一級倒立擺課程設(shè)計

1、<p><b>　　綜合課程設(shè)計</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　簡介··················

2、83;·······························4</p><p>　　一.直線一級倒

3、立擺系統(tǒng)····························5</p><p>　　1.1直線一級倒立擺控制系統(tǒng)裝置·&#

4、183;······················5</p><p>　　1.2系統(tǒng)方塊圖········

5、3;·······························5</p><p>　　1.3直線一級倒

6、立擺機理建模····························7</p><p>　　1.4 Matlab仿真分析·&#

7、183;··································9</p>

8、<p>　　二.串聯(lián)校正裝置的頻域設(shè)計·······················10</p><p>　　2.1超前校正裝置的設(shè)計···&#

9、183;····························10</p><p>　　2.2倒立擺實時控制··&

10、#183;·································13</p><

11、;p>　　2.3校正裝置的設(shè)計·································

12、3;··15</p><p>　　2.4 滯后-超前校正裝置的設(shè)計···························16&

13、lt;/p><p>　　2.5小結(jié)································&

14、#183;·············18</p><p>　　三、PID控制器的設(shè)計·················

15、;················19</p><p>　　3.1 PID控制系統(tǒng)圖··············&#

16、183;·····················19</p><p>　　3.2 PID控制器的控制規(guī)律········&#

17、183;·····················19</p><p>　　3.3參數(shù)掃描得到合適的kp、ki、kd·······

18、83;··············19</p><p>　　3.4 PID控制器的設(shè)計················

19、;··················22</p><p>　　3.5 小結(jié)·············&#

20、183;································23</p><p>　

21、　四、經(jīng)濟性分析···································&#

22、183;··24</p><p>　　4.1 市場分析····························

23、83;·············24</p><p>　　4.2 市場運作·················

24、3;························24</p><p>　　4.3 成本分析·······

25、;···································25</p&

26、gt;<p>　　五、參考文獻·································

27、·······28</p><p>　　六、體會·························

28、;····················29</p><p><b>　　簡 介</b></p><p>　　倒立擺是進行控制理論研究的典型實驗平臺。由于倒立擺系統(tǒng)的控

29、制策略和雜技運動員頂桿平衡表演的技巧有異曲同工之處，極富趣味性，而且許多抽象的控制理論概念如系統(tǒng)穩(wěn)定性、可控性和系統(tǒng)抗干擾能力等等，都可以通過倒立擺系統(tǒng)實驗直觀的表現(xiàn)出來，因此在歐美發(fā)達國家的高等院校，它已成為必備的控制理論教學(xué)實驗設(shè)備。學(xué)習(xí)自動控制理論的學(xué)生通過倒立擺系統(tǒng)實驗來驗證所學(xué)的控制理論和算法，非常的直觀、簡便，在輕松的實驗中對所學(xué)課程加深了理解。 </p><p>　　倒立擺不僅僅是一種優(yōu)秀的教學(xué)實驗

30、儀器，同時也是進行控制理論研究的理想實驗平臺。由于倒立擺系統(tǒng)本身所具有的高階次、不穩(wěn)定、多變量、非線性和強耦合特性，許多現(xiàn)代控制理論的研究人員一直將它視為典型的研究對象，不斷從中發(fā)掘出新的控制策略和控制方法，相關(guān)的科研成果在航天科技和機器人學(xué)方面獲得了廣闊的應(yīng)用。二十世紀(jì)九十年代以來，更加復(fù)雜多種形式的倒立擺系統(tǒng)成為控制理論研究領(lǐng)域的熱點，每年在專業(yè)雜志上都會有大量的優(yōu)秀論文出現(xiàn)。 </p><p>　　固高科技

31、有限公司（以下簡稱固高科技）為高等院校的自動控制教學(xué)提供了整套基于擺系統(tǒng)的實驗解決方案。包括各種擺的開發(fā)生產(chǎn)、實驗內(nèi)容的安排和配置，以及對應(yīng)的自動控制理論教學(xué)內(nèi)容和相關(guān)經(jīng)典教材的推薦。固高科技開發(fā)生產(chǎn)的倒立擺系列包括直線運動型和圓周運動型兩個系列，主要特點包括： </p><p>　　開放性：采用四軸運動控制板卡，機械部分和系統(tǒng)硬件部分非常容易擴展，可以根據(jù)用戶需要進行配置。系統(tǒng)軟件接口充分開放，用戶不僅可以使用

