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    摘要： 球杆系统是控制领域一个典型的非线性不稳定系统,其控制目的是将小球随时定位在导轨的指定位置上。本课题将球杆系统的数学模型分解为机械部分数学模型、角度关系模型、电机模型，联合得到球杆系统的非线性模型，在平衡点附近对球杆系统进行线性化处理。建立了球杆系统的数学模型得到球杆系统在平衡点的线性模型。本课题基于频率响应设计了频率响应控制器，利用MATLAB软件得到频域控制器系统的稳定性和快速性提高，并实现了基于频率响应的实时控制，在MATLAB和Simulink环境进行仿真实验来验证控制器效果。24212
    毕业论文关键字：球杆系统；数学模型；频率响应
    The design method of control system in frequency domain
    Abstract：The ball and beam system is to control the field of a typical nonlinear and unstable system, its control objective is to locate the ball at the specifiedposition on the guides. This topic will be the club the mathematical model of the system is decomposed into mechanical part of mathematical model, angle relation model, motor model, nonlinear model of club system combined, in the equilibrium point of the ball and beam system is linearized. Establishes the mathematical model of the ball and beam system is linear model at the equilibrium point of the ball and beam system. This thesis is based on thefrequency response to design frequency response controller, to obtain the stability domain controller system and rapid improvement by using MATLAB software, and realizes the real-time control based on frequency response,simulation experiments under MATLAB and Simulink environment to verify thecontrol effect.
    Keywords：Ball-beam system；mathematical model; frequency response
    目录
    1绪论    1
    1.1 球杆系统研究的意义    1
    1.2 国内外研究现状和水平    1
    1.3 MATLAB软件介绍    3
    1.4 本课题的主要工作    3
    2 球杆系统硬件组成    5
    2.1球杆系统的特点    5
    2.2主要组成部分    5
    2.3 机械部分    6
    2.4 智能伺服驱动    7
    2.5基于PC的控制软件    7
    3球杆系统的建模    9
    3.1球杆系统的特性分析    9
    3.2球杆系统的数学建模    9
    3.2.1 球杆机械部分的数学模型    9
    3.2.2球杆角度关系模型    10
    3.2.3球杆电机模型    11
    3.3线性化系统模型    14
    4球杆系统的频域控制方法设计    16
    4.1数据采集和处理    16
    4.2球杆系统的开环模型    16
    4.3 球杆系统的频率响应控制方法    17
    4.4 MATLAB程序设计    26
    4.5 Simulink的简介    27
    5 球杆系统频域响应的实时控制    28
    6 结论与展望    30
    7 致谢    31
    8 参考文献    32
    1绪论
    1.1 球杆系统研究的意义
        当今在大学生的讲授活动中学校所采用的自动实验设备大部分都是在运算放大器与各种各样阻容网络的配合的基础上来实现模拟林林总总的自动控制系统。一些领先的大学是计算机检测和控制手段，结合物理对象，但在实践中普遍缺乏方法检测和控制，为典型的控制设备的教学也很有限，基本上只有单级倒立摆产品、磁悬浮实验装置、液位控制仪器等。
        球杆的自动控制理论实验系统实验装置的设计教学，是一个非线性不稳定系统，球杆系统的非线性体现在启动横杆电机主轴和横杆的仰角和齿轮与横杆之间的传动之间存在非线性关系很多。说球杆系统表示系统是不稳定的，即使轨道标高角是固定的，球的位置仍然是未知的。在一个固定的加速度固定导轨高程当球到控制领域中停止幻灯片的底部，非线性失稳模型和控制系统的设计有很多问题需要克服的困难，球杆系统是解决这个问题的最好的实验，这是一个重要的非线性动态特性的简单和安全的工具和不稳定的系统。
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