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二级倒立摆系统的稳定控制

赵美丽  
【摘要】: 倒立摆作为一个典型的不稳定和严重非线性系统,一直以来是控制理论界研究的热点,常被用作检验各种新型或先进控制策略优劣的实验装置。本文以实验室的二级倒立摆为被控对象,采用状态反馈极点配置控制算法,通过软件编程与硬件调试,以期实现二级倒立摆的稳定控制。 本文首先介绍了课题的背景及意义,综述了倒立摆系统及倒立摆稳定控制的研究现状;介绍了二级倒立摆系统的结构、工作原理及其数学模型,突出了其非线性特性的本质,并在线性化模型的基础上对该系统的能控性、能观性进行简要的分析。 其次,针对本实验系统的计算机控制要求,对线性化数学模型进行离散化,并设计了离散的状态反馈控制器;在Matlab/Simulink环境下建立了二级倒立摆系统的仿真模型,选择不同的极点配置和不同的采样周期进行仿真研究,选取了一组较为合适的控制参数。 最后,对信号调理、功率驱动等硬件电路的工作原理及特性进行深入的分析,根据本系统的控制要求,给出了控制软件的流程框图,并编写了在DOS环境下的C语言源程序;完成整个实物系统的软硬件调试,最终实现了二级倒立摆的稳定控制,并对实验过程遇到的问题及实验结果进行分析。


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