倒立摆系统的控制器设计

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：李可达

指导教师：黄建明

班级：自动化6班

学号：20105107

重庆大学自动化学院

二O一二年十二月

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参考标准

学习态度15

学习态度认

真，科学作风

严谨，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，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，

基本保证

设计时间，

按期完成

各项工作

学习态度尚

可，能遵守组

织纪律，能按

期完成任务

学习马虎，

纪律涣散，

工作作风

不严谨,不

能保证设

计时间和

进度

技术水平

与实际能力25

设计合理、理

论分析与计算

正确，实验数

据准确，有很

强的实际动手

能力、经济分

析能力和计算

机应用能力，

文献查阅能力

强、引用合理、

调查调研非常

合理、可信

设计合理、理

论分析与计算

正确，实验数

据比较准确，

有较强的实际

动手能力、经

济分析能力和

计算机应用能

力，文献引用、

调查调研比较

合理、可信

设计合理，

理论分析

与计算基

本正确，实

验数据比

较准确，有

一定的实

际动手能

力，主要文

献引用、调

查调研比

较可信

设计基本合

理，理论分析

与计算无大

错，实验数据

无大错

设计不合

理，理论分

析与计算

有原则错

误，实验数

据不可靠，

实际动手

能力差，文

献引用、调

查调研有

较大的问

题

创新10 有重大改进或

独特见解，有

一定实用价值

有较大改进或

新颖的见解，

实用性尚可

有一定改

进或新的

见解

有一定见解观念陈旧

论文(计算

书、图纸)撰写质量50

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，书写

工整或用计算

机打印成文；

图纸非常工

整、清晰

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，书

写工整或用计

算机打印成

文；图纸工整、

清晰

结构合理，

层次较为

分明，文理

通顺，基本

达到规范

化要求，书

写比较工

整；图纸比

较工整、清

晰

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

内容空泛，

结构混乱，

文字表达

不清，错别

字较多，达

不到规范

化要求；图

纸不工整

或不清晰

指导教师评定成绩：

指导教师签名：年月日

课程设计题目 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 2010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 0.0034kgm 2

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。

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：

调整时间误差带）%(.250s t s = 最大超调量%10%≤p σ

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： 调整时间误差带）%2(2s t s = 最大超调量%15%≤p σ

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。

7、完成课程设计报告。