重庆大学自控原理课程设计实验报告
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设计基本合理，理论分析与计算无大错，实验数据无大错。报告结构基本合理，逻辑基本清楚，文字尚通顺，勉强达到规范化要求；图纸比较工整
设计不合理，理论分析与计算有原则错误，实验数据不可靠，文献引用、调查调研有较大的问题。报告内容空泛，结构混乱，达不到规范化要求；图纸不工整或不清晰
答辩表现
30
答辩时，能简明扼要地阐述自己设计的主要内容和完成的主要工作；思路清晰；表达能力强；回答问题正确，有理论根据，基本要领清楚，对相关知识掌握好。
自动控制理论课程设计
倒立摆系统的控制器设计
学生姓名：张萌
指导教师：谢昭莉
班级：自动化3班
重庆大学自动化学院
二O一六年十二月
课程设计指导教师评定成绩表
项目
分值
优秀
(100>x≥90)
良好
(90>x≥80)
中等
(80>x≥70)
及格
(70>x≥60)
不及格(x<60)
评分
参考标准
参考标准
参考标准
参考标准
设计合理、理论分析与计算正确，实验数据比较准确，文献引用、调查调研比较合理、可信。报告结构合理，符合逻辑，文章层次分明，语言准确，文字流畅，符合规范化要求，图纸工整、清晰
设计合理，理论分析与计算基本正确，实验数据比较准确，主要文献引用、调查调研比较可信。报告结构合理，层次较为分明，文理通顺，基本达到规范化要求，图纸比较工整、清晰
6、Katsuhiko Ogata.现代控制工程.北京：电子工业出版社，2003
课程设计的工作计划：
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详细设计（3天）；
3、进行实时控制实验，并按课程设计的规范要求撰写设计报告（3天）；
4、课程设计答辩，实时控制验证（1天）。
倒立摆系统的控制器设计
学院
自动化学院
专业
自动化
年级
2014级
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
I：摆杆惯量0.0034kgm2
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、频率特性法设计控制器使闭环系统满足要求的性能指标；调整PID控制器参数，使闭环系统满足要求的性能指标。
学生应完成的工作：
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、利用根轨迹法设计控制器，进行闭环系统的仿真分析。
4、利用频域法设计控制器，进行闭环系统的仿真分析。
5、设计或调整PID控制器参数，进行闭环系统的仿真分析。
6、将所设计的控制器在倒立摆系统上进行实时控制实验。
通过以上的设计，得到一级倒立摆的控制器，对倒立摆进行有目的的控制，从而达到预期的效果。
关键字：倒立摆根轨迹分析法频域分析法PID
倒立摆系统的概述
倒立摆的种类：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。
系统的组成：倒立摆系统由倒立摆本体，电控箱以及控制平台（包括运动控制卡和PC机）三大部分组成。
答辩时，能大致地阐述自己设计的主要内容和完成的主要工作；能比较恰当地回答问题，对主要问题回答基本正确，有一定的表达能力，对相关知识理解无大错。
答辩时，阐述不清设计（论文）的主要内容，基本概念糊涂，对主要问题回答有错误，或回答不出。
指导教师评定成绩：
指导教师签名：年月日
重庆大学本科学生课程设计任务书
课程设计题目
答辩时，能比较清晰流利地阐述自己设计的主要内容和完成的主要工作；思路清晰；表达能力较强；回答问题正确，有理论根据，基本要领清楚，对相关知识掌握较好。
答辩时，能比较清晰流利地阐述自己设计的主要内容和完成的主要工作；能比较恰当地回答问题，对主要问题回答正确，并有一定的理论依据，有一定的表达能力，对相关知识有一定的理解和掌握。
学习态度尚可，动Baidu Nhomakorabea能力一般，能遵守组织纪律，能按期完成任务
学习马虎，纪律涣散，动手能力较差，工作作风不严谨,不能保证设计时间和进度
报告技术水平与撰写质量
50
