变化总是落后于误差的变化。

解决的办法是使抑制误差的作用的变化超前，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。

这就是说，在控制器中仅引入比例项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是微分项，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。

所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例微分控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。

参数的调整控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。

它是根据被控过程的特性确定控制器的比例系数积分时间和微分时间的大小。

控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类是理论计算整定法。

它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。

这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。

二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单易于掌握，在工程实际中被广泛采用。

控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法反应曲线法和衰减法。

三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。

但无论采用哪种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。

现在般采用的是临界比例法。

利用该方法进行控制器参数的整定步骤如下首先预选择个足够短的采样周期让系统工作其次仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期再次在定的控制度下通过公式计算得到控制器的参数。

控制器的控制质量如何，很大程度上取决于其三个参数，和，因此需要对这三个参数进行整定。

第五章直线级倒立摆的设计及仿真控制器的设计控制系统设计原理首先，对于倒立摆系统输出量为摆杆的角度，它的平衡位置为垂直向上。

系统控制结构框图如下图直线级倒立摆闭环系统简化图该系统的输出为控制器被控制对象图摆杆角度控制结构框图其中被控对象传递函数的分子项被控对象传递函数的分母项控制器传递函数的分子项控制器传递函数的分母项通过分析上式就可以得到系统的各项性能。

由式子可以得到摆杆角度和小车加速度的传递函数控制器的传递函数为只需调节控制器的参数，就可以得到满意的控制效果。

前面的讨论只考虑了摆杆角度，那么，在控制的过程中，小车位置如何变化呢考虑小车位置，得到改进的系统框图如下图同时考虑摆角和小车位置且考虑输入信号的系统框控制器被控制对象控制器被控对象被控对象其中，是摆杆传递函数，是小车传递函数。

由于输入信号，所以可以把结构图转换成图同时考虑摆角和小车位置但不考虑输入信号的系统框图其中，反馈环代表我们前面设计的摆杆的控制器。

注从此框图我们可以看出此处只对摆杆角度进行了控制，并没有对小车位置进行控制。

小车位置输出为其中分别代表被控对象和被控对象传递函数的分子和分母。

和代表控制器传递函数的分子和分母。

下面我们来求，根据第三章的推导，有可以推出小车位置的传递函数为其中可以看出小车的算式可以简化成被控对象控制器被控对象控制器设计仿真控制仿真，我们可以从两个方面进行讨论，即摆杆角度讨论和小车位置讨论。

摆杆角度控制算法仿真假设，我们施加的脉冲信号，观察指标。

脉冲信号仿真源程序为仿真结果为当时有在毕业设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，以及在设计中被我引用或参考的论著的作者。

参考文献单波，徐燕，赵建涛预测控制算法及其在倒立摆中的应用华北电力大学学报肖军模糊控制在多变量非线性系统中的应用东北大学学报丛爽，张冬军，魏衡华单级倒立摆三种控制方法的对比研究系统测量与控制，高强，王云亮，刘红金，张鹏，刘凉智能控制系统的应用研究基于的倒立摆模糊控制实现控制与决策王辉，屈保存，贺超英类非线性系统的模糊自适应控制器设计湖南大学学报自然科学版杨世勇，徐莉苹，王培进单级倒立摆的控制研究控制工程严雪莉，江汉红单级倒立摆控制方法的仿真对比研究测控技术阳武娇基于的阶倒立摆控制系统的建模与仿真电子元器件应用刘海龙倒立摆实验系统的设计与研究大连理工大学潘健，王俊，汤才刚基于倒立摆的两种控制策略的研究现代电子技术舒怀林基于神经网络的倒立摆控制系统机床与液压彭自然，罗大庸，张航单级倒立摆系统控制方法设计黄宏格直线倒立摆机理模型及控制性能研究中南大学刘义，陈广义自适应模糊控制在倒立摆系统中的应用深圳信息职业技术学院学报，图未调整参数系统响应图由图可知系统响应是不稳定的，需要调整参数，和，直到获得满意的控制结果。

首先增加比例系数，观察它对响应的影响，取，系统响应如下当时图参数时系统响应图系统稳定时间约为秒。

由于此时稳态误差为，所以不需要改变积分环节可以改变积分系数，观察系统响应会变坏系统响应的超调量比较大，为了减小超调，增加微分系数，取，观察响应曲线当时图参数时系统响应图由图可知，系统稳定时间约为秒，稳态误差为，超调量为。

