基于Labview和Matlab的倒立摆控制实验系统设计

基于Labview和Matlab的倒立摆控制实验系统设计,本文为原创本科毕业设计

本科毕业设计说明书

基于Labview和Matlab的倒立摆控制

实验系统设计

学 院：

专

2014年 6 月

基于Labview和Matlab的倒立摆控制实验系统设计,本文为原创本科毕业设计

基于Labview和Matlab的倒立摆控制实验系统设计

摘 要

倒立摆系统是非线性、强耦合、多变量和自然不稳定的系统。在控制过程中，它能有效的反映诸如可镇定性、鲁棒性、随动性以及跟踪等许多控制中的关键问题，是检验各种控制理论的理想模型。

在实践中，倒立摆常作为自动控制理论的教学、实验和科研中的典型被控对象。但是在高校中，限于实物的购买和维护成本过高，不能大规模的进行倒立摆控制的实践教学。因此，我们希望有一个虚拟的实验平台能够在其上面进行实验并对书本中的知识进行验证，具有一定的教学实用价值。

Labview和Matlab就是一种集建模、仿真于一体的实用性软件，尤其在Labview中，图形化的编程语言，功能丰富的模块、形象的各式选板，能帮助我们完成此设计。本文的主要工作如下：

1）先对Matlab和Labview进行初步的了解，并在此基础上熟练相关功能的使用。

2）熟悉倒立摆系统，并对其进行建模，利用Matlab进行PID控制器的仿真。

3）基于Labview构建倒立摆系统控制虚拟实验平台，能够实现：输入系统参数，建立系统数学模型；对系统进行动态性能和稳态性能的分析，给出相应的性能指标和仿真结果；利用PID等方法设计控制器，实现对倒立摆的控制。

4）用Solidworks建立倒立摆的三维模型并通过控件将其导入Labview中，对三维模型进行建模，使其能实现倒立摆的3D动画仿真。

5）在完成基本任务之后，进行了拓展，在指导老师的帮助下本人又选取了通过状态空间极点配置对倒立摆实现控制。为了完善PID控制器，引入先进的粒子群算法实现对参数的最优配置。

关键词： 倒立摆，Matlab，Labview，仿真，粒子群算法，PID控制，状态空间极点配置，实验系统

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Design of Inverted Pendulum Control Experimental Platform Based on Labview and Matlab Abstract

Inverted pendulum system is a nonlinear，strong coupling，multivariable and naturally unstable system. In the control process，it can effectively reflect such as stabilization，robustness，fellow up，track and many key issues. It’s an ideal test model to test control theories.

In practice，the inverted pendulum is often used as an object in automatic control theory teaching，experiment and research.

But in college，limited to the cost of material purchasing and maintenance are too high，so it can’t be carried out large scale teaching practice. Therefore，we hope to have a virtual experiment platform which can perform as reality experiment platform and verify the knowledge in books，it also has the high value of practical teaching. Labview and Matlab are such practical software that contain the establish of model and simulation. Especially for the Labview，a graphical programming language， abundant function models，image features，these can help us finish this design. The main work of this paper are as follows:

1) To conduct a preliminary understanding of Matlab and Labview， then on this base to skill the relevant functions.

2) Familiar with the inverted pendulum system，setting the model，then carrying the simulation of PID controller based on Matlab.

3) The virtual experimental platform have these functions: once inputting parameters of the system，it can establish the mathematical model at the same time; analysis of dynamic performance and steady state performance of the system，it gives the corresponding performance index and the simulation results; using PID method to design controller，realize the control of inverted pendulum.

4) Using Solidworks to establish a 3D model of inverted pendulum，by the special model

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of Labview to realize the 3D animation simulation.

5) After the completion of the basic tasks，with the help of my teacher，I carried a extension，I selected by state space pole assignment for the inverted pendulum control. In order to improve the PID controller，the introduction of PSO(particle swarm optimization) help me to achieve optimal configuration of parameters.

Key word: Inverted pendulum， Matlab， Labview，

state space pole placement，experimental system simulation，PSO， PID control，

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目 录

1 绪论…………………………………………………………………………………1

1.1 课题的提出和研究的意义 …………………………………………………… 1

1.2 国内外研究的现状 …………………………………………………………… 2

1.3 本文的主要工作 ……………………………………………………………… 2 2 倒立摆系统的硬件设计……………………………………………………… 4

2.1 倒立摆数学模型的建立 ………………………………………………… 4

2.2 倒立摆系统的性能分析……………………………………………………… 9

2.3 倒立摆控制系统的设计 …… 此处隐藏：7749字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……