控制工程课程设计
水污染控制工程课程设计
沟法、 SBR 法等等。本次设计拟采用活性污泥法作为污水的处理工艺技术。
活性污泥法：利用活性污泥的降解 ，去除废水中有机污染物的方法。微生 物以活性污泥的形式存在，活性污泥法因此而得名。降解过程包括凝聚、吸附、 氧化、分解和沉淀等作用。
活性污泥法是最传统的工艺流程 ，也是污水处理领域应用最多的工艺，它 已发展了众多的运行方式 ，如 ：阶段曝气法、生物吸附法、完全混合法、延时 曝气法 、渐减曝气法、深水曝气法 、深井曝气法、纯氧曝气法 、高负荷活性 污泥法和浅层曝气法等。 每个工艺都有自己的特点， 既有优势也有不足之处， 总 的趋势是在不断更新和完善。本次设计选择完全混合活性污泥法（合建式） 。主 要是应用完全混合式曝气池。 污水与回流污泥进入曝气池后立即与池内混合液充 分混合，可认为池内混合液处理为未经泥水分离的处理水。
生活污水设计流量 :
ห้องสมุดไป่ตู้
平均时： Q 平=200000m 3/d=833.33m 3/h
总变化系数： Kz=1.58 最高时： Q max=KzQ 平= 20000 ×1.58=31600m 3/d=1316.67m 3/h =0.37m 3/s
污水水质： COD:290mg/L ；
pH=6~9
BOD 5 : 210 mg ／L；
Q max —最大设计流量， m3/s ；
0.37 sin 60 19(条） 0.05 0.4 0.9
δ—格栅倾角，度（ °）；
h—栅前水深， m；
v0—污水的过栅流速， m/s 。 1.3.2 栅槽有效宽度 （ B）
栅条宽度 S=0.01m 。
第二章 污水处理工艺流程说明 污水厂厂址选择应遵循下列各项原则 :
过程控制工程课程设计参考题目
过程控制工程课程设计参考题目(总5页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--14级过程控制课程设计题目1班课程设计参考题目：一、温度控制（单回路、串级、前馈—反馈、比值控制）（40）1、换热器出口温度单回路控制方案设计2、乳化物干燥器温度单回路控制方案设计3、精馏塔提馏段温度单回路控制方案设计4、管式加热炉出口温度单回路控制方案设计5、夹套式反应器温度单回路控制控制方案设计6、燃烧式工业窑炉温度单回路控制方案设计7、精馏塔精馏段温度单回路控制方案设计8、流化床反应器温度单回路控制方案设计9、管式热裂解反应器出口温度单回路控制方案设计10、发酵罐温度单回路控制方案设计11、换热器出口温度串级控制方案设计12、乳化物干燥器温度串级控制方案设计13、精馏塔提馏段温度串级控制方案设计14、管式加热炉出口温度串级控制方案设计15、夹套式反应器温度串级控制控制方案设计16、燃烧式工业窑炉温度串级控制方案设计17、精馏塔精馏段温度串级控制方案设计18、流化床反应器温度串级控制方案设计19、发酵罐温度串级控制方案设计20、管式热裂解反应器出口温度串级控制方案设计21、换热器出口温度前馈—反馈控制方案设计22、乳化物干燥器温度前馈—反馈控制方案设计23、精馏塔提馏段温度前馈—反馈控制方案设计24、管式加热炉出口温度前馈—反馈控制方案设计25、夹套式反应器温度前馈—反馈控制控制方案设计26、燃烧式工业窑炉温度前馈—反馈控制方案设计27、精馏塔精馏段温度前馈—反馈控制方案设计28、流化床反应器温度前馈—反馈控制方案设计29、发酵罐温度前馈—反馈控制方案设计30、管式热裂解反应器出口温度前馈—反馈控制方案设计31、换热器出口温度比值控制方案设计32、乳化物干燥器温度比值控制方案设计33、精馏塔提馏段温度比值控制方案设计34