任务2-一级倒立摆系统的线性二次型最优控制器设计

西安建筑科技大学课程（）任务 专业班级：              学生姓名：          指导教师（签名）：          一、课程设计（论文）题目 一级倒立摆系统的线性二次型最优控制器设计 二、本次课程设计（论文）应达到的目的 （1）复习、巩固和加深所学专业基础课和专业课的理论知识，综合运用经典控制理论与现代控制理论的知识，弄清楚其相互关系，使理论知识系统化、实用化。 （2）增强学生的工程意识，联系实际问题设计，使理论与实践相结合。 （3）掌握基于状态空间分析法进行控制系统分析与综合的方法。 （4）训练利用计算机进行控制系统辅助分析与仿真的能力。 （5）掌握参数变化对系统性能影响的规律，培养灵活运用所学理论解决控制系统中各种实际问题的能力。 （6）培养分析问题、解决问题的独立工作能力，学习实验数据的分析与处理方法，学习撰写设计说明书。 三、本次课程设计（论文）任务的主要内容和要求（包括原始数据、技术参数、设计要求等） 系统参数： 本课程设计的被控对象采用固高公司生产的GIP-100-L型一阶倒立摆系统，系统内部各相关参数为： 小车质量 0.5 Kg ； 摆杆质量0.2 Kg ； 小车摩擦系数0.1 N/m/sec ； 摆杆转动轴心到杆质心的长度0.3 m ； 摆杆惯量0.006 kg*m*m ； 采样时间0.005秒。 设计要求： 设计最优控制器，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 的稳定时间小于5秒 （2） 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%。 设计主要内容： （1）参照相关资料，推导出系统的传递函数和状态空间方程。 （2）定量、定性分析系统的性能。 （3）设计最优控制器，使得闭环系统的响应满足性能指标要求。 （4）对设计的系统进行仿真研究、校验与分析，讨论加权阵的取值对系统性能的影响。 成果要求： 书写课程设计说明书一份（6000－10000字）。内容应包括数学模型建立，控制器设计，系统仿真过程、结果分析及结论。 四、应收集的资料及主要参考文献： （1）现代控制理论基础类书籍 （2）自动控制理论教材 （3）控制系统MATLAB设计、仿真类书籍 五、审核批准意见 教研室主任（签字）