32、配套的實驗軟件，而且可以根據(jù)自己的實際需要擴展軟件的功能。 </p><p>　　模塊化：系統(tǒng)的機械部分可以選用直線或者旋轉(zhuǎn)平臺，根據(jù)實際需要配置成成一級、二級或者三級倒立擺。而三級擺可以方便地改裝成兩級擺，兩級擺可以改裝成一級擺。系統(tǒng)實驗軟件同樣是基于模塊化的思想設(shè)計，用戶可以根據(jù)需要增加或者修改相應(yīng)的功能模塊。 </p><p>　　簡易安全：擺系統(tǒng)包括運動控制板卡、電控箱（旋轉(zhuǎn)平臺系

33、統(tǒng)中和機械本體聯(lián)在一起）、機械本體和微型計算機幾個部分組成，安裝升級方便。同時在機械、運動控制板卡和實驗軟件上都采取了積極措施，保證實驗時人員的安全可靠和儀器安全。 </p><p>　　方便性： 倒立擺系統(tǒng)易于安裝、升級，同時軟件界面操作簡單。 </p><p>　　先進性：采用工業(yè)級四軸運動控制板卡作為核心控制系統(tǒng)，先進的交流伺服電機作為驅(qū)動，檢測元件使用光電碼盤而不使用電位計。系統(tǒng)設(shè)

34、計符合當(dāng)今先進的運動控制發(fā)展方向。 </p><p>　　一、直線一級倒立擺控制系統(tǒng)</p><p>　　1.1直線一級倒立擺控制系統(tǒng)裝置</p><p>　　該裝置由計算機、電控箱、一級倒立擺系統(tǒng)等部件組成，控制一級擺倒立。</p><p>　　1.2級倒立擺系統(tǒng)的硬件組成以及工作原理</p><p>　　倒立擺系統(tǒng)

35、包含倒立擺本體、電控箱及出計算機和運動控制卡組成的控制平臺三大部分，組成了一個閉環(huán)系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)件圖如圖2.1所示：</p><p>　　圖2.1 一級倒立擺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖</p><p>　　其中電控箱內(nèi)主要有以下部件：(1)交流伺服驅(qū)動器；(2)I／O接口板；(3)開關(guān)電源?？刂破脚_主要部分組成：(1)與IBM PC／AI機兼容的PC機，帶PCI／SCI總線插槽；(2)GT400一SV—

36、PCI運動控制卡；(3)GT400．SV—PCI運動控制卡用戶接口軟件。電機通過同步帶驅(qū)動小車在滑桿上來回運動，以保持?jǐn)[桿平衡。</p><p>　　直線一級倒立擺系統(tǒng)的工作原理如圖所示：</p><p>　　倒立擺系統(tǒng)工作原理框圖</p><p>　　電機編碼器和角碼器向運動控制卡反饋小車和擺桿位置，小車的位移可以根據(jù)光Ffl碼盤l的反饋通過換算獲得，速度信號可以

37、通過對位移的差分得到，并同時反饋給伺服驅(qū)動器和運動控制卡；擺桿的角度由光電碼盤2測量得到，而角速度信號可以通過對角度的差分得到，并同時反饋給控制卡和伺服驅(qū)動器。計算機從運動控制卡中讀取實時數(shù)據(jù)，確定控制決策(小車向哪個方向移動，移動速度，加速度等)，并由運動控制卡來實現(xiàn)控制決策，產(chǎn)生相應(yīng)的控制量，使電機轉(zhuǎn)動，帶動小車運動，保持?jǐn)[桿平衡。</p><p>　　下面來介紹一級倒立擺系統(tǒng)的一些硬件組成：</p&

