1 专 业 实 验 报 告 学生姓名 学号 指导老师 实验名称 倒立摆与自动控制原理实验 实验时间 7 月5 日 一、实验内容 （1）完成.直线倒立摆建模、仿真与分析； （2）完成直线一级倒立摆PID控制实验： 1）理解并掌握PID控制的原理和方法，并应用于直线一级倒立摆的控制； 2）在Simulink中建立直线一级倒立摆模型，通过实验的方法调整PID参数并仿真波形； 3）当仿真效果达到预期控制目标后，下载程序到控制机，进行物理实验并获得实际运行图形。 二、实验过程 1. 实验原理 （1）直线倒立摆建模方法 倒立摆是一种有着很强非线性且对快速性要求很高的复杂系统，为了简化直线一级倒立摆系统的分析，在实际的建模过程中，我们做出以下假设： 1、 忽略空气阻力； 2、 将系统抽象成由小车和匀质刚性杆组成； 3、 皮带轮和传送带之间无滑动摩擦，且传送带无伸长现象； 4、 忽略摆杆和指点以及各接触环节之间的摩擦力。 2 实际系统的模型参数如下表所示： M 小车质量 0.618 kg m 摆杆质量 0.0737 kg b 小车摩擦系数 0.1 N/m/sec l 摆杆转动轴心到杆质心的长度 0.1225 m I 摆杆惯量 0.0034 kg*m*m g 重力加速度 9.8 kg.m/s （3）直线一级倒立摆PID控制原理 经典控制理论的研究对象主要是单输入单输出的系统，控制器设计时一般需要有关被控对象的较精确模型。PID控制器因其结构简单，容易调节，且不需对系统建立精确的模型，在控制上应用较广。 比例（P作用）增大，系统响应快，对提高稳态精度有益，但过大易引起过度的振荡，降低相对稳定性。 微分（D作用）对改善动态性能和抑制超调有利，但过强，即校正装置的零点靠近原点或者使开环的截止频率增大，不仅不能改善动态性能，反而易引入噪声干扰。 积分（I作用）主要是消除或减弱稳态误差，但会延长调整时间，参数调整不当容易振荡。 2. 实验方法 （1）Matlab Simu link环境下电机控制实现 在MATLAB Simu link仿真环境中，利用“Googol Edu cation Produ cts\GT-400-SV Block Library ”建立模型，然后进行仿真并分析结果。 （2）直线倒立摆建模、仿真与分析 利用牛顿-欧拉方法建立直线一级倒立摆系统的数学模型；利用MATLAB Simu link实时控制工具箱“Googol Edu cation Produ cts”中的工具进行仿真分析。 （3）直线一级倒立摆PID控制 利用MATLAB Simu link实时控制工具箱“Googol Edu cation Produ cts”来...
