基于Matlab_Simulink的环形倒立摆建模与控制方法实验研究_毕业论文.pdf

基于 Matlab/Simulink 的环形倒立摆建模与控制方法实验研究 Matlab/Simulink 是一种强大的建模和仿真工具，广泛应用于各种工程领域。基于 Matlab/Simulink 的环形倒立摆建模与控制方法实验研究，旨在解决倒立摆系统的控制问题。该系统是一种典型的欠驱动、非线性、强耦合的自然不稳定系统，对其控制的实时性要求极高。 本文首先通过拉格朗日方程建立了一、二级环形倒立摆的数学模型，然后对各级倒立摆设计了 PID、极点配置法、LQR 控制这几种传统的稳摆控制器、模糊及基于能量的起摆控制器。通过 Matlab/Simulink 完成了仿真验证。 在控制方法方面，本文提出了鲁棒控制法的稳摆控制器，在不对模型进行线性化处理的基础上直接进行控制器的设计。通过仿真实验验证了这种控制器的快速性以及良好的鲁棒性。 在建模方面，本文通过三维软件与 SimMechanics 进行联合建模的方式得到倒立摆的物理模型，在此基础上进行仿真调试。不仅使仿真过程可视化并以 3D 动画形式展现，并且通过实验证明了此种建模方式的高效性、准确性。 此外，本文还研究了经典控制理论的优缺点，并验证了提出的鲁棒控制算法以及一种基于能量的起摆控制算法良好的适用性。通过三维软件与仿真软件联合建模仿真，极大地提高了产品开发效率、提高了建模的可靠性。 本文基于 Matlab/Simulink 的环形倒立摆建模与控制方法实验研究，旨在解决倒立摆系统的控制问题，验证了鲁棒控制算法的有效性，并提高了产品开发效率和建模可靠性。 知识点： 1. 倒立摆系统的特点：欠驱动、非线性、强耦合的自然不稳定系统。 2. Matlab/Simulink 在建模和仿真中的应用。 3. 拉格朗日方程在建立倒立摆数学模型中的应用。 4. PID、极点配置法、LQR 控制等传统控制方法的应用。 5. 鲁棒控制法的稳摆控制器设计和仿真验证。 6. 三维软件与 SimMechanics 进行联合建模的方式。 7. 可视化建模和仿真的应用。 8. 仿真软件和三维软件联合建模仿真的应用。 关键词：环形倒立摆、鲁棒控制、可视化建模、仿真、实验。