如果再加积分，则结果会变。

当，时，图参数，时系统响应图相对图来讲，这次结果明显变坏。

但是作出调整，则结果为图参数，时系统响应图这个结果也是令人满意的。

小车位置控制算法仿真程序为图参数时系统响应图由图可知，小车只能像个方向运行，小车的位置是不稳定的结果分析根据这几个实验结果，常规可以成果控制倒立摆，本文所述实验已验证这结论。

由控制的单闭环摆杆角度跟踪控制系统可以较好的控制倒立摆系统的稳定。

根据实验结果，本设计基本完成了设计任务，达到课题要求。

在控制下，选取参数，系统可以较好的抵御外界干扰，在干扰停止作用后，系统很快回到平衡位置，即摆杆角度可以保证竖直向上。

但是，从图也可以发现，此种方法只能控制摆杆角度，而不能控制小车的位置，因此需要人为做辅助工作，防止小车运动到两边极限位置。

总结倒立摆系统的控制研究长期以来被认为是控制理论极其应用领域里引起人们极大兴趣的问题。

它是检验各种控制理论和方法的有效性的著名实验装置，作为个高阶非线性不稳定系统，倒立摆的稳定控制相当困难，对该领域的学者来说是个极具挑战性的难题。

由实验中可知，倒立摆系统是个非线性的较复杂的不稳定系统，故要满足稳定性要求，就得对系统进行线性化近似和稳定控制。

本实验中，在做了线性化和加进控制调整后，系统达到了良好的稳定状态。

当然，这只是个理想模型，在实际应用中情况会更加复杂，稳定性也更难获得。

不过，通过实验，我们至少掌握了简单控制的基本方法，并得到了预期的实验效果。

通过本实验，掌握了倒立摆仿真的整个过程，熟悉了的仿真软件的使用，也对系统控制有了较好的理解。

作为本次实验的组长，自己更是从中掌握了合作实验开展中的般步骤，对小组进行分工，掌握实验的主体线路。

此次实验中，自始至终发挥了组长的作用，从建模到最后的仿真调试，都秉着认真负责的态度完成了倒立摆仿真研究。

此外，通过仿真，再次认识到了自动控制在改善系统性能方面的重要性，并激发了良好的关于系统控制方面的学习兴趣，在此基础上，相信对以后的进步研究将会有较大帮助。

本文以经典控制理论为基础，建立了小车倒立摆系统的数学模型，使用控制法设计出确定参数下的控制器使系统稳定。

本实验采用软件进行仿真实验，进步验证了控制器中各个参数对系统的稳定性和动态性能的影响，在大量的仿真结果中进行比较和挑选，最后确定控制器的各参数值，通过软件的仿真可知，单级倒立摆的经典控制可以实现。

致谢四年的读书生活在这个季节即将划上个句号，而于我的人生却只是个逗号，我将面对又次征程的开始。

四年的求学生涯在师长亲友的大力支持下，走得辛苦却也收获满囊，在最后大学生涯的几个月里，做了最后次的大作业，毕业设计是对四年学习的知识的总结，也是对学生进入社会的最后次考核，毕业设计可以充分培养学生综合运用所学知识和技能分析和解决控制系统的般工程技术问题。

掌握工程设计的程序和方法。

提高学生的运算识图编程调试能力。

通过近四个月的设计，使我对这四年所学有了个较全面的复习。

本次设计能够完成要感谢王后能老师对我的栽培和细心关照。

在以后的工作与学习中我将以他为榜样认真学习踏实工作。

还有起作毕业设计的同学，在设计方面给我了很大的帮助。

大学生活即将结束，在这里还要感谢老师教会了我怎样为人，老师教导我们做人要踏实认真，诚实守信，回报社会。

同时也感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境。

最后再次感谢环境中使用程序或程序，包括从中调用于程序动态链接，读写文件的功能。

可以看出是个功能十分强大的系统，是集数值计算图形管理程序开发为体的环境。

除此之外，还具有根强的功能扩展能力，与它的主系统起，可以配备各种各样的工具箱，以完成些特定的任务。

的仿真工具的子库是个建模分析各种物理和数学系统的软件。

由于在界面下工作，所以对控制系统的方块图编辑绘制很方便。

命令窗口启动程序后，出现的界面如下。

分别为信号源输出离散系统库线性系统库非线性系统库系统连接及扩展系统。

下面分别介绍信号源程序提供了八种信号源，分别为阶跃信号正弦波信号白噪声时钟常值信号文件信号发生器等可直接使用。

而信号发生器可产生正弦波方波锯齿波随机信号等。

信号输出程序提供了三种输出方式，可将仿真结果通过三种方式之如仿真窗口文件等形式输出。

离