、管式加热炉出口温度比值控制方案设计35、夹套式反应器温度比值控制方案设计36、燃烧式工业窑炉温度比值控制方案设计37、精馏塔精馏段温度比值控制方案设计38、流化床反应器温度比值控制方案设计39、发酵罐温度比值控制方案设计40、管式热裂解反应器原料油与蒸汽流量比值控制方案设计41、锅炉出口蒸汽压力单回路控制方案设计42、锅炉出口蒸汽压力串级控制方案设计43、锅炉出口蒸汽压力前馈—反馈控制方案设计44、锅炉出口蒸汽压力比值控制方案设计45、炉膛负压单回路控制方案设计46、炉膛负压前馈—反馈控制方案设计47、离心泵压力定值控制方案设计2班课程设计参考题目：1、换热器出口温度单回路控制方案设计2、乳化物干燥器温度单回路控制方案设计3、精馏塔提馏段温度单回路控制方案设计4、管式加热炉出口温度单回路控制方案设计5、夹套式反应器温度单回路控制控制方案设计6、燃烧式工业窑炉温度单回路控制方案设计7、精馏塔精馏段温度单回路控制方案设计8、流化床反应器温度单回路控制方案设计9、管式热裂解反应器出口温度单回路控制方案设计10、发酵罐温度单回路控制方案设计11、换热器出口温度串级控制方案设计12、乳化物干燥器温度串级控制方案设计13、精馏塔提馏段温度串级控制方案设计14、管式加热炉出口温度串级控制方案设计15、夹套式反应器温度串级控制控制方案设计16、燃烧式工业窑炉温度串级控制方案设计17、精馏塔精馏段温度串级控制方案设计18、流化床反应器温度串级控制方案设计19、发酵罐温度串级控制方案设计20、管式热裂解反应器出口温度串级控制方案设计21、换热器出口温度前馈—反馈控制方案设计22、乳化物干燥器温度前馈—反馈控制方案设计23、精馏塔提馏段温度前馈—反馈控制方案设计24、管式加热炉出口温度前馈—反馈控制方案设计25、夹套式反应器温度前馈—反馈控制控制方案设计26、燃烧式工业窑炉温度前馈—反馈控制方案设计27、精馏塔精馏段温度前馈—反馈控制方案设计28、流化床反应器温度前馈—反馈控制方案设计29、发酵罐温度前馈—反馈控制方案设计30、管式热裂解反应器出口温度前馈—反馈控制方案设计31、换热器出口温度比值控制方案设计32、乳化物干燥器温度比值控制方案设计33、精馏塔提馏段温度比值控制方案设计34、管式加热炉出口温度比值控制方案设计35、夹套式反应器温度比值控制方案设计36、燃烧式工业窑炉温度比值控制方案设计37、精馏塔精馏段温度比值控制方案设计38、流化床反应器温度比值控制方案设计39、发酵罐温度比值控制方案设计40、管式热裂解反应器原料油与蒸汽流量比值控制方案设计41、锅炉出口蒸汽压力单回路控制方案设计42、锅炉出口蒸汽压力串级控制方案设计43、锅炉出口蒸汽压力前馈—反馈控制方案设计44、锅炉出口蒸汽压力比值控制方案设计45、炉膛负压单回路控制方案设计46、炉膛负压前馈—反馈控制方案设计47、离心泵压力定值控制方案设计课程设计教材及主要参考资料：1、戴连奎，《过程控制工程》，化学工业出版社，20122、杜维，《过程检测技术及仪表》，化学工业出版社，20013、姜培正，《过程流体机械》，化学工业出版社，20024、王毅，《过程装备控制技术与应用》，化学工业出版社，20015、厉玉鸣，《化工仪表及自动化》，化学工业出版社，2006一、课程设计教学目的及基本要求：1．课程设计的教学目的培养学生将理论知识应用到解决实际问题的能力，通过该课程的学生，可以很好地训练学生的实际动手能力和解决工程问题的能力，为学生从学校到工厂和技术部门提供前期的训练。
过程控制工程课程设计
过程控制工程课程设计介绍过程控制工程是现代工程领域中的一个重要学科，致力于研究与控制工业过程的设计、建模、分析及优化。
