这对闭环主导极点的位置后， 首先根据绘制根轨迹的相角条件判断一下它们是  
否位于校正前系统的根轨迹上。 如果这对闭环主导极点正好落在校正前系统的根轨迹上，  
无需校正，只需调整系统的根轨迹增益即可；否则，可在系统中串联一个超前校正装置。  
常见的校正器有超前校正、滞后校正以及超前滞后校正等。  
则
2. 实验方法  
（1）直线倒立摆建模、仿真与分析  
利用牛顿 -欧拉方法建立直线一级倒立摆系统的数学模型；依照根轨迹设计的步骤得到  
系统的控制器，利用 MA TLAB Simulink 中的工具进行仿真分析。  
（3）直线一级倒立摆根轨迹校正控制  
利用 MATLAB Simulink 来实现根轨迹校正控制参数设定和仿真，并利用该参数来设定  
只限一级倒立摆的根轨迹校正控制器值，分析和仿真倒立摆的运行情况。  
3. 实验装置  
直线单级倒立摆控制系统硬件结构框图如图  
1 所示，包括计算机、 I/O 设备、伺服系统、  
倒立摆本体和光电码盘反馈测量元件等几大部分，组成了一个闭环系统。  
图 1 一级倒立摆实验硬件结构图  
对于倒立摆本体而言， 可以根据光电码盘的反馈通过换算获得小车的位移，  
小车的速度  
信号可以通过差分法得到。 摆杆的角度由光电码盘检测并直接反馈到  
I/O 设备，速度信号可  
以通过差分法得到。计算机从 I/O 设备中实时读取数据，确定控制策略（实际上是电机的输  
出力矩），并发送给 I/O 设备，I/O 设备产生相应的控制量，交与伺服驱动器处理，然后使电  
机转动，带动小车运动，保持摆杆平衡。  
2

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