倒立摆系统的建模、分析与设计

于 2024-06-07 07:00:00 发布
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一、案例背景

二、建模分析

由PDF知，倒立摆系统的线性状态空间表达式为：

 则有：

3.1</
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简单倒立摆建模
qq_39721119的博客
06-19 1万+
相信我们很多人都会遇到过建模倒立摆的情况。倒立摆是控制系统领域中一个很基本但又很实用的问题。很多基本的控制逻辑和实现都可以通过倒立摆模型表示出来。但是，在网上搜索资料良莠不齐，而去参考论文又晦涩难懂。所以，我自己经过推导和验证，把一阶倒立摆的模型给写出来，供大家参考和学习。 杆重心的水平位置： 杆重心的竖直位置： 杆的水平受力： 杆的竖直受力分析： 杆的转动方程： 小车的受力分析： 联立后四个式子，得到动态方程: 在θ=0附近，可以线性化，sinθ=θ，cosθ=1 .
倒立摆建模、控制和matlab程序
12-13
一级倒立摆的建模、控制过程，包括描述文件和matlab程序，很详细。
基于Simulink的倒立摆系统仿真建模与动态分析
最新发布
05-29
倒立摆作为一种经典的动力学系统，在物理和控制理论领域具有重要的研究价值。借助MATLAB的Simulink工具，可以高效地对倒立摆进行建模与仿真，进而深入探究其稳定性和控制策略。MATLAB是一款功能强大的数值计算与工程软件，而Simulink作为其图形化建模扩展工具，特别适用于系统仿真和控制系统设计。在相关压缩包文件中，通常包含倒立摆仿真所需的MATLAB代码以及可能的参考文献。这些代码涵盖了系统的数学模型、控制器设计和仿真设置等内容，通过它们可以掌握如何在Simulink中搭建倒立摆模型并实现稳定控制。 数学模型：倒立摆是一个典型的非线性动力学系统，其状态方程主要涉及摆杆的角度θ和角速度θ̇。由于摆杆受到重力、摩擦力和驱动力等作用，模型需要计算这些力的影响。在MATLAB Simulink中，可以通过非线性函数块来实现这些复杂的非线性关系。 控制器设计：保持倒立摆稳定的核心在于选择合适的控制策略。常用的控制方法包括PID控制、滑模控制和LQR（线性二次调节器）等。控制器设计通常基于状态反馈或输出反馈，可能涉及极点配置等优化手段，以提升系统性能。 Simulink建模：在Simulink环境中，倒立摆系统由多个子系统和基本模块组成，例如单位延迟、积分器、乘法器等。这些模块协同工作，构建出系统的动态模型。控制器通常被封装为一个独立的子系统，便于管理和调试。 仿真设置：在进行仿真时，需要合理设置时间步长、仿真时间和初始条件等参数。这些设置会直接影响仿真的精度和运行效率。通过观察仿真结果，可以分析系统的稳定性以及控制策略的效果。 参考文献：提供的参考文献通常包含倒立摆理论的详细解析和特定控制算法的说明。阅读这些文献有助于加深对倒立摆控制问题的理解，同时也能为改进模型或控制器提供思路。 通过在MATLAB的Simulink库中进行倒立摆仿真，不仅可以学习非线性系统建模和控制策略设
倒立摆建模
weixin_45024950的博客
05-13 9033
本文利用现代控制理论方法，建立倒立摆系统模型，对系统进行分析，并且使用PID控制和状态反馈控制，使系统成为稳定系统。
现控报告-- 分析倒立摆系统稳定性、能控性及能观性分析，设计PID控制方案（附matlab）
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mengshenglo的博客
03-15 3万+
建立直线一级倒立摆系统的动力学模型,推导该系统的运动方程,求出直线一级倒立摆系统传递函数模型及空间状态方程模型。接着描述了PID控制系统设计原理及PID控制器各校正环节的作用,简要叙述了参数的整定方法。设计了直线一级倒立摆摆杆摆角及小车位置常规单回路控制器,通过Simulink仿真知道常规单回路控制器能控制摆杆摆角,不能控制小车位置。于是设计出了直线一级倒立摆双闭环控制器及基于倒立摆系统的状态空间方程控制器,利用软件进行仿真,仿真结果表明，常规双闭环控制方案和基于状态空间方程加控制方案均能对摆杆摆角及小车位
单级倒立摆从建模到仿真
qq_45518988的博客
08-22 9226
首先建立单摆的动力学模型，使用simulink搭建控制框图。然后将极点配置状态反馈和串级PD反馈应用于系统的摆杆竖直倒立稳定和平移支座位移稳定进行控制并对比了两种方法的优劣。
一阶倒立摆系统的建模仿真与控制【建模与仿真分析】
