点及难点本课题研究的重点主要是设计直线倒立摆的机械本体部分，研究直线单级倒立摆系统的控制算法控制算法和，同时利用仿真分析这三种算法的优缺点，讨论出现的问题及解决方法。难点是在运用的过程中对源程序代码的编程以及对整个系统的稳定性分析。完成本课题的工作方案及进度计划按周次填写周查阅资料，了解国内外倒立摆系统和实验设备现状，针对倒立摆学习相关知识，初步制定倒立摆控制系统设计方案，并撰写开题报告。周掌握些相关的知识点，掌握倒立摆系统仿真的整体思路收集整理仿真所需的资料周完成控制器的的设计，在中完成仿真，并对倒立摆的机械部分进行计算。周完善控制效果，分析输出结果，得出仿真结论，画装配图周撰写毕业论文和准备毕业答辩。注正文宋体小四号字，行距磅，单面打印其他格式与毕业论文要求相心则选用高性能数字处理器，以满足系统的高阶响应特性。方案伺服电机光电编码器链条优点闭环控制精度高缺点结构复杂方案步进电机旋转式编码器单片机同步带优点精度高响应快结构简器，进而控制电机输出。直线倒立摆系统机械本体部分的动力部分由电机直接输出，作为般的机电系统，针对倒立摆的系统要求的响应快传动精度高稳定性好等特性，电机选择小惯量的步进电机或者伺服电机。控制卡片核统能克服随机扰动而保持稳定的位置。倒立摆的机械部分由上位机作为控制界面的输出，通过上位机对倒立摆系统的仿真过程进行参数的选改，运动控制卡进行电机反馈和角度编码器的反馈计算，并将参数的反馈发送到电机驱动性好等特性，电机选择小惯量的步进电机或者伺服电机。控制卡片核心则选用高性能数字处理器，以满足系统的高阶响应特性。方案伺服电机光电编码器链条优点闭环控制精度高缺点结达期望的位置后，系电机反馈和角度编码器的反馈计算，并将参数的反馈发送到电机驱动器，进而控制电机输出。直线倒立摆系统机械本体部分的动力部分由电机直接输出，作为般的机电系统，针对倒立摆的系统要求的响应快传动精度高稳定没有较大的振荡和过大的角度和速度。当摆杆到达期望的位置后，系统能克服随机扰动而保持稳定的位置。倒立摆的机械部分由上位机作为控制界面的输出，通过上位机对倒立摆系统的仿真过程进行参数的选改，运动控制卡进行，比较各个控制系统在控制阶二级三级倒立摆的时候的优缺点，讨论出现的问题及解决方法。设计绘制直线倒立摆的装配图。本课题拟采用的设计方案倒立摆的控制问题就是使摆杆尽快地达到个平衡位置，并且使之学建模方法，推导出他们的微分方程，以及线性化后的状态方程。分析倒立摆系统的控制方法。分别用现代控制理论及经典控制理论对级倒立摆把位置控制和角度控制串联起来控制倒立摆系统。利用仿真系统，并分别进行线性二次最优控制状态空间极点配置的比较，用对级二级三级倒立摆控制系统进行了仿真，验证了设计的可行性。具体内容如下详细论述级二级三级直线倒立摆数制问题。年实现了四级倒立摆实物控制。年，罗成等人实现了五级倒立摆的控制。本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案研究方法或措施本课题研究的主要内容本论文的主要工作是设计直线倒立摆系统的机械本体部分合，提出拟人智能控制理论，实现了用单电动机控制三级倒立摆实物以及后来实现对二维单倒立摆控制。张乃尧等用双闭环模糊控制方法对倒立摆进行了控制。李祖枢等人利用仿人智能控制理论研究了二级倒立摆的起摆和控控制成功的范例。尹征琦等成功的以模拟的降维观测器实现了二级倒立摆的控制。梁任秋等针对二级倒立摆系统给出了三种实用的数字控制器和降维观测器。年，北京航空航天大学教授张明廉将人工智能与自动控制理论相结留优遗传算法，以被控系统的动能积分为性能指标实现对倒立摆控制算法的参数寻优。国内对倒立摆的研究始于年代，三级倒立摆及多级倒立摆的研究也取得了很大进展，不仅在系统仿真方面，而且在实物实验中，都出现了非线性分析的控制策略，年，等人应用基于李亚普诺夫的方法控制了环形级倒立摆。年，比较了方法和基于遗传算法的控制方法，结论是传统控制方法比遗传算法控制效果更好。采用方法设计比例微分控制器实现了级倒立摆的稳定控制。年，等人应用最优状态调节器理论首次实现双电机三级倒立摆实物控制。年代后期开始，较多的研究了倒立摆系统中的非线性特性，提出了系列的基于立摆多级倒立摆柔性直线倒立摆环形倒立摆平面倒立摆环形并联多级倒立摆以及斜坡倒立摆等实验设备，并用不同的控制方法对其进行了控制。年首先把倒立摆系统在平衡点附近线性化，利用状态空间年代，麻省理工学院机电工程系的控制论专家根据火箭发射助推器原理设计出级倒立摆实验装置。正式提出倒立摆概念的是年代后期。在此基础上，世界各国专家和学者对倒立摆进行了拓展，产生了直线二级倒立摆三级倒立年代，麻省理工学院机电工程系的控制论专家根据火箭发射助推器原理设计出级倒立摆实验装置。正式提出倒立摆概念的是年代后期。