基于PID和LQR的一级倒立摆控制系统的设计－开题报告

1、华 北 科 技 学 院 2011 届本科毕业设计（论文）开题报告论文题目：基于pid和lqr的一级倒立摆控制系统的设计学生姓名： 袁旺 学 号： 200703024109 系(部、院)： 电子信息工程系 专 业： 自动化 班 级： b071 指导教师： 张涛 2011 年 03 月 21 日2011 届本科毕业设计（论文）开题报告1.设计背景或研究意义倒立摆系统是一个非线性自然不稳定系统,是日常生活中许多重心在上、支点在下的控制问题的抽象模型，它在控制过程中能有效地反映控制中许多抽象而关键的问题，如系统的非线性、可控性、鲁棒性等问题。所以倒立摆是进行控制理论教学及开展各种控制实验的理想实验平台

2、。作为一种控制装置，它具有形象直观、结构简单、便于模拟实现多种不同控制方法的特点，作为一个被控对象它是一个高阶次、非线性、多变量、强耦合、不稳定的快速系统，只有采取行之有效的方法才能使它的稳定效果明了，因此对倒立摆的研究也成为控制理论中经久不衰的研究课题。 在实际生产生活中倒立摆系统也有广泛的应用，从机器人、杂技顶杆表演，海上钻井平台系统到空间飞行器和各种伺服云台的稳定，都和倒立摆的控制有很大的相似性，在自动化领域中具有重要的价值。同时其动态过程与人类的行走姿态类似，其平衡与火箭的发射姿态调整类似，因此倒立摆在研究双足机器人直立行走、火箭发射的姿态调整和直升飞机控制领域中也有重要的现实意义，其

3、控制方法和思路对这类系统以及处理一般工业过程亦有广泛的用途。2.设计的主要环节或论文的基本内容本论文以一级倒立摆为研究对象，对它的起摆及稳定控制做了研究。主要工作为： 1介绍倒立摆系统的组成和控制原理，建立一级倒立摆的数学模型，对倒立摆系统进行定性分析，证明倒立摆开环不稳定的，但在平衡点是能控的、能观的。 2分析倒立摆的起摆过程，对倒立摆的起摆能量反馈控制进行分析与说明。 3设计pid控制器和线性二次型（lqr）最优控制器，对系统进行仿真对比研究，对不同的输入响应以及不同的初始条件下的响应进行对比仿真。但被控系统的复杂性、非线性的增加控制性能会降低，由此，我们需要研究更有效的控制方法。 4倒立

4、摆模糊控制算法研究，起摆的模糊控制，稳摆运用最优控制方法设计融合函数，减少了模糊控制器的输入变量维数。在此基础上，根据以调节摆杆角度为主，然后在进行小车位置控制的原则，设计模糊pid控制器，实现对摆杆角度的控制。以调节摆杆角度为主，然后进行小车控制，小车位移用一个二维的模糊控制器控制。 5对设计的模糊控制器利用matlab进行仿真实验，调整参数，使控制方案具有良好的控制效果。 6最后在simulink real-time workshop环境下实现了实时控制。给出一级倒立摆起摆和稳定时各状态变量的响应曲线和控制量曲线，使控制具有良好的控制效果和抗扰动性。1 2011 届本科毕业设计（论文）开题报告3.进度安排第 4-5 周：掌握pid控制器和线性二次型（lqr）最优控制器的基本理论知识，重点学习控制系统设计的原理步骤。第 6-7 周：学习并掌握仿真软件matlab的使用方法。第8-11周：掌握倒立摆的常见控制方法和设计过程，计算具体的参数，设计制作一级倒立摆控制系统。第12-14周：对所设计的倒立摆控制系统进行仿真分析。第15-17周：撰写修改论文。第 17 周：准备论文答辩。指导教师意见：（对本设计或论文的深度