在这门课程设计中，我们将学习如何使用各种控制策略来控制和优化工业过程。
设计目的本课程设计旨在通过实际案例分析和仿真实验，培养学生的过程控制能力。
通过设计一个实际工业过程的控制方案，学生将能够应用所学的知识和技能，解决实际问题，提高工程实践能力。
设计内容设计内容包括以下几个方面：1.过程控制系统的建模：通过对目标工业过程进行建模，学生将了解该过程的运行原理和特点，并能够将其抽象为一个数学模型，以便后续的控制系统设计。
2.控制系统设计：根据过程控制系统的模型，学生将设计一个合适的控制策略，以实现对目标过程的控制。
控制策略可以包括PID控制器、模糊控制器、预测控制器等。
3.控制系统仿真：通过使用仿真软件，学生将实现对设计的控制系统的仿真。
通过对仿真结果的分析，学生可以评估控制系统的性能，并对其进行优化。
4.控制系统实现：在仿真结果满足要求后，学生将根据设计的控制方案，实现一个真实的控制系统。
学生需要选择合适的硬件设备，并编写相应的控制程序来实现对目标工业过程的控制。
设计步骤1.确定课程设计的工业过程：学生可以选择一个自己感兴趣的工业过程作为课程设计的对象。
该过程可以是任何能够体现过程控制的工业过程，例如温度控制系统、流量控制系统等。
2.过程建模：学生需要对选择的工业过程进行建模，包括建立数学模型和参数估计。
可以使用传统的物理建模方法，如质量平衡、能量平衡等，也可以利用系统辨识方法进行建模。
3.控制系统设计：根据过程模型，学生需要选择适当的控制策略并进行控制器参数的优化。
学生可以使用MATLAB、Simulink 等软件工具来辅助控制系统设计。
4.控制系统仿真：学生需要将设计的控制系统进行仿真，以评估其性能。
学生可以使用Simulink等软件工具进行仿真实验，并分析仿真结果。
5.控制系统实现：在仿真结果满足要求后，学生需要选择合适的硬件设备，并编写控制程序，实现对工业过程的控制。
过程控制工程课程设计
过程控制工程课程设计作为一个重要的工程学科，过程控制工程涉及到许多重要的技术和理论，主要用于实现对工业生产过程的控制。
这一方面需要广泛的专业视野和深厚知识储备，同时也需要实践操作技能的支撑。
为了培养学生的过程控制技术能力，大学里需要设计一些相关的课程。
本文将主要探讨如何设计过程控制工程课程。
一、强化理论与基础知识在设计过程控制工程课程时，理论知识是不可或缺的。
同学们需要清楚知道各种重要的数学、物理、电子等学科的知识，才能更好的理解过程控制的基本概念和实践方法。
在课程教学中，老师应该注重让学生掌握数学、物理、电子等学科的常见方法和技术，以帮助学生理解复杂的过程控制技术内容。
此外，在教学过程中还要注重学生的基本功训练。
如计算、编程、实验技能等，这些能力增强了学生的实践应用能力。
教师还要着重介绍最新技术的发展和应用，同时辅助学生查阅相关的资料和文献，让学生了解国内外研究方向和应用领域，为学生应对未来的自主研究和开展实际应用奠定良好的基础。
二、注重实际操作与案例教学无论是理论还是实践，过程控制都需要具备实际操作技能。
因此，在过程控制工程课程设计中，教师应该充分考虑实践操作环节。
实践操作主要包括实验训练和仿真练习。
重点在于增加学生的实践经验，强化学生学习和理解知识。
通过实验训练，可以让学生更加深入地掌握硬件和软件的运作原理与操作技巧。
而通过仿真练习，以软件化模拟实现物理世界中的过程控制，建立学生对过程控制工程技术全面的认知。
教师应该选取合适的实验和仿真机型，对学生进行具体的实践操作指导，帮助学生掌握操作流程和操作技巧。
在过程控制工程课程教学过程中，讲解典型案例的知识也是必不可少的。
