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Harbin Institute of Technology

课程设计说明书（论文）

课程名称： 自动控制理论课程设计 设计题目： 直线一级倒立摆控制器设计 院 系： 电气学院电气工程系 班 级： 设 计 者： 学 号： 指导教师： 设计时间： 2016.6.6-2016.6.19 手机号码： 哈尔滨工业大学教务处

姓 名： 院 （系）：电气学院电气工程系 专 业：电气工程及其自动化 班 号： 任务起至日期： 2016 年6月6 日至2016年6月19日 课程设计题目： 直线一级倒立摆控制器设计 已知技术参数和设计要求： 本课程设计的被控对象采用固高公司的直线一级倒立摆系统GIP-100-L。 系统内部各相关参数为： M小车质量0.5 Kg ；m摆杆质量0.2 Kg ；b小车摩擦系数0.1 N/m/sec ；l摆杆转动轴心到杆质心的长度0.3 m ；I摆杆惯量0.006 kg*m*m ；T采样时间0.005秒。 设计要求： 1．推导出系统的传递函数和状态空间方程。用 Matlab 进行阶跃输入仿真，验证控制对象的稳定性。 2．采用传统的时域或频域设计方法设计PID控制器，并给出设计步骤，使得当在小车上施加0.1N的脉冲信号时，闭环系统的响应指标为： （1）稳定时间小于5秒； （2）稳态时摆杆与垂直方向的夹角变化小于0.1弧度。 3．设计状态空间极点配置控制器，使得当在小车上施加0.2m的阶跃信号时，闭环系统的响应指标为： （1）摆杆角度?和小车位移x的稳定时间小于3秒 （2）x的上升时间小于1秒 （3）?的超调量小于20度（0.35 弧度） （4）稳态误差小于 2%。 工作量： 1. 建立直线一级倒立摆的线性化数学模型； 2. 倒立摆系统的 PID 控制器设计、MATLAB 仿真及实物调试； 3. 倒立摆系统的极点配置控制器设计、MATLAB 仿真及实物调试。 工作计划安排： 2016.6.6 实物调试； 2016.6.7-2.16.6.9 建立直线一级倒立摆的线性化数学模型； 倒立摆系统的PID控制器设计、MATLAB仿真； 倒立摆系统的极点配置控制器设计、MATLAB仿真。 2016.6.10-2016.6.12 撰写课程设计论文。 同组设计者及分工： 调试部分由小组共同完成。 设计部分及课程设计论文撰写各自独立完成。 指导教师签字___________________ 年 月 日 教研室主任意见： 教研室主任签字___________________ 年 月 日 *注：此任务书由课程设计指导教师填写。