06-21
总结来说，一阶倒立摆系统的建模与控制涉及动力学建模、Simulink仿真以及控制策略的设计与优化。通过MATLAB和Simulink，我们可以有效地理解和解决这个经典问题，为实际应用如机器人稳定行走等奠定基础。通过不断学习...
基于Matlab的一阶倒立摆系统建模及仿真.pdf
07-10
本文首先采用机理建模法对一阶倒立摆系统进行分析，机理建模法通过分析系统的物理结构和基本原理来建立数学模型，该方法的优点在于能够揭示系统内在的物理规律和动力学特性。 在推导一阶倒立摆系统的数学模型时，...
倒立摆的数学建模-倒立摆数学模型.doc
08-13
倒立摆的数学建模-倒立摆数学模型.doc 倒立摆数学模型.doc
倒立摆建模与求解.pdf
05-10
倒立摆建模与求解.pdf 详细讲解，内容丰富，可快速上手
倒立摆系统的建模及Matlab仿真报告.rar
05-28
包括19篇文档和2篇PDF文件，均为现代控制课程作业整理，倒立摆系统的建模及Matlab仿真，希望对大家有帮助。 倒立摆作为一个高阶次、多变量、非线性和强耦合的自然不稳定系统，一直是控制领域研究的热点问题。它广泛应用于控制理论研究、航空航天控制、机器人、杂技顶杆表演等领域，在自动化领域中具有重要的理论价值和实践价值。这些物理装置与控制系统的稳定性密切相关，深刻揭示了自然界一种基本规律，即一个自然不稳定的被控对象，通过控制手段可使之具有良好的稳定性。 倒立摆的研究具有重要的工程应用价值。如机器人问题，机器人行走类似倒立摆系统，尽管第一台机器人在美国问世以来己有三十多年的历史，但机器人的关键技术至今仍未很好解决。再如太空应用中，倒立摆系统的稳定与空间飞行器控制和各类伺服云台的稳定有很大相似性，它也是日常生活中所见到的任何重心在上、支点在下的控制问题的抽象，因此，倒立摆机理的研究又具有重要的工程应用背景，成为控制理论中经久不衰的研究课题。倒立摆的控制方法，在军工、航天和机器人领域有广泛的用途，对处理一般工业过程亦有指导性作用。
倒立摆系统的建模与积分滑模控制 (2014年)
05-22
在研究了倒立摆系统动力学模型的基础上，提出了一种积分滑模变结构的控制方法。通过设计积分性质的非线性滑模面，可以减少系统静差，提高控制精度，系统鲁棒性能获得了很好的保存。仿真证明，该方法能够在较短时间内实现系统的稳定，提高系统的控制精度，使倒立摆系统具有更高的稳定性和鲁棒性。
一级倒立摆数学模型的建立
11-18
一级倒立摆数学模型的建立.并进行simulink仿真
论文研究-倒立摆系统的状态空间方程的求解 .pdf
08-18
倒立摆系统的状态空间方程的求解，何国瑞，，对于二级倒立摆系统来说，要控制它的稳定性，所需要控制的对象主要有三个。即小车的位移，下摆的角度和上摆的角度。通过拉格郎日
倒立摆：Simulink建模
水月流萤的博客
03-29 1万+
倒立摆：Simulink建模 内容 在此页面中，我们概述了如何建立倒立摆系统的模型，刹车使用Simulink及其附件进行仿真。然后可以使用非线性仿真来测试模型的线性化版本的有效性。仿真模型还可以用于评估基于线性化模型设计的控制方案的性能。 物理设置和系统方程式 在此示例中，我们将考虑带有手推车的倒立摆系统的二维版本，其中放置被约束为在下图所示的垂直平面中移动。对于该系统，控制输入是使推车水平移动的力，输出是摆的角位置和推车的水平位置。 对于此示例...
倒立摆：Simscape建模
水月流萤的博客
03-29 6053
目录 物理设置 创建世界框架和基本配置 组装底盘和推车 摆放在一对手推车连接到摆 选择用于控制器和角度转换的输出 为摆锤和手推车创造原型 闭环设置 控制器实施 物理设置 在本节中，我们将展示如何使用Simscape Multibody的物理建模模块来建立倒立摆模型。Simscape库中的块代表实际的物理组件；因此，可以构建复杂的多体动力学模型，而无需通过物理原理来合成数学方程，就像通过应用牛顿定律来生成在倒立摆中实现的模型：Simulink Modeling一样。 .
倒立摆力学建模
他山之石 可以攻玉
08-02 3747
倒立摆系统建模： 力学系统建模有多种方法，拉格朗日法和牛顿定律是最常用的两种方法。这里采用牛顿定律对单级倒立摆进行建模。
二级倒立摆系统建模与控制分析
在提供的代码片段中，通过MATLAB程序验证了该二级倒立摆系统的能控性和能观性。 接下来进行了稳定性分析，这是控制理论中的重要部分。通过将状态空间方程转化为传递函数形式，可以更直观地理解系统的动态特性。这里...
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