直线倒立摆的稳定控制算法设计摘要直线,倒立,稳定,不乱,控制,节制,算法,设计,毕业设计,全套,图纸本文首先利用牛顿力学分析的方法和拉格朗日法建立了直线级二级三级倒立摆实物系统的线性状态方程，并在此基础上分析了该系统是不稳定的，同时又是能控的和能观的。基于此本文设计了直线倒立摆系统的机械本体部分，研究了直线级二级三级倒立摆系统的和状态空间极点配置控制算法，同时利用对各个算法进行分析，由仿真结果表明对于像倒立摆这样的非线性模型，通过对其数学模型的建立，设计相应的控制器,并对其实现控制是可行的。关键词直线倒立摆状态空间极点配置目录绪论.前言.倒立摆系统研究背景及意义.国内外倒立摆控制研究发展及现状.本文主要工作倒立摆机械系统设计及实现.倒立摆简介.倒立摆工作特性和工作原理工作特性系统工作原理.系统机械结构设计底座设计小车部分设计传动部分设计步进电机选择级直线倒立摆系统的建模分析与仿真.级倒立摆模型分析系统可观可控性分析系统阶跃响应分析.级直线倒立摆控制器设计与仿真控制器设计及算法仿真控制器设计及算法仿真状态空间极点配置控制设计及仿真小结二级直线倒立摆系统的建模分析与仿真.二级倒立摆模型的分析二级倒立摆稳定性分析能控性能观性分析.二级直线倒立摆控制器设计与仿真控制器设计及算法仿真状态空间极点配置控制设计及仿真小结三级直线倒立摆系统建模分析与仿真.二级倒立摆模型分析三级倒立摆稳定性分析能控性能观性分析.三级直线倒立摆控制器设计与仿真控制器设计及算法仿真状态空间极点配置控制设计及仿真小结总结与展望参考文献致谢毕业设计论文知识产权声明毕业设计论文独创性声明附录绪论.前言倒立摆系统是个非线性自然不稳定系统，是进行控制理论教学及开展各种控制策略的理想验证平台。倒立摆系统的高阶次不稳定多变量非线性和强藕合等特性，使得许多现代控制理论研究人员直将它视为最佳的理论方法验证试验研究对象，不断从研究倒立摆控制中发掘出新的控制方法，并将其应用于航天科技机器人学海上钻井平台火箭发射中的垂直度控制和卫星飞行中的姿态控制太空探测器着陆控制和测量仪器展开稳定控制等各种高新科技领域。倒立摆系统在控制过程中能有效地反映控制中的许多关键问题，如非线性问题系统的鲁棒性问题随动问题镇定问题及跟踪问题等。作为个实验装置，形象直观，结构简单，构件组成参数和形状易于改变，成本低廉。倒立摆系统的控制效果可以通过其稳定性直观地体现，也可以通过摆杆角度小车位移和稳定时间直接度量，其实验效果直观显著。.倒立摆系统研究背景及意义对倒立摆系统的研究不仅仅在其结构简单原理清晰易于实现等特点，而且作为典型的多变量系统，可采用实验来研究控制理论中许多方面的问题。在稳定性控制问题上，倒立摆既具有普遍性又具有典型性。倒立摆的典型性在于，倒立摆系统作为个控制装置，它结构简单价格低廉，便于模拟和数字多种不同的方式控制，通过引入适当的控制方式使之成为个稳定的系统，而且当种新的控制理论和方法提出以后，在不能用理论加以严格证明时，可以考虑通过倒立摆装置来验证其正确性和实用性。另方面对系统的研究也比较有实用价值，从日常生活中所见的任何重心在上支点在下的控制问题，到空间飞行器和各类伺服云台的稳定，都和倒立摆的控制有很大的相似性。倒立摆的研究不仅有其深刻的理论意义，还有重要的工程背景。它的工程背景如下机器人的站立与行走类似双倒立摆系统，尽管第台机器人在美国问世至今已有三十年的历史，机器人的关键技术机器人的行走控制至今仍未能很好解决。在火箭等飞行器的飞行过程中，为了保持其正确的姿态，要不断进行实时控制。通信卫星中在预先计算好的轨道和确定的位置上运行的同时，要保持其稳定的姿态，使卫星天线直指向地球，使它的太阳能电池板直指向太阳。为防止单级火箭在拐弯时断裂而诞生的柔性火箭多级火箭，其飞行姿态的控制也可以用多级倒立摆系统进行研究。侦察卫星中摄像机的轻微抖动会对摄像的图象质量产生很大的影响，为了提高摄像的质量，必须能自动地保持伺服云台的稳定，消除震动。.国内外倒立摆控制研究发展及现状在国外，倒立摆系统研究最早始于上世纪年代，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。但是正式提出倒立摆概念的是在年代后期。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