一方面，案例教学可以加深学生对理论知识的理解，同时增加对实际操作技能的应用能力；另一方面，案例教学也可以给学生提供典型问题的解决方法，激发学生的探究精神和实际感悟，提高学生真正的发现和解决问题的能力。
三、培养团队协作与沟通能力过程控制工程是一门高度综合性学科，它需要团队合作和高效沟通。
控制工程课程设计教案分享5篇
控制工程课程设计教案分享5篇控制工程是现代科技领域中不可或缺的重要学科。
作为一个广泛应用于自动化、航空、电力、化工、交通等各行业中的学科，控制工程在实践中的应用越来越广泛。
而控制工程课程设计也成为了该学科中的一项重要内容。
通过合理的课程设计，有助于提升学生的实践能力和创新能力。
今天我们将分享5篇控制工程课程设计教案，以期对大家有所启发。
NO.1 面向仿真控制工程的课程设计本篇课程设计的目标在于教学生如何使用MATLAB软件进行仿真控制实验，学生将学习如何从系统建模开始设计传感器、执行器、控制器等模块，最终实现整个系统的控制。
在课程设计过程中，需要注意实验步骤、实验工具和操作方法的详细介绍。
实验过程中应该逐渐深入动手实践，帮助学生从理论到实践的转化。
而在实验数据的结果分析中，需要对不同实验数据进行比较，从而为优化控制系统提供数据支持。
NO.2 智能化控制工程课程设计这是一篇基于技术的课程设计，主要教学生使用智能化算法，如神经网络、遗传算法等优化方案，最终实现系统控制。
设计中的重点在于深入解析算法的原理和数据分析方法，使学生掌握算法设计技巧与工具的使用方法。
在算法的实践过程中，需要注意对算法选择和参数设置的合理性，同时要帮助学生发现并解决各种实验中的问题。
通过比较实验数据和输出结果进行分析，了解算法的适用性和精度。
NO.3 控制工程实践课程设计该课程设计主要围绕控制的实践环节展开，引导学生自主构建控制系统，逐渐培养操作和创新能力。
设计中的关键在于零部件的选择和操作，将日常所学的控制工程理论运用到实践中。
在例如机械结构、电路设计、程序编写等构建步骤中，学生可以自行设计、调整或优化，最后构建控制系统，并在测试环节进行测试和优化。
NO.4 工业自动化控制工程课程设计该课程设计与工业自动化控制系统相关，教学生如何使用PLC等工控设备进行工业自动化控制。
设计中关键在于构建设备之间的联动关系，设置信号传输和执行器控制逻辑。
机械控制工程基础课程设计
机械控制工程基础课程设计一、设计背景机械控制是机械工程中的重要分支领域，它的发展和应用广泛地应用于机床、机器人、自动化生产线等领域。
因此，对于机械控制领域的基础课程设计是学生学习和工作的重要基础。
在此基础上，我们设计了本次的机械控制工程基础课程设计。
二、设计目标本次课程设计的主要目的是培养学生的实践能力。
具体目标如下：1.学生能够熟练掌握编写和调试机械控制程序的方法；2.学生能够独立完成一个基础的机械控制系统的模拟设计；3.学生能够掌握一定的机械控制系统的硬件设计知识。
三、设计内容本次课程设计主要包含两部分内容：1.Simulink仿真模拟设计；2.基于PLC的机械控制系统的硬件设计。
1. Simulink仿真模拟设计本部分主要目的是让学生掌握使用Simulink进行系统仿真模拟的方法。
具体内容如下：1.让学生熟悉Simulink环境；2.指导学生掌握仿真模拟的基本方法；3.指导学生完成一个简单的机械控制系统的仿真模拟。
2. 基于PLC的机械控制系统的硬件设计本部分主要目的是让学生掌握基础的机械控制系统的硬件设计知识。
具体内容如下：1.指导学生掌握PLC编程的基本方法；2.指导学生完成一个基础的PLC程序编写和调试；3.培养学生的机械控制系统的硬件设计能力。
