摘要：倒立摆是自动控制领域相关人员常用的典型研究对象，它具有复杂性，可控性，典型性，趣味性等特点。

本课题设计的控制系统，采用MATLAB为上位机，以STC8A8K64S4A12单片机为下位机，对一级直线倒立摆进行运动平衡控制。上位机部分采用Simulink仿真工具进行图形化建模，与STC8A8K64S4A12单片机之间通过串口进行通信，具体的数据处理、PID调节等都在Simulink当中完成。控制信号通过串口发送给单片机。单片机实现工控板的功能，通过驱动模块控制电机运动，通过传感器测得系统的状态经串口发送给Simulink，从而形成一个闭环的控制系统，控制直线倒立摆完成启摆、平衡的功能。

系统已基本完成相应功能，经测试性能稳定，有较好的鲁棒性和可重复性。

关键词：Simulink  单片机  一级直线倒立摆

目录

摘要

Abstract

1绪论-8

1.1倒立摆系统概述-8

1.1.1倒立摆系统的分类-8

1.1.2倒立摆系统的特征-9

1.1.3倒立摆系统的研究历史和现状-10

1.2 MATLAB软件概述-11

1.2.1 MATLAB的主要特点-11

1.2.2 MATLAB系统的组成-12

1.3 Simulink概述-13

1.3.1 Simulink的基本概念-13

1.3.2 Simulink模型的主要特点-14

2一级直线倒立摆的系统组成及原理-15

2.1一级直线倒立摆的系统组成-16

2.1.1转速测量模块-16

2.1.2角度测量模块-17

2.1.3电机驱动模块-18

2.1.4电源模块-19

2.2一级直线倒立摆的工作原理-19

3一级直线倒立摆硬件系统-20

3.1硬件系统介绍-20

3.2硬件系统原理图-21

4 PID控制算法-23

4.1 PID控制原理-23

4.2 PID的数字离散化-26

5 Simulink模型设计-27

5.1模型设计流程-27

5.2 Simulink主要使用模块-28

5.2.1串口相关模块-28

5.2.2向量连接模块-29

5.2.3取数组元素模块-30

5.3 S-function模块使用-30

5.3.1 S-function介绍-30

5.3.2 S-function的用法-31

6下位机设计-33

6.1 STC8系列单片机介绍-33

6.2 STC8程序设计流程-33

7一级直线倒立摆功能调试测试-36

7.1角度环调试测试-36

7.2速度环调试测试-37

8设计总结分析-38

9致谢-40

参考文献-41