从零开始搭建倒立摆控制系统（不行，这个版本写得还是太细了，就差从开天辟地讲起了） writeor的博客 wr的小窝喔~

其实在实际应用中并不是每次使用都要管稳定性的，但写论文如果不管的话审查过不去，目前只做一个简单的模型，可以不用考虑那么多。

摘要

本文主要分为三部分，第一部分讲解控制系统的基本概念、控制器的设计方法、判断控制系统性能的方法。第二部分讲解如何搭建仿真实验和改善控制器性能，第三部分讲解如何根据改良后的控制器编写单片机代码和搭建硬件设施。

自动控制系统的基本概念
- 开环控制系统与闭环控制系统
- 自动控制系统的性能指标
自动控制系统的数学模型
- 微分方程的编写
  - 拉普拉斯变换
- 传递函数
  - 系统动态结构图
  - 系统传递函数和结构图的等效变换

自动控制系统的时域分析
- 自动控制系统的时域指标
  - 一阶系统的阶跃响应
  - 二阶系统的阶跃响应
- 自动控制系统的代数稳定判据
  - 线性系统稳定性的概念和稳定的充分必要条件
  - 劳斯判据
  - 赫尔维茨判据
  - 稳态误差

根轨迹法
- 根轨迹法的基本概念
- 根轨迹的绘制法则
- 用根轨迹法分析系统的动态特性
频率法
- 频率特性基本概念
- 频率法分析控制系统稳定性
控制系统的校正
离散系统理论基础
计算机控制系统概述
信号转换与Z变换
数字控制器的模拟化设计方法
计算机控制系统仿真
计算机控制系统的设计与实现

未完待续……

1.控制系统的基本概念

在现代科学技术中，自动控制技术发挥着重要作用。所谓自动控制是指在没有人的干预下，利用物理装置使被控制的物理量保持衡定或者按照一定的规律变化的过程。自动控制系统是为实现某一控制目标所需的所有物理部件的有机组合体。例如无论室外天气如何变化，空调总能在无人干涉的情况下使房间内的温度保持在一定的范围内、飞机打开自动驾驶后即使气流扰动飞机的方向，飞机仍然能自动回到正确的方向上、磁盘驱动器读取系统的磁头能精确地定位到指定的磁道等。

自动控制系统包含一些基本部分：

被控对象（对象）：被控制的设备或过程

被控量（输出量）：被控制的物理量

控制量（给定量）决定被控量的物理量

扰动量：妨碍控制量对被控量进行正常控制的所有因素

自动控制的任务其实就是克服扰动量的影响，使系统按照给定量所设定的规律运行。

1.1开环控制系统

图1-1是一个电热炉加热系统，该系统的组成部分包括一个自耦变压器和一个电热丝。它的工作机制是：调节自耦变压器的滑块位置能调整变压器的输出电压，从而调整电热丝的发热功率，从而改变炉温。显然，若外界温度衡定、电源电压衡定，则在变压器滑块滑动到不同位置时火炉有不同的稳定温度值。

但是，一旦出现扰动：电压电压不稳定、外界温度波动、炉门开关频率变化等情况，炉温将会在扰动的干扰下，偏离期望值。图1-2 所示的结构图

从零开始搭建倒立摆控制系统（不行，这个版本写得还是太细了，就差从开天辟地讲起了）

图 1-1 电热炉温度控制系统

图1-2 开环控制系统结构图

可以看出，在开环控制中没有输出量对系统的控制，只有输入量对数出量产生控制作用。在没有人的干预下，若出现扰动，则输出量将偏离期望值。

1.2闭环控制系统

图 1-3 是对图 1-1 改进后的控制系统，增加的部分主要为：热电偶、滑动变阻器、集成运算放大器、伺服电机、推杆。

该装置的工作机制为：温度越高热电偶产生的电压差越大，集成运算放大器能将滑动变阻器设定的电压Ug与热电偶产生的电压Uf做比较。若炉温不够高，热电偶产生的电压Uf低于滑动变阻器上设定的电压Ug，则放大器驱动伺服电机M转动，带动推杆将自耦变压器的滑块向提高输出电压Uc的方向移动,从而使加热器的输出功率增大，达到提高炉温的目的。

若炉温超过了设定值，则热电偶产生的电压Uf将大于等于给定电压Ug，集成运算放大器将会驱动电机反方向旋转，使自耦变压器输出电压下降，降低电热丝发热功率，从而达到降低炉温的目的。