四、设计要求本次课程设计在完成之后，应满足以下要求：1.学生应独立完成所有的课程设计内容；2.学生需要提交一个报告，报告应包含设计方案的详细说明和设计过程中遇到的问题及解决方法。
五、总结本次机械控制工程基础课程设计是学生实践能力培养的一次重要机会。
通过完成此次课程设计，学生可以深入了解机械控制系统的基本原理和基础知识，并且掌握一定的机械控制系统的编程和硬件设计能力。
相信这次课程设计对于学生未来的学习和工作都会有一定的帮助。
过程控制工程课程设计
实用标准文案文档大全目录绪论 (3)第一章自控工程设计概述 (4)1.1自控设计的任务 (4)1.2自控设计的容 (4)1.3自控设计的方法 (5)1.4自控设计的意义 (6)第二章工艺介绍及控制方案选择 (6)2.1脱硫工艺简介 (6)2.1.1工艺原理和工艺流程 (7)2.1.2HPF法脱硫操作条件 (8)2.1.3主要工艺操作控制指标 (9)2.2管道仪表流程图 (10)2.2.1主要控制回路和方案 (10)2.2.2管道仪表流程图的绘制 (16)第三章自控设备的选型 (16)3.1控制装置的选择 (16)3.1.1PLC控制系统的组成 (16)3.1.2DCS控制系统的组成 (17)3.1.3PLC与DCS的比较 (17)3.1.4结论 (18)3.2PLC的硬件选型 (18)3.2.1PLC选型注意事项 (18)3.2.2PLC 的组成 (19)3.3图例符号的统一规定 (20)3.4检测仪表的选型 (24)3.4.1温度测量仪表的选型 (24)3.4.2压力测量仪表的选型 (25)3.4.3流量测量仪表的选型 (25)第四章控制室设计 (26)4.1设计要求 (26)4.1.1位置选择 (26)4.1.2尺寸设计 (26)4.1.3控制室的采光 (26)4.1.4控制室的供电及安全 (27)4.2根据要求结合工程特点设计 (27)4.3其他补充说明 (27)第五章仪表连接 (27)实用标准文案5.1系统的整体连接 (27)5.1.1仪表回路接线/接管图 (28)5.1.2仪表盘端子图/仪表盘穿板接头图 (28)5.2设计仪表端子图 (29)第六章供电 (29)6.1仪表供电系统设计 (29)6.1.1供电系统设计容 (29)6.1.2仪表供电要求 (29)6.1.3对供电交变类型和电压的等级要求 (30)6.1.4对供电质量的要求 (30)6.2仪表供电配电设计 (30)6.2.1供电回路分组 (30)6.2.2配电方式 (31)第七章信号报警及连锁 (31)第八章安全保护及信息接地 (32)8.1仪表防爆设计 (32)8.1.1防爆设计的重要性 (32)8.1.2危险环境的分类 (32)8.2仪表接地设计 (33)8.2.1接地作用和要求 (33)8.2.2接地系统的设计原则与方法 (34)第九章施工试验及验收 (34)9.1自控工程的施工 (35)9.1.1施工工作容 (35)9.2自控工程的试运行和验收 (35)9.2.1仪表的调校 (35)9.2.2仪表的试运行 (35)9.2.3仪表的交工验收 (36)第十章设计心得 (36)参考文献 (38)文档大全实用标准文案文档大全绪论1.学习自控工程设计的重要性本课程设计主要是通过对典型工业生产过程中常见的典型工艺参数的测量方法、信号处理技术和控制系统的设计，掌握测控对象参数检测方法、变送器的功能、测控通道技术、执行器和调节阀的功能、过程控制仪表的PID控制参数整定方法，进一步加强对课堂理论知识的理解与综合应用能力，进而提高学生解决实际工程问题的能力。
控制专业毕业课程设计