38、gt;<p><b>　　伺服電機</b></p><p>　　伺服電機又稱為執(zhí)行電動機，在自動控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件，它將輸入的電壓信號變換成轉(zhuǎn)軸的角位移或者角速度輸出。輸入的電壓信號又稱為控制信號或者控制電壓。改變控制電壓可以變更伺服電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。</p><p>　　(2) 編碼器</p><p>　　編碼器作為檢

39、測轉(zhuǎn)速、線速度、角速度、線位移、角位移的一種傳感器，是利用碼盤將這些信號轉(zhuǎn)換成亮、暗光信號，再用各種光電器件的光電效應(yīng)將信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出?？梢哉f是一種最簡單的數(shù)字式傳感器，精度高且可靠，應(yīng)用非常廣泛。</p><p>　　編碼器有兩種形式:增量式編碼器和絕對編碼器。</p><p>　　(3) 限位開關(guān)</p><p>　　限位開關(guān)又稱行程開關(guān),可以安裝在相

40、對靜止的物體(如固定架、門框等，簡稱靜物)上或者運動的物體（如行車、門等，簡稱動物）上。當(dāng)動物接近靜物時，開關(guān)的連桿驅(qū)動開關(guān)的接點引起閉合的接點分?jǐn)嗷蛘邤嚅_的接點閉合。由開關(guān)接點開、合狀態(tài)的改變?nèi)タ刂齐娐泛蜋C構(gòu)的動作。</p><p>　　限位開關(guān)也可分為旋轉(zhuǎn)限位開關(guān)及直行限位開關(guān)。 </p><p><b>　　(4)運動控制器</b></p><

41、;p>　　1.3直線一級倒立擺機理建模 </p><p>　　在忽略了空氣阻力，各種摩擦之后，可將直線一級倒立擺系統(tǒng)抽象成小車和勻質(zhì)桿組成的系統(tǒng)，如下圖1.3所示。</p><p>　　我們不妨做以下假設(shè)： M 小車質(zhì)量 </p><p><b>　　m 擺桿質(zhì)量 </b></p><p><b>　　b

42、 小車摩擦系數(shù) </b></p><p>　　I 擺桿轉(zhuǎn)動軸心到桿質(zhì)心的長度 </p><p><b>　　I 擺桿慣量 </b></p><p>　　F 加在小車上的力 </p><p><b>　　x 小車位置 </b></p><p>　　φ 擺桿與垂直向上

43、方向的夾角 </p><p>　　θ 擺桿與垂直向下方向的夾角（考慮到擺桿初始位置為豎直向下）</p><p>　　因為我們的輸入量是小車的加速度，輸出量是小車的角度，所以在這里我們僅對小車的加速度和位移進行物理分析。</p><p>　　對擺桿垂直方向的合力進行分析，得到下面的方程：</p><p><b>　?。?-1）<

44、/b></p><p>　　力矩平衡方程如下： (1-2)</p><p>　　因為θ=π+φ，cosφ= -cosθ，sinφ= -sinθ，故等式前面有負(fù)號。</p><p>　　將這個兩個方程進行化簡合并，可以得到方程：</p><p><b>　　(1-3)</b></p>&

45、lt;p>　　設(shè)（是擺桿與垂直向上方向之間的夾角），假設(shè)與1（單位是弧度）相比很小，即«1，則可以進行近似處理：cosφ=1 ，線性化后兩個運動方程如下:</p><p><b>　　(1-4)</b></p><p>　　對方程組進行拉普拉斯變換，得到 :</p><p><b>　　(1-5)</b>

46、</p><p>　　所以擺桿角度和小車位移的傳遞函數(shù)為：</p><p><b>　　(1-6)</b></p><p>　　由上式化簡可得出擺桿角度和小車加速度的傳遞函數(shù)為：</p><p><b>　　(1-7)</b></p><p>　　實際系統(tǒng)的模型參數(shù)如下: M

47、 小車質(zhì)量 1.096 Kg ，m 擺桿質(zhì)量 0.109 Kg ，b 小車摩擦系數(shù) 0 .1N/m/sec ，l 擺桿轉(zhuǎn)動軸心到桿質(zhì)心的長度 0.2 5m ，I 擺桿慣量 0.0034 kg*m*m ，T 采樣頻率 0.005秒 。</p><p>　　將模型參數(shù)代入公式(1-7)可得：</p><p>　　1.4 Matlab仿真分析</p><p><b&

