一種基于陀螺進動效應(yīng)的倒立擺系統(tǒng)研制.pdf

1、倒立擺系統(tǒng)是根據(jù)實際研究需要提出的一種模型化的系統(tǒng)，研究者根據(jù)對倒立擺的起擺與平衡控制研究成果應(yīng)用在其它自然不穩(wěn)定系統(tǒng)領(lǐng)域的控制研究。本課題考察了幾種獨輪車比較常見的側(cè)平衡控制裝置，針對基于質(zhì)量塊的側(cè)平衡控制低效并會為系統(tǒng)帶來波動、基于水平轉(zhuǎn)子的側(cè)平衡裝置不能靈活穩(wěn)定地實現(xiàn)系統(tǒng)側(cè)平衡、垂直轉(zhuǎn)子的平衡裝置對電機驅(qū)動性能的高要求，并借鑒基于陀螺儀的獨輪車平衡機構(gòu)，提出了一種基于陀螺進動效應(yīng)的穩(wěn)定裝置，在此基礎(chǔ)上設(shè)計了一種基于陀螺進動效應(yīng)的倒

2、立擺系統(tǒng)，并進行穩(wěn)定平衡能力的研究。
　　本文的研制的基于陀螺進動效應(yīng)的倒立擺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上主要有陀螺外支架、陀螺內(nèi)支架、陀螺轉(zhuǎn)子以及底輪四部分組成。陀螺轉(zhuǎn)子由盤式無刷電機驅(qū)動，陀螺內(nèi)支架與陀螺轉(zhuǎn)子組成陀螺體，由直流電機驅(qū)動，為陀螺轉(zhuǎn)子提供進動角速度。控制系統(tǒng)的核心部分為基于 STM32F103C8T6單片機的控制器，它直接控制電機驅(qū)動器、MPU6050傳感器信息的采集以及數(shù)據(jù)通訊模塊等。
　　文中提出了一種能實現(xiàn)倒立擺穩(wěn)定平衡

3、的PID控制方法，它基于系統(tǒng)的動力學模型設(shè)計，并利用Lyapunov函數(shù)對系統(tǒng)進行了穩(wěn)定性分析，驗證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可收斂性。利用 Adams與Matlab對基于陀螺進動效應(yīng)的倒立擺系統(tǒng)進行了三種方法的PID控制仿真，分別是基于系統(tǒng)傳遞函數(shù)的Simulation仿真、基于matlab編程的仿真以及Adams與matlab的聯(lián)合仿真。
　　通過仿真實驗初步驗證了PID算法的可行性以及倒立擺系統(tǒng)的可實現(xiàn)穩(wěn)定平衡，并獲得了能實際實驗中P