基于小車倒立擺的自動控制原理開放性實驗的開發(fā)與研究.pdf

1、小車倒立擺是個復雜的控制系統(tǒng)。牽扯到控制算法與伺服控制相互配合的深層次問題。不經(jīng)過一定開發(fā)，本科學生直接在上面完成實驗，有相當?shù)碾y度。為了將這樣的實驗裝置引入到自動控制原理的開放性實驗中，需構(gòu)建一個合適的平臺，該平臺能使學生的注意力集中于控制算法的探討上，還要具有良好的人機交互功能，同時還要提供切合學生知識基礎(chǔ)和能力的實驗內(nèi)容。 由于倒立擺系統(tǒng)本身對控制系統(tǒng)實時性的苛刻要求，通過WINDOWS操作系統(tǒng)調(diào)用硬件供應(yīng)商提供的基于WI

2、NDOWS操作系統(tǒng)的驅(qū)動程序來實現(xiàn)這一任務(wù)實時性達不到要求，所以選擇基于MATLABRTW實時內(nèi)核的方式來滿足系統(tǒng)對實時性的要求。將Simulink生成的仿真模型下載到目標實時內(nèi)核中運行，驅(qū)動外部硬件設(shè)備，實現(xiàn)對倒立擺的控制。 本文應(yīng)用MATLAB圖形用戶界面的開發(fā)環(huán)境GUIDE設(shè)計開發(fā)出界面友好、功能完善的圖形用戶界面，將離線仿真與實時控制有機結(jié)合起來?？梢允箤W生繞開艱澀的硬件編程和繁瑣的軟件設(shè)計，集中精力于控制器結(jié)構(gòu)的設(shè)計和

3、參數(shù)整定，為學生進行開放性、設(shè)計性實驗提供有力基礎(chǔ)。另外，本文還簡單講述了在SIMULINK集成環(huán)境中實現(xiàn)實時動畫仿真。 本文針對高年級本科生設(shè)計了一系列直線單級倒立擺控制實驗，包括對象數(shù)學模型的建立、經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論幾個部分。實驗將離線數(shù)學仿真和在線實時控制結(jié)合起來。另外，本文還對自動控制原理知識進行了擴展，開發(fā)了易于學生理解和掌握的有關(guān)魯棒性概念的幾個實驗。 最后，論文對本文進行了總結(jié)，闡述了在實驗中解決的