旋轉(zhuǎn)式倒立擺的控制算法研究及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、作為控制理論中一個(gè)經(jīng)典問題,倒立擺的研究具有很重要的理論和工程意義。本文選取旋轉(zhuǎn)式倒立擺作為研究對(duì)象,在深入研究了其結(jié)構(gòu)原理并借鑒了國(guó)內(nèi)外該領(lǐng)域研究成果的基礎(chǔ)上,通過(guò)拉格朗日法建立了一級(jí)和二級(jí)旋轉(zhuǎn)式倒立擺系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,在平衡點(diǎn)附近局部線性化推導(dǎo)出系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式的通式,分析并驗(yàn)證了系統(tǒng)的自然不穩(wěn)定性和可控可觀性。探討了倒立擺系統(tǒng)的幾種典型控制算法：LQR法、可拓算法以及PID算法,建立和改進(jìn)了Simulink模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了

2、幾種算法的可行性和有效性。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),構(gòu)建了系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分,包括旋臂、擺桿和直流電機(jī)?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)硬件電路及軟件設(shè)計(jì)。硬件部分采用角位移傳感器WDX35D和模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS7822構(gòu)成了采樣及ADC模塊電路。主控芯片采用SST公司的89E516RD2,根據(jù)接收的傳感器信號(hào)計(jì)算控制律,并通過(guò)其PCA模塊產(chǎn)生PWM輸出,以控制電機(jī)及驅(qū)動(dòng)模塊。以直流減速電機(jī)40JB20作為執(zhí)行機(jī)構(gòu),采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片