在此基础上，世界各国专家和学者对倒立摆进行了拓展，产生了直线二级倒立摆三级倒立摆多级倒立摆柔性直线倒立摆环形倒立摆平面倒立摆环形并联多级倒立摆以及斜坡倒立摆等实验设备，并用不同的控制方法对其进行了控制。年首先把倒立摆系统在平衡点附近线性化，利用状态空间方法设计比例微分控制器实现了级倒立摆的稳定控制。年，等人应用最优状态调节器理论首次实现双电机三级倒立摆实物控制。年代后期开始，较多的研究了倒立摆系统中的非线性特性，提出了系列的基于非线性分析的控制策略，年，等人应用基于李亚普诺夫的方法控制了环形级倒立摆。年，比较了方法和基于遗传算法的控制方法，结论是传统控制方法比遗传算法控制效果更好。采用留优遗传算法，以被控系统的动能积分为性能指标实现对倒立摆控制算法的参数寻优。国内对倒立摆的研究始于年代，三级倒立摆及多级倒立摆的研究也取得了很大进展，不仅在系统仿真方面，而且在实物实验中，都出现了控制成功的范例。尹征琦等成功的以模拟的降维观测器实现了二级倒立摆的控制。梁任秋等针对二级倒立摆系统给出了三种实用的数字控制器和降维观测器。年，北京航空航天大学教授张明廉将人工智能与自动控制理论相结合，提出拟人智能控制理论，实现了用单电动机控制三级倒立摆实物以及后来实现对二维单倒立摆控制。张乃尧等用双闭环模糊控制方法对倒立摆进行了控制。李祖枢等人利用仿人智能控制理论研究了二级倒立摆的起摆和控制问题。年实现了四级倒立摆实物控制。年，罗成等人实现了五级倒立摆的控制。本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案研究方法或措施本课题研究的主要内容本论文的主要工作是设计直线倒立摆系统的机械本体部分，并分别进行线性二次最优控制状态空间极点配置的比较，用对级二级三级倒立摆控制系统进行了仿真，验证了设计的可行性。具体内容如下详细论述级二级三级直线倒立摆数学建模方法，推导出他们的微分方程，以及线性化后的状态方程。分析倒立摆系统的控制方法。分别用现代控制理论及经典控制理论对级倒立摆把位置控制和角度控制串联起来控制倒立摆系统。利用仿真系统，比较各个控制系统在控制阶二级三级倒立摆的时候的优缺点，讨论出现的问题及解决方法。设计绘制直线倒立摆的装配图。本课题拟采用的设计方案倒立摆的控制问题就是使摆杆尽快地达到个平衡位置，并且使之没有较大的振荡和过大的角度和速度。当摆杆到达期望的位置后，系统能克服随机扰动而保持稳定的位置。倒立摆的机械部分由上位机作为控制界面的输出，通过上位机对倒立摆系统的仿真过程进行参数的选改，运动控制卡进行电机反馈和角度编码器的反馈计算，并将参数的反馈发送到电机驱动器，进而控制电机输出。直线倒立摆系统机械本体部分的动力部分由电机直接输出，作为般的机电系统，针对倒立摆的系统要求的响应快传动精度高稳定性好等特性，电机选择小惯量的步进电机或者伺服电机。控制卡片核心则选用高性能数字处理器，以满足系统的高阶响应特性。方案伺服电机光电编码器链条优点闭环控制精度高缺点结达期望的位置后，系统能克服随机扰动而保持稳定的位置。倒立摆的机械部分由上位机作为控制界面的输出，通过上位机对倒立摆系统的仿真过程进行参数的选改，运动控制卡进行电机反馈和角度编码器的反馈计算，并将参数的反馈发送到电机驱动器，进而控制电机输出。直线倒立摆系统机械本体部分的动力部分由电机直接输出，作为般的机电系统，针对倒立摆的系统要求的响应快传动精度高稳定性好等特性，电机选择小惯量的步进电机或者伺服电机。控制卡片核心则选用高性能数字处理器，以满足系统的高阶响应特性。方案伺服电机光电编码器链条优点闭环控制精度高缺点结构复杂方案步进电机旋转式编码器单片机同步带优点精度高响应快结构简单缺点电机有可能产生失步，摩擦力大方案交流伺服电机光电式编码器优点精度高响应快结构简单缺点价格高选用方案具有高响应高稳态高加速度的电机来驱动倒立摆，有很好的控制效果具有位置和角度同时需要控制的特点，是个很好的用于验证控制理论的实验平台。对于控制器的设计，本文通过研究控制器的控制偏差，控制规律和它的控制原理来实现控制算法仿真。控制需要求解方程和确定和权矩阵实现算法仿真。状态空间极点配置法通过设计状态反馈控制器将多变量系统的闭环系统极点配置在期望的位置上，从而使系统满足瞬态和稳态性能指标。本课题研究的重点及难点，前期已开展工作研究的重点及难点本课题研究的重点主要是设计直线倒立摆的机械本体部分，研究直线单级倒立摆系统的控制算法控制算法和，同时利用仿真分析这三种算法的优缺点，讨论出现的问题及解决方法。难点是在运用的过程中对源程序代码的编程以及对整个系统的稳定性分析。完成本课题的工作方案及进度计划按周次填写周查阅资料，了解国内外倒立摆系统和实验设备现状，针对倒立摆学习相关知识，初步制定倒立摆控制系统设计方案，并撰写开题报告。周掌握些相关的知识点，掌握倒立摆系统仿真的整体思路收集整理仿真所需的资料周完成控制