倒立摆实验报告(PID控制).docx

:..专业实验报告学生姓名学号指导老师实验名称倒立摆与自动控制原理实验实验时间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PID控制实验:1) 理解并掌握PID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 PID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、 (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:.0034kg*m*(3)直线一级倒立摆PID控制原理经典控制理论的研究对象主要是单输入单输出的系统,控制器设计时一般需要有关被控对象的较精确模型。PID控制器因其结构简单,容易调节,且不需对系统建立精确的模型,在控制上应用较广。比例(P作用)增大,系统响应快,对提高稳态精度有益,但过大易引起过度的振荡,降低相对稳定性。微分(D作用)对改善动态性能和抑制超调有利,但过强,即校正装置的零点靠近原点或者使开环的截止频率增大,不仅不能改善动态性能,反而易引入噪声干扰。积分(I作用)主要是消除或减弱稳态误差, 但会延长调整时间,参数调整不当容易振荡。(1) MatlabSimulink环境下电机控制实现在MATLABSimulink仿真环境中,利用“GoogolEducationProducts\GT-400-SVBlockLibrary”建立模型,然后进行仿真并分析结果。(2) 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;利用 MATLABSimulink实时控制工具箱"GoogolEducationProducts ”中的工具进行仿真分析。(3) 直线一级倒立摆PID控制利用MATLABSimulink实时控制工具箱"GoogolEducationProducts”来实现PID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 PID值,分析和仿真倒立摆的运行情况。 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,1/0设备产生相应的控制量,交与伺服驱动器