设计合理、理论分析与计算正确，实验数据准确，文献查阅能力强、引用合理、调查调研非常合理、可信。报告结构严谨，逻辑性强，层次清晰，语言准确，文字流畅，完全符合规范化要求，图纸非常工整、清晰
任务下达日期2015年12月29日
完成日期2016年12月30日
指导教师（签名）
学生（签名）
摘要
通过对一级倒立摆系统进行数学建模，得到摆杆角度和小车加速度之间的传递函数：
首先从时域角度着手，分析直线一级倒立摆的开环单位阶跃响应和单位脉冲响应，得出该系统的开环响应是发散的这一结论。
利用根轨迹分析法，并借助Matlab一级其中的Simulink仿真系统辅助分析。通过加入超前校正校正环节，得到系统的校正函数，并且校正后的系统满足课设的要求，即最大超调量： ，调整时间： 。同样，利用频域分析法也得到校正环节的传递函数。对系统进行校正系统的静态位置误差函数常数为10，相位裕量为 ，增益裕量等于或大于 。最后利用PID控制器设计出校正函数，并且也满足最大超调量： ，调节时间： 。
7、完成课程设计报告。
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R1.0，2005
2、固高科技有限公司.固高MATLAB实时控制软件用户手册，2005
3、Matlab/Simulink相关资料
4、谢昭莉，李良筑，杨欣.自动控制原理（上）.北京：机械工业出版社，2012
5、胡寿松.自动控制原理（第五版）.北京：科学出版社，2007
2、利用根轨迹法设计控制器，使得校正后系统的性能指标满足：
调整时间
最大超调量
3、利用频率特性法设计控制器，使得校正后系统的性能指标满足：
(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控制器参数，使得校正后系统的性能指标满足：
调整时间
最大超调量
参考标准
学习态度
20
学习态度认真，科学作风严谨，有很强的实际动手能力和计算机应用能力，严格保证设计时间并按任务书中规定的进度开展各项工作
学习态度比较认真，科学作风良好，有较强的实际动手能力和计算机应用能力，能按期圆满完成任务书规定的任务
学习态度尚好，遵守组织纪律，有一定的实际动手能力，基本保证设计时间，按期完成各项工作
设计不合理，理论分析与计算有原则错误，实验数据不可靠，文献引用、调查调研有较大的问题。报告内容空泛，结构混乱，达不到规范化要求；图纸不工整或不清晰
答辩表现
30
答辩时，能简明扼要地阐述自己设计的主要内容和完成的主要工作；思路清晰；表达能力强；回答问题正确，有理论根据，基本要领清楚，对相关知识掌握好。
自动控制理论课程设计
倒立摆系统的控制器设计
学生姓名：张萌
指导教师：谢昭莉
班级：自动化3班
重庆大学自动化学院
二O一六年十二月
课程设计指导教师评定成绩表
项目
分值
优秀
(100>x≥90)
良好
(90>x≥80)
中等
(80>x≥70)
及格
(70>x≥60)
不及格(x<60)
评分
参考标准
参考标准
参考标准
参考标准
设计合理、理论分析与计算正确，实验数据比较准确，文献引用、调查调研比较合理、可信。报告结构合理，符合逻辑，文章层次分明，语言准确，文字流畅，符合规范化要求，图纸工整、清晰
设计合理，理论分析与计算基本正确，实验数据比较准确，主要文献引用、调查调研比较可信。报告结构合理，层次较为分明，文理通顺，基本达到规范化要求，图纸比较工整、清晰
6、Katsuhiko Ogata.现代控制工程.北京：电子工业出版社，2003
课程设计的工作计划：
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详细设计（3天）；
3、进行实时控制实验，并按课程设计的规范要求撰写设计报告（3天）；
4、课程设计答辩，实时控制验证（1天）。
倒立摆系统的控制器设计
学院
自动化学院
专业
自动化
年级
2014级
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
I：摆杆惯量0.0034kgm2
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、频率特性法设计控制器使闭环系统满足要求的性能指标；调整PID控制器参数，使闭环系统满足要求的性能指标。
