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1、_归纳总结汇总_ - - - - - - - - - 课程设计指导老师评定成果表工程分优秀良好中等及格不及格评80x100x 90 90x 80 70x60 x 值70 分学习15 参考标准参考标准参考标准参考标准参考标准学习态度认学习态度比较学习态度学习态度尚学习马真,科学作风仔细,科学作尚好,遵可,能遵守虎,纪律严谨,严格保风良好,能按守组织纪组织纪律,涣散,工证设计时间并期圆满完成任律,基本能按期完成作作风不态度按任务书中规务书规定的任保证设计任务严谨 ,不能技术25 定的进度开展务时间,按设计基本合保证设计各项工作期完成各时间和进设计合理、理项工作度设计合理、理设计合设计不合论分析与运
2、算论分析与运算理,理论理,理论分理,理论正确,试验数正确,试验数分析与计析与运算无分析与计据精确,有很据比较精确,算基本正大错,试验算有原就强的实际动手有较强的实际确,试验数据无大错错误,实才能、经济分动手才能、经数据比较验数据不水平析才能和运算济分析才能和精确,有牢靠,实与实机应用才能,运算机应用能肯定的实际动手能际能文献查阅才能力,文献引际动手能力差,文力强、引用合用、调查调研力,主要献引用、理、调查调研比较合理、可文献引调查调研特别合理、可信用、调查有较大的信调研比较问题可信创新10 有重大改进或有较大改进或有肯定改有肯定见解观念陈旧特殊见解,有新奇的见解,进或新的论文肯定有用价值有用性
3、尚可见解结构基本合内容空结构严谨,逻结构合理,符结构合辑性强,层次合规律,文章理,层次理,规律基泛,结构清晰,语言准层次分明,语较为分本清晰,文纷乱,文50 计确,文字流言精确,文字明,文理字尚通顺,字表达不算畅,完全符合流畅,符合规通顺,基将就达到规清,错别书、规范化要求,范化要求,书本达到规范化要求；字较多,图书写工整或用写工整或用计范化要图纸比较工达不到规纸运算机打印成算机打印成求,书写整范化要撰写文；图纸特别文；图纸工比较工求；图纸质量工整、清晰整、清晰整；图纸不工整或比较工不清晰整、清晰0 / 28 _精品资料_ - - - - - - -第 1 页,共 28 页_归纳总结汇总_ -
4、 - - - - - - - - 指导老师评定成果：指导老师签名：年月日1 / 28 _精品资料_ - - - - - - -第 2 页,共 28 页_归纳总结汇总_ - - - - - - - - - 重庆高校本科同学课程设计任务书课程设计题目倒立摆系统的掌握器设计年级2022 级学院自动化学院专业自动化1、已知参数和设计要求：M ：小车质量 1.096kg m：摆杆质量 0.109kg b：小车摩擦系数 0.1N/sec l ：摆杆转动轴心到杆质心的长度 0.25m 2I：摆杆惯量 0.0034kgm建立以小车加速度为系统输入,以摆杆角度为系统输出的被控对象数学模型；分别用根轨迹法、频率特
5、性法设计掌握器使闭环系统满意要求的性能指标；调整 PID 掌握器参数,使闭环系统满意要求的性能指标；2、利用根轨迹法设计掌握器,使得校正后系统的性能指标满意：调整时间最大超调量3、利用频率特性法设计掌握器,使得校正后系统的性能指标满意：1系统的静态位置误差常数为 10；2相位裕量为 50 ；3增益裕量等于或大于 10dB；4、设计或调整 PID 掌握器参数,使得校正后系统的性能指标满意：调整时间最大超调量同学应完成的工作：1、利用设计指示书中的实际参数,通过机理推导,建立倒立摆系统的实际数学模型；2、进行开环系统的时域分析；3、利用根轨迹法设计掌握器,进行闭环系统的仿真分析；4、利用频域法设计
6、掌握器,进行闭环系统的仿真分析；5、设计或调整 PID 掌握器参数,进行闭环系统的仿真分析；6、将所设计的掌握器在倒立摆系统上进行实时掌握试验；7、完成课程设计报告；2 / 28 _精品资料_ - - - - - - -第 3 页,共 28 页_归纳总结汇总_ - - - - - - - - - 参考资料：1、固高科技有限公司 .直线倒立摆安装与使用手册R1.0,2022 2022 2、固高科技有限公司 . 固高 MATLAB 实时掌握软件用户手册,3、Matlab/Simulink 相关资料4、谢昭莉,李良筑,杨欣. 自动掌握原理 . 北京：机械工业出版社, 2022 5、胡寿松 . 自动掌
