python编写pid控制一阶倒立摆代码

时间: 2023-10-17 07:13:53 浏览: 144
以下是使用Python编写PID控制一阶倒立摆的示例代码: ``` import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 定义一阶倒立摆系统 class InvertedPendulum: def __init__(self, dt): self.dt = dt self.m = 1.0 # 质量 self.l = 1.0 # 杆长 self.g = 9.8 # 重力加速度 self.b = 0.1 # 阻尼系数 self.theta = 0.0 # 杆角度 self.theta_dot = 0.0 # 杆角速度 def step(self, u): # 计算杆角度和角速度的变化量 dtheta = self.theta_dot * self.dt dtheta_dot = (self.m * self.g * self.l * np.sin(self.theta) - self.b * self.theta_dot + u) * self.dt / (self.m * self.l * self.l) # 更新杆角度和角速度 self.theta += dtheta self.theta_dot += dtheta_dot # 定义PID控制器 class PIDController: def __init__(self, kp, ki, kd, dt): self.kp = kp # 比例系数 self.ki = ki # 积分系数 self.kd = kd # 微分系数 self.dt = dt # 时间间隔 self.integral = 0.0 # 积分值 self.previous_error = 0.0 # 上一个误差值 def step(self, error): # 计算比例项 proportional = self.kp * error # 计算积分项 self.integral = self.integral + self.ki * error * self.dt # 计算微分项 derivative = self.kd * (error - self.previous_error) / self.dt self.previous_error = error # 计算控制值 return proportional + self.integral + derivative # 设定模拟参数 dt = 0.01 total_time = 5.0 # 初始化模拟 pendulum = InvertedPendulum(dt) controller = PIDController(100.0, 10.0, 10.0, dt) # 进行模拟 times = [] positions = [] target_position = 3.14 / 2.0 for i in range(int(total_time / dt)): error = target_position - pendulum.theta u = controller.step(error) pendulum.step(u) times.append(i*dt) positions.append(pendulum.theta) # 绘制结果 plt.plot(times, positions) plt.xlabel('Time (s)') plt.ylabel('Position (rad)') plt.title('Inverted Pendulum Control with PID') plt.show() ``` 在这个示例中,我们定义了一个`InvertedPendulum`类,表示一阶倒立摆系统,并使用PID控制器来控制杆角度达到设定的目标值。PID控制器通过比例、积分和微分系数来计算控制值,并根据误差的变化调整这些系数。这个示例中的PID控制器在任意时刻都可以获得当前的杆角度和角速度信息,然后计算出误差,并计算出控制值来向杆施加力以达到目标值。 注意,这个示例只是一个简单的用Python编写的PID控制器在一阶倒立摆上的应用,实际上PID控制器还有很多相关的理论知识和实用技巧需要掌握。如果您有深入学习PID控制器的需求,请参考相关的学术教材和实践材料。
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