毕业论文-基于LabVIEW的倒立摆控制系统设计

本 科 毕 业 设 计

基于LabVIEW的倒立摆控制系统设计

姓 名 学 院 专 业 年 级 学 号 指导教师

张明法 信息与电气工程学院 电气工程及其自动化

2010 20103615375 冯树林

2014 年 5月15日

独 创 声 明

本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。

此声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

年 月 日

毕业论文（设计）使用授权声明

本人完全了解鲁东大学关于收集、保存、使用毕业论文（设计）的规定。

本人愿意按照学校要求提交论文（设计）的印刷本和电子版，同意学校保存论文（设计）的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存论文（设计）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布论文（设计）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。

（保密论文在解密后遵守此规定）

论文作者：

年 月 日

目 录

1 引言 ................................................................... 2 2 倒立摆系统组成和LABVIEW介绍 ......................................... 2 2.1 倒立摆系统组成 ...................................................... 2 2.1.1 倒立摆分类 ........................................................ 2 2.2 LABVIEW简介 ...................................................... 3 2.2.1 LABVIEW控件的简单介绍 ......................................... 4 3 倒立摆系统的建模与分析 ................................................ 5 3.1 倒立摆系统的建模 .................................................... 5 3.1.1倒立摆系统建模原理 ............................................... 6 3.1.2系统状态空间模型 ................................................. 7 3.1.3系统传递函数模型 ................................................. 8 3.1.4系统的前面板和程序框图 ........................................... 9 3.2 LQR的分析与设计 .................................................. 12 3.2.1 LQR的建模 ..................................................... 12 3.2.2 LQR的VI设计 .................................................. 14 3.3 基于LABVIEW的仿真 ............................................... 16 3.3.1 VI的设计 ....................................................... 16 3.3.2 VI的实时仿真 ................................................... 19 4总结与展望 ............................................................. 22 4.1总结 ............................................................... 22 4.2展望 ............................................................... 23 参考文献 ................................................................ 23 致 谢 ................................................................... 24

鲁东大学本科毕业设计

基于LabVIEW的倒立摆控制系统设计

张明法

（信息与电气工程学院，电气工程及其自动化专业，2010级3班,20103615375）

摘 要：倒立摆是一个高阶次、不稳定、多变量、非线性、强耦合系统，其原理是《现代控制理论》中最基本最具有代表性的原理[1]。本文采用LabVIEW8.5软件对倒立摆系统进行建模，建模采用牛顿受力分析定律，得到系统的状态空间模型、传递函数模型以及对系统的稳定性的分析。应用线性二次型最优控制算法（LQR) [2]控制系统的稳定性，最终实现了倒立摆控制系统的建模、计算、分析等计算机仿真过程,验证倒立摆控制系统设计的有效性。

关键词：倒立摆； LabVIEW；二次型最优控制算法;

Inverted Pendulum Control System Design Based on

LabVIEW

ZhangMingfa

(Major of Electrical Engineering and Automation, School of Information and Electrical

Engineering)

Abstract：Inverted pendulum is a higher, multivariate and non-linear system, with characteristics of instability and close coupling. It is the most fundamental and representative principle in Theory of Modern Control. This paper uses LabVIEW, a control simulation software developed by NI, to visualize simulation. In order to implement modeling, calculation, analysis and other computer simulation under inverted pendulum, it introduces control system design of LabVIEW8.5. First by using Newton’s mechanics theory, modeling demonstrates state space model and transfer function model of inverted pendulum and its stable analysis. Then this paper uses LQR (Linear Quadratic Regulator) to control the stability of this system. Finally it introduces LabVIEW to implement simulation and verify the validity of inverted pendulum.

Keywords: inverted pendulum; LabVIEW; LQR.

1