学生应完成的工作：
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、利用根轨迹法设计控制器，进行闭环系统的仿真分析。
4、利用频域法设计控制器，进行闭环系统的仿真分析。
5、设计或调整PID控制器参数，进行闭环系统的仿真分析。
6、将所设计的控制器在倒立摆系统上进行实时控制实验。
通过以上的设计，得到一级倒立摆的控制器，对倒立摆进行有目的的控制，从而达到预期的效果。
关键字：倒立摆根轨迹分析法频域分析法PID
倒立摆系统的概述
倒立摆的种类：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。
系统的组成：倒立摆系统由倒立摆本体，电控箱以及控制平台（包括运动控制卡和PC机）三大部分组成。
答辩时，能大致地阐述自己设计的主要内容和完成的主要工作；能比较恰当地回答问题，对主要问题回答基本正确，有一定的表达能力，对相关知识理解无大错。
答辩时，阐述不清设计（论文）的主要内容，基本概念糊涂，对主要问题回答有错误，或回答不出。
指导教师评定成绩：
指导教师签名：年月日
重庆大学本科学生课程设计任务书
课程设计题目
答辩时，能比较清晰流利地阐述自己设计的主要内容和完成的主要工作；思路清晰；表达能力较强；回答问题正确，有理论根据，基本要领清楚，对相关知识掌握较好。
答辩时，能比较清晰流利地阐述自己设计的主要内容和完成的主要工作；能比较恰当地回答问题，对主要问题回答正确，并有一定的理论依据，有一定的表达能力，对相关知识有一定的理解和掌握。
学习态度尚可，动Baidu Nhomakorabea能力一般，能遵守组织纪律，能按期完成任务
学习马虎，纪律涣散，动手能力较差，工作作风不严谨,不能保证设计时间和进度
报告技术水平与撰写质量
50
设计合理、理论分析与计算正确，实验数据准确，文献查阅能力强、引用合理、调查调研非常合理、可信。报告结构严谨，逻辑性强，层次清晰，语言准确，文字流畅，完全符合规范化要求，图纸非常工整、清晰
任务下达日期2015年12月29日
完成日期2016年12月30日
指导教师（签名）
学生（签名）
摘要
通过对一级倒立摆系统进行数学建模，得到摆杆角度和小车加速度之间的传递函数：
首先从时域角度着手，分析直线一级倒立摆的开环单位阶跃响应和单位脉冲响应，得出该系统的开环响应是发散的这一结论。
利用根轨迹分析法，并借助Matlab一级其中的Simulink仿真系统辅助分析。通过加入超前校正校正环节，得到系统的校正函数，并且校正后的系统满足课设的要求，即最大超调量： ，调整时间： 。同样，利用频域分析法也得到校正环节的传递函数。对系统进行校正系统的静态位置误差函数常数为10，相位裕量为 ，增益裕量等于或大于 。最后利用PID控制器设计出校正函数，并且也满足最大超调量： ，调节时间： 。
7、完成课程设计报告。
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R1.0，2005
2、固高科技有限公司.固高MATLAB实时控制软件用户手册，2005
3、Matlab/Simulink相关资料
4、谢昭莉，李良筑，杨欣.自动控制原理（上）.北京：机械工业出版社，2012
5、胡寿松.自动控制原理（第五版）.北京：科学出版社，2007
2、利用根轨迹法设计控制器，使得校正后系统的性能指标满足：
调整时间
最大超调量
3、利用频率特性法设计控制器，使得校正后系统的性能指标满足：
(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控制器参数，使得校正后系统的性能指标满足：
调整时间
最大超调量
参考标准
学习态度
20
学习态度认真，科学作风严谨，有很强的实际动手能力和计算机应用能力，严格保证设计时间并按任务书中规定的进度开展各项工作
学习态度比较认真，科学作风良好，有较强的实际动手能力和计算机应用能力，能按期圆满完成任务书规定的任务
学习态度尚好，遵守组织纪律，有一定的实际动手能力，基本保证设计时间，按期完成各项工作