第50卷第4期化工自动化及仪表作者简介院刘佳伟渊1996-冤袁硕士研究生袁从事先进控制技术与自动化系统集成方面的研究遥通讯作者院曹玉波渊1971-冤袁教授袁从事先进控制技术与自动化系统集成方面的研究袁cyberr@126.com遥引用本文院刘佳伟袁宋楠袁董文琦袁等.倒立摆控制系统优化与实时仿真咱J暂.化工自动化及仪表袁2023袁50渊4冤院453-458.倒立摆系统作为一类经典的非最小相位系统具有机械构造简单尧占用空间小及使用范围广等优点袁非常适合在经费与科研条件都有限的实验室中进行控制实验咱1暂遥其本身所具有的非线性尧强耦合性及不稳定性咱2暂等工程中十分普遍的特性袁使其具备着一般非线性不稳定系统中非常重要的动态性能咱3暂遥在控制领域袁许多经典和现代的控制方法以及复杂系统的物理模型都可以近似到倒立摆系统中咱4暂袁各种经典控制理论和新颖的控制策略也可通过倒立摆进行验证咱5暂袁并且控制效果可以通过摆杆和小车的状态直观地体现出来袁其相关控制算法已应用于军工尧航天及机器人等诸多领域咱6袁7暂遥因此袁对倒立摆系统的实现与优化不仅能将理论具体应用到实际设备袁同时也为探索尧论证新理论的正确与否提供实验平台和实践基础遥1倒立摆机理模型直线倒立摆是经典的倒立摆模型袁针对直线倒立摆的实验能够直观体现许多控制性能袁如系统的能控能观性尧稳定性及抗干扰性等咱8暂遥本次设计根据经典控制理论利用牛顿第二运动定律对倒立摆系统进行力学分析袁在忽略空气阻力和摩擦力后袁可以将其抽象为由小车和匀质摆杆组成的刚性系统袁如图1所示遥图1直线一阶倒立摆直线一阶倒立摆简化模型中的参数袁均取自图1a所示的实验室倒立摆装置说明书中提供的设备参数值袁具体数据见表1遥表1直线一阶倒立摆模型参数参数FMml含义加在小车上面的力小车的质量摆杆的质量摆杆转轴到质心的长度数值10.22750.09230.185兹摆杆偏离的角度-J摆杆的转动惯量0.004212b小车的摩擦系数0.1单位Nkgkgmradkg窑m2N窑m-1窑s-1DOI:10.20030/j.cnki.1000鄄3932.202304009倒立摆控制系统优化与实时仿真刘佳伟a宋楠b董文琦a曹玉波a渊吉林化工学院a.信息与控制工程学院曰b.石油化工学院冤摘要以一阶直线倒立摆为研究对象袁基于牛顿第二运动定律袁在惯性坐标系内分析和建立倒立摆状态空间表达式数学模型袁设计并实现了基于经典PID控制器尧状态反馈控制器和全维状态观测器的状态反馈控制器的倒立摆控制系统遥通过MATLAB脚本语言实现了倒立摆实时仿真与控制系统袁结果表明院优化后的...