7、握原理 第五版） . 北京：科学出版社, 2022 6、Katsuhiko Ogata.现代掌握工程 . 北京：电子工业出版社,2022 课程设计的工作方案：1、布置课程设计任务；消化课程设计内容,查阅并参考相关资料,进行初步 设计3 天）；2、按课程设计的要求进行具体设计3 天）；3 天）；3、进行实时掌握试验,并按课程设计的规范要求撰写设计报告4、课程设计答辩,实时掌握验证1 天）；任务下达日期 2022 年 12 月 16 日完成日期 2022 年 12 月 28 日指导老师 签名）同学 签名）3 / 28 _精品资料_ - - - - - - -第 4 页,共 28 页_归纳总结汇总_
8、 - - - - - - - - - 目录目录 5摘要 61 倒立摆系统概述7 8 8 2 数学模型的建立8 2.1 数学模型建立的含义2.1 倒立摆数学模型的建立2.1.1 受力分析 8 2.1.2 构建实际模型 11 3 开环响应分析 114 根轨迹法校正 134.1 校正前分析 . 13 4.2 根轨迹法校正过程 . 144.2 系统掌握器的改进 164.3 校正结果分析 185 频域法校正 185.1 校正前分析 18 5.2 频域法串联校正设计 205. 3 校正结果分析 23 6 PID 掌握器校正 256.1 PID 掌握器校正分析 256.2 PID 校正结果分析 277 总结
9、与体会 278 参考文献 28 4 / 28 _精品资料_ - - - - - - -第 5 页,共 28 页_归纳总结汇总_ - - - - - - - - - 摘要随着科学技术的快速进展,新的掌握方法不断显现,倒立摆系统作为检验 新的掌握理论及方法有效性的重要试验手段得到广泛讨论；倒立摆掌握系统是 一个典型的非线性、强耦合、多变量和不稳固系统,作为掌握系统的被控对 象,很多抽象的掌握概念都可以通过倒立摆直观地表现出来；倒立摆系统是非线性、强耦合、多变量和自然不稳固的系统,是机器人技术、掌握理论、运算机掌握等多个领域、多种技术的有机结合；在掌握过程中,它能有效地反映诸如可镇静性、鲁棒性、随动
10、性以及跟踪等很多掌握中的关键问题,是检验各种掌握理论的抱负模型；掌握器的设计是倒立摆系统的核心内容；目前典型的掌握器设计理论有 态空间法、最优掌握理论等；PID掌握、根轨迹以及频率响应法、状本文具体介绍了一级倒立摆系统的掌握器设计过程,第一概述了倒立摆系统的数学模型,其次,分别采纳频域法、根轨迹法、进行了掌握器设计；在设计掌握器的过程中,采纳PID掌握器法对倒立摆系统 Matlab软件对掌握系统进行编程仿真,并用 SIMULINK 对所采纳的设计方法进行仿真；关键词 ：倒立摆、频域法、根轨迹法、PID 掌握器法5 / 28 _精品资料_ - - - - - - -第 6 页,共 28 页_归纳
11、总结汇总_ - - - - - - - - - 1 倒立摆系统概述支点在下,重心在上,恒不稳固的系统或装置叫倒立摆；相反,支点在上而重心 在下的装置就称为顺摆；现实生活中,摆无处不在,如吊车等都可被看作是一个摆；倒立摆的种类有悬挂式、直线、环形、平面倒立摆等；一级、二级、三级、四级乃至 多级倒立摆；倒立摆系统由倒立摆本体,电控箱以及掌握平台 包括运动掌握卡和 PC 机）三大部分组倒立摆掌握系统是一个复杂的、不稳固的、非线性系统,是进行掌握 理论教案及开展各种掌握试验的抱负试验平台；图 1 直线一级倒立摆掌握系统 对倒立摆系统的讨论能有效的反映掌握中的很多典型：问题如非线性问题、鲁棒 性问题、镇
12、静问题、随动问题以及跟踪问题等；通过对倒立摆的掌握,用来检验新的 掌握方法是否有较强的处理非线性和不稳固性问题的才能；同时,其掌握方法在军 工、航天、机器人和一般工业过程领域中都有着广泛的用途,如机器人行走过程中的 平稳掌握、火箭发射中的垂直度掌握和卫星飞行中的姿势掌握等；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由连接 即无电动机或其他驱动设备）；倒立摆的掌握问题就是使摆杆尽快地达到一个平稳位置,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固的 位置；倒立摆系统的输入为小车的位移即位置）和摆杆的倾斜角度
13、期望值,运算机在每一个采样周期中采集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6 / 28 _精品资料_ - - - - - - -第 7 页,共 28 页_归纳总结汇总_ - - - - - - - - - 后,通过掌握算法得到掌握量,再经数模转换驱动直流电机实现倒立摆的实时掌握；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摇摆；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,摆杆处于垂直的稳固的平稳位置竖直向下）；为了使杆子摇摆或者达到竖直向上的稳固,需要给小
