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 一、实验内容 （1）完成 Matlab Simu link 环境下电机控制实现； （2）完成.直线倒立摆建模、仿真与分析； （3）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 Simu link 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）Matlab Simu link 环境下电机控制实现 实验对象为倒立摆系统上的交流伺服电机。将运动控制器当前轴设定成速度控制模式，用户需要设定最大速度和加速度两个参数。该模式下，开始运动时将以设定的加速度连读加速到设定的最大速度，运动方向由速度的符号确定。 （2）直线倒立摆建模方法 对于倒立摆系统，由于其本身是自不稳定的系统，实验建模存在一定的困难，但忽略一些次要因素后，它是一个典型的刚体系统，可应用经典力学理论，建立系统的状态方程数学模型。 （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 2 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”中的“Inv erte...