控制专业毕业课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握控制专业的基本理论、方法和实践技能，培养学生解决控制工程问题的能力，提高学生的创新意识和实践能力。
知识目标：使学生掌握自动控制理论、现代控制理论、智能控制理论等基本理论；熟悉控制系统的设计、分析和仿真方法；了解控制技术的应用领域和发展趋势。
技能目标：使学生具备控制系统设计、分析和仿真能力；具备解决实际控制工程问题的能力；具备创新意识和团队合作精神。
情感态度价值观目标：培养学生对控制专业的热爱和敬业精神，增强社会责任感，树立正确的职业观念。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括自动控制理论、现代控制理论、智能控制理论、控制系统的设计与分析、控制系统仿真等。
具体教学内容如下：1.自动控制理论：包括线性系统理论、非线性系统理论、离散控制系统理论等。
2.现代控制理论：包括最优控制理论、鲁棒控制理论、自适应控制理论等。
3.智能控制理论：包括模糊控制理论、神经网络控制理论、群智能控制理论等。
4.控制系统的设计与分析：包括控制器设计、系统稳定性分析、系统性能分析等。
5.控制系统仿真：包括MATLAB/Simulink仿真、实际控制系统仿真等。
三、教学方法本课程采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法、实验法等。
1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握控制理论的基本概念、原理和方法。
2.讨论法：引导学生参与课堂讨论，提高学生的思维能力和解决问题的能力。
3.案例分析法：分析实际控制系统案例，使学生了解控制理论在工程中的应用。
4.实验法：通过实验操作，使学生掌握控制系统的仿真和实际调试方法。
四、教学资源本课程的教学资源包括教材、参考书、多媒体资料、实验设备等。
1.教材：选用国内权威出版的控制专业教材，保证教学内容的科学性和系统性。
2.参考书：提供相关领域的经典著作和最新研究成果，丰富学生的知识体系。
3.多媒体资料：制作课件、视频等教学资料，提高课堂教学效果。
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正文：
一、引言
倒立摆是典型的快速、多变量、非线性、绝对不稳定系统。
倒立摆系统是自动控制理论中比较典型的控制对象,许多抽象的控制理论概念如系统稳定性、可控性和系统抗干扰能力等,都可以通过倒立摆系统直观地表现出来，因此它成为了自动控制理论研究的一个较为普遍的研究对象。倒立摆系统作为一个被控对象,是快速、多变量、开环不稳定、非线性的高阶系统,必须施加十分有力的控制手段才能使之稳定。事实上，人们一直在试图寻找不同的控制方法来实现对倒立摆的控制，以便检查或说明该方法对严重非线性和绝对不稳定系统的控制能力。
基于双闭环PID控制的一阶倒立摆控制系统设计
设计者：赵卜锐
班级：电076
学号：40750566
指导教师：付冬梅
基于双闭环PID控制的一阶倒立摆控制系统设计
摘要：本文针对单级倒立摆系统的平衡控制问题进行了研究。倒立摆控制是一个经典的控制平衡课题。作为一个自然不稳定系统，倒立摆一直被用作实时控制系统实验的控制设备。倒立摆的稳定控制相当困难，通过对它的研究不仅可以解决控制中的理论问题，而且在控制过程中可以有效反映控制中的关键问题。首先建立倒立摆的模型，然后进行模型验证，通过分析模型的性能，进行PID控制器的设计，然后运用Matlab的Simulink来进行仿真，通过一次次的修改参数来达到良好的性能要求。最后又对鲁棒性进行了验证，得出该控制系统具有鲁棒性。
