直线一级倒立摆PID控制实验报告

一、实验目的

本实验的目的是让实验者理解并掌握 PID 控制的原理和方法，并应用于直线一级倒立摆的控制，PID 控制并不需要对系统进行精确的分析，因此我们采用实验的方法对系统进行控制器参数的设置。二、实验设备

直线一级倒立摆；安装有MATLAB软件的PC机；运动控制卡主机箱。三、实验步骤及结果

1、PID 控制参数设定及仿真

对于 PID控制参数，我们采用以下的方法进行设定：由实际系统的物理模型：

? (??)

= ?? (??)0.0102125??2?0.26705

0.02725

在 Simulink 中建立如图1所示的直线一级倒立摆控制模型：

图1直线一级倒立摆 PID 控制 MATLAB 仿真模型

先设置 PID控制器为P控制器，令Kp=9，Ki=0，KD=0，得到以下仿真结果：

图2 参数设置窗口

图3直线一级倒立摆P控制仿真结果图（Kp＝9）

从图3中可以看出，控制曲线不收敛，因此增大控制量，令Kp=50，Ki=0，KD=0，得到以下仿真结果：

图4直线一级倒立摆P控制仿真结果图（Kp＝50）

从图4中可以看出，闭环控制系统持续振荡，周期约为 0.6s。为消除系统的振荡，增加微分控制参数KD，令 Kp=50, Ki=0, KD=16，得到仿真结果如下：

图5直线一级倒立摆PD控制仿真结果图（Kp＝50，KD＝16）

从图5中可以看出，系统稳定时间过长，大约为7秒，因此再增加微分控制参数KD，令：Kp=50, Ki=4, KD=16，仿真得到如下结果：

图6直线一级倒立摆 PID 控制仿真结果图（Kp＝50，Ki＝4，KD＝16）

由于 PID 控制器为单输入单输出系统，所以只能控制摆杆的角度，并不能控制小车的位置，所以小车会往一个方向运动。 2、PID 控制实验

1)打开直线一级倒立摆 PID控制界面入下图6所示：

图6直线一级倒立摆 MATLAB 实时控制界面

2) 双击\模块进入 PID 参数设置，如下图7所示：