48、gt;　　Kp=150</b></p><p><b>　　程序：</b></p><p>　　num=[150*0.02725];</p><p>　　den=[0.0102125,0,-0.26705]; </p><p>　　bode (num,den)</p><p>　　ax

49、is('square');</p><p><b>　　grid on</b></p><p>　　title(' Bode圖')</p><p>　　xlabel('Re');ylabel ('Im')</p><p>　　二、串聯(lián)校正裝置的頻域設(shè)計&l

50、t;/p><p>　　2.1超前校正裝置的設(shè)計</p><p><b>　　校正目標(biāo)如下：</b></p><p>　　1.設(shè)Kp≥0，相位裕量 400</p><p><b>　　令K=150</b></p><p>　　2.由伯德圖可知，原系統(tǒng)的 = 0°

51、，ωc =19.4s</p><p>　　=Δθ+ε=40°-0°+5°(ε取5°) </p><p>　　令 = ，按下式確定α，即 </p><p>　　為了充分利用超前網(wǎng)絡(luò)的相位超前特性，應(yīng)使校正后系統(tǒng)的截止頻率c正好在ωm處，即?。害豤=ωm。 </p><p>

52、;　　分析可知，ωm位于1/αT與1/T的幾何中點，求得：</p><p>　　而在ωm在點上G0(jω)的幅值應(yīng)為：</p><p>　　-10lg α= -7.65dB</p><p>　　3.從 原系統(tǒng)的伯德圖上，可求得</p><p>　　ωm=30.6rad/s</p><p><b>　　所以&l

53、t;/b></p><p>　　4.為了補償超前網(wǎng)絡(luò)造成的衰減，引入 倍的放大器 。得到超前校正裝置的傳遞函數(shù)</p><p>　　所以，校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)：</p><p><b>　　5.bode圖</b></p><p>　　num=[0.321686 4.0875];</p&g

54、t;<p>　　den=[0.00013787 0.0102125 -0.0036052 -0.26705]; </p><p>　　bode (num,den)</p><p>　　axis('square');</p><p><b>　　grid on</b></p><p>　　t

55、itle(' Bode圖')</p><p>　　xlabel('Re');ylabel ('Im')</p><p><b>　　計算機仿真：</b></p><p>　　num0=0.02725;</p><p>　　num1=[12 150];</p>

56、<p>　　num=conv(num0,num1); </p><p>　　den0=[0.0102125 0 -0.26705];</p><p>　　den1=[0.0135 1];</p><p>　　den=conv(den0,den1);</p><p>　　ga=tf(num,den);</p&

57、gt;<p>　　gb=feedback(ga,1,-1);</p><p>　　figure(1);</p><p>　　step(gb);grid;</p><p>　　figure(2);</p><p>　　margin(ga);grid;</p><p>　　超前校正后系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)<

58、/p><p>　　超前校正后系統(tǒng)的Bode圖</p><p>　　=400 ，h=+dB，ωc 從19.41rad/s ,30.6rad/s曲線可得系統(tǒng)已穩(wěn)定。原系統(tǒng)的動態(tài)性能得到改善，滿足目標(biāo)設(shè)計要求。</p><p>　　超前網(wǎng)絡(luò)是利用網(wǎng)絡(luò)的相角超前特性，只要正確地將超前網(wǎng)絡(luò)的交接頻率1/ɑT和1/T選在待校正系統(tǒng)截止頻率的兩旁，并適當(dāng)選擇ɑ和T，就可以使已校正系

59、統(tǒng)的截止頻率和相角裕度滿足性能指標(biāo)的要求，從而改善閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)性能。超前校正能使瞬態(tài)響應(yīng)得到顯著改善，穩(wěn)態(tài)精確度的改變則很小，它可以增強高頻噪聲效應(yīng)。</p><p>　　2.2倒立擺實時控制</p><p>　　直線一級倒立擺的頻率響應(yīng)控制</p><p><b>　　結(jié)果圖</b></p><p>　　Simuli

60、nk