根据上面的计算公式
，修改摆杆质量m和摆杆长度L的数值来进行仿真。
【1】摆杆长度不变而质量变化时的仿真图
【2】摆杆质量不变而长度变化时的仿真图
结论
通过改变摆杆质量和摆杆长度对系统进行仿真，由图可以看出所设计的双闭环PID控制系统的参数在一定范围内变化时仍能有效地工作，保持摆杆直立，并使小车有效定位，说明该控制系统具有一定的鲁棒性。
早在20世纪50年代，麻省理工学院的控制论专家就根据火箭发射助推器原理设计出了研究一阶倒立摆的实验设备。此后关于一阶倒立摆的控制方法和思路在军工、航天、机器人领域和其它一般工业过程中都有着广泛的用途，如机器人行走过程中的平衡控制、火箭发射中的垂直度控制、卫星发射架的稳定控制、飞机安全着陆、化工过程控制以及日常生活中常见的一些重心在上、支点在下的控制问题等，均涉及到“立摆问题”。
由于内环调节时间相对于外环来说很小，为使外环系统设计简化，可将内环等效成为一个比例环节。
综上所述，一阶倒立摆位置伺服控制系统可按如图1所示进行设计。
图1一阶倒立摆位置伺服控制系统结构框图
设计时选用MSMA021型小惯量交流伺服电动机。由于电机的时间常数很小，可将电动机、驱动器、传动装置三个环节合并成一个比例环节(取 =1．6)，并在Matlab中通过Simulink建模。取小车的质量M为1kg，摆杆的质量m为1kg，摆长L为O.3 m，重力加速度为10m/ ，使用计算机程序采用Z-N法整定出x调节器参数，在Z-N法得到的经验参数基础上进一步通过试误法获得 调节器的控制参数。该系统的Simulink模型如图2所示。
关键词：倒立摆 双闭环PID控制器 仿真
Abstract:In thisarticle, single-stage inverted pendulum control problem of the balance of the study.Control of inverted pendulum is a classic control subjects balance.As a naturally unstable system，inverted pendulum has been used for real-time control system controls the experiment.The stability of inverted pendulum is very difficult to control，through its research not only can solve the problem of control theory，also involved in the control theory based on three main.Firstly, the inverted pendulum model，model by analyzing the performance of the inverted pendulum，design thePID controller，and then use theSimulink of Matlab tosimulate，modifyingthe parameters again and again to achieve good performancerequirements.In the end，carried out to verify the robustness，come to the control system is robust.
