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    摘要本实验室基于固高科技GT系列倒立摆为平台，对直线一级倒立摆的频率响应控制进行了研究实验。本文通过对小车和摆杆进行物理建模，利用牛顿力学对小车和摆杆进行受力分析，得到其受力情况并例出受力方程式，进行数学换算，得到系统的位移，加速度和所受作用力的开环传递函数，并通过数学模型求出其状态空间方程。在频率响应试验中，根据加速度开环传递函数的伯德图和奈奎斯特图的观察，对系统设置超前校正装置，根据稳态误差求出增益，设计出滞后--超前控制器，以达到控制要求。46333
    倒立摆是自动控制试验中很典型很基础的实验，通过对倒立摆的研究和分析，有助于了解运动过程中的很多复杂的随机性的问题。本文的研究结论也可以对机器人的研究和工业领域的应用有一定的参考价值。
    毕业论文关键词：倒立摆；经典控制理论；SIMULINK仿真；频率特性
    ABSTRACT
    This laboratory based on the solid Googol Technology GT series inverted pendulum as the platform, the linear inverted pendulum frequency response control of the research experiments.Through MATLAB SIMULINK for automatic control experiments and have reached understanding on the stability of the system. Based on cart and pendulum, physical modeling, using Newtonian mechanics of trolley and swing rod stress analysis, gets its force and cases by force equations, mathematical conversion, system of displacement, acceleration and force of the open-loop transfer function and by means of mathematical model for the state space equation. In the frequency response test, according to the acceleration of the open loop transfer function Bode diagram and Nyquist diagram observation, the system settings lead compensator, the gain is obtained on the basis of steady-state error. Design the lag -- lead controller, in order to achieve the control requirements.
    The inverted pendulum is automatic control test is typical of very basic experiments, through the analysis and research of the inverted pendulum, help to understand the movement process of many complex random problems. The research conclusion can also be the robot research and industrial field application to make a certain contribution
    Key words：Inverted pendulum；Automatic control principle；SIMULINK simulation；Frequency characteristic
    目  录
    第一章  倒立摆概述    1
    1.1倒立摆的研究与应用    1
    1.2计算机控制与仿真    1
    1.3固高科技倒立摆    2
    第二章 倒立摆的系统设计    4
    2.1倒立摆系统和控制原理    4
    2.2倒立摆系统的接线与配线    6
    2.3驱动及控制软件安装    7
    第三章  倒立摆物理模型的数学分析    8
    3.1牛顿力学    8
    3.2数学分析    10
    第四章  倒立摆控制系统设计    13
    4.1可控性分析与阶跃响应分析    13
    4.2频率响应分析    15
    4.3控制器设计    16
    5.2控制器2    21
    第五章 系统调试和故障分析    23
    5.1直线一级倒立摆频率响应校验    23
    5.2故障分析    26
    结束语    28
    致  谢    30
    参考文献    31
    第一章  倒立摆概述
    1.1倒立摆的研究与应用
    本实验硬件部分基于固高公司倒立摆完成，软件部分本试验主要基于MATLAB软件完成，通过SIMULINK进行仿真得出在实际控制中是一种较为合理的数据优化方法的论断。
    对倒立摆实验模型额研究可以去理解可多自动控制实验中的常见问题：如系统的健壮性问题、随机性问题、以及追随问题等。通过对研究倒立摆控制，可以检验新的控制方法是否具有解决不稳定和随机性的问题。同时，其控制方法在也在军工、航天以及普通工业的生产中经常被应用，如控制机器人在行走过程的平衡、保证火箭发射过程中的垂直度和维持卫星飞行过程中的正确、稳定的姿态。
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