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设计（论文）任务书专业班级：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：M小车质量0.5Kg；m摆杆质量0.2Kg；b小车摩擦系数0.1N/m/sec；l摆杆转动轴心到杆质心的长度0.3m；I摆杆惯量0.006kg*m*m；T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x的稳定时间小于5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%。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）