倒立摆系统的控制研究在控制理论及其应用领域里一直有着较大的关注度。它是检验各种控制理论方法的有效性的实验装置，作为一个高阶、非线性、不稳定系统，倒立摆的稳定控制相当困难，对该领域的学者来说是一个极具挑战性的难题。本文在控制理论的基础上，建立了小车倒立摆系统的数学模型，使用PID控制法设计并确定参数下的控制器使系统稳定。综合以上分析，采用双闭环控制技术，能够使系统在保持倒立摆摆杆直立的前提下将小车移动到指定位置，同时使系统对指定参数的变化具有较低的灵敏度。当指定参数在一定范围内变化，控制器均能够有效的控制倒立摆并使其稳定运行，以达到“稳定”与“鲁棒”的双重目的。设计采用MATLAB软件进行仿真实验，进一步验证了PID控制器中各个参数对系统的稳定性和动态性能的影响，最后确定PID控制器的各参数值，通过MATLAB软件的仿真可知，单级倒立摆PID控制可以实现。
经过拉氏变换可得出系统的传递函数模型：
四、PID控制器的设计与仿真
从一阶倒立摆传递函数模型中不难看出，该系统因为含有不稳定的零极点，所以是一个“自不稳定的非最小相位系统”。由于一阶倒立摆系统位置伺服控制的核心是“在保证摆杆不倒的条件下，使小车位置可控”，因此，依据负反馈闭环原理，将系统小车位置作为“外环”，将摆杆摆角作为“内环”，则摆角作为外环的一个扰动，能够得到闭环系统的有效抑制。
表1 Ziegler-Nichols整定法经验公式
控制器类型
控制器的控制参数KpTiFra bibliotekTdP
0
PI
0
PID
2L
0.5L
三、对象模型建立
在忽略了空气流动阻力，以及各种摩擦之后，可将倒立摆系统抽象成小车和匀质杆组成的系统，如下图所示
其中：M：小车质量m：为摆杆质量J：为摆杆惯量F：加在小车上的力
x：小车位置θ：摆杆与垂直向上方向的夹角l：摆杆转动轴心到杆质心的长度
1、PID控制原理
在模拟控制系统中，控制器最常用的控制规律是PID控制。常规PID控制系统原理框图如下图所示。系统由模拟PID控制器和被控对象组成。
PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值r(t)与实际输出值c(t)构成控制偏差
e(t)=r(t)—c(t)
将偏差的比例（P），积分（I）和微分（D）通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称PID控制器。其控制规律为
五、关于鲁棒性的研究
控制系统的鲁棒性是指控制系统在某种类型（包括自身模型）的扰动作用下，系统某个性能指标保持不变的能力。对于实际工程系统，人们最关心的问题是一个控制系统当其模型参数发生大幅度变化或其结构发生变化时还能否保持渐近稳定，即稳定鲁棒性。而要求在模型扰动下系统的品质指标仍然保持在某个许可范围内，这又称为品质鲁棒性。鲁棒性的理论研究工作目前正关注于研究多变量系统具有稳定鲁棒性和品质鲁棒性的各种条件。它的进一步发展和应用，将是控制系统能否应用于实践的关键。
（3）微分环节 能反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个有效地早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。
3、Ziegler-Nichols控制器参数整定法
用阶跃响应曲线来整定控制器的参数。先测出系统处于开环状态下的对象的动态特性，根据这条阶跃响应曲线定出一些能反映控制对象动态特性的参数。以曲线的拐点作一条切线得到三个参数：K是控制对象的增益，L是等效滞后时间，T是等效滞后时间常数。，然后根据得到的K、L、T三个参数，利用表1的Ziegler-Nichols 整定法的经验公式来计算控制器的控制参数。
Kp—比例系数TI—积分系数TD—微分系数
2、PID控制器各校正环节的作用
（1）比例环节 及时、成比例地反映控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减小偏差。
（2）积分环节 主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数TI，TI越大积分作用越弱，反之则越强。
为了提高系统性能，考虑到对象为一非线性的不稳定系统，并且由于“反馈校正”具有如下特点:
(1)削弱系统中非线性特性等不希望有的特性的影响
(2)降低系统对参数变化的敏感性
(3)抑制扰动
(4)减小系统的时间常数
所以，对于系统内、外环采用反馈校正控制。
对于内环反馈控制器有PD，PI，PID等多种可能的结构，绘制各种控制器结构下的系统根轨迹图，发现采用PD结构的反馈控制器，结构简单且比较容易实现闭环系统稳定性。所以选定内环反馈控制器的结构为PD形式的控制器。
图2Simulink模型仿真图
仿真结果
结论
通过上图可以看出系统的超调量、调节时间、上升时间等都大体符合要求。如果修改 、 、 ，结果都不合适，抑或是超调量太大，抑或是调节时间太长，更甚者系统就不稳定了。综合而言，在满足以上性能的基础上，我们可以从图上看出小车能够较快稳定，而且倒立摆的晃动幅度不大，较为稳定。