2022年倒立摆原理 .pdf

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1、如图所示， 将一个钟摆状物体倒立在一个小车顶部。在小车行进中倒立摆处于一种非常不稳定的状态，小车的速度过快或过慢，或者向前或向后扰动倒立摆，都会使倒立摆向前或向后倒下。如何使倒立摆不倒呢？或者说如何使倒立摆尽可能地保持稳定呢？当然是恰到好处地改变小车前进的速度，这就是本实验所要展示的自动控制理论问题。倒立摆控制系统仿真原理介绍人们对杂技顶杆表演都很熟悉。杂技演员的精湛技艺，给我们带来了激动人心的视觉冲击，同时也使我们深刻地感受到了物理与控制系统的稳定性密切相关。它深刻提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。这一规律已成为当今航空航天器设计的基

2、本思想，即牺牲飞行器的自然稳定性来确保它的机动性。不难看出杂技演员顶杆的物理机制可简化为一个倒置的钟摆，也就是人们常称之为倒立摆或一级倒立摆系统。倒立摆是机器人技术、控制理论、计算机控制等多个领域的多种技术的有机结合，其被控系统本身又是一个绝对不稳定、高阶次、多变量、强耦合的非线性系统，可以作为一个典型的控制对象对其进行研究。（1）一级倒立摆系统物理模型一级倒立摆系统如图所示。系统由沿导轨运动的小车和通过转轴固定在小车上的摆杆组成。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1

3、页，共 5 页 - - - - - - - - - 表 1 一级倒立摆系统物理参数表符号含义取值( 单位) Ms 摆球的质量10 kg Mb 小车的质量100 kg L 杆长1 m g 重力加速度9.81 m / s2（2）一级倒立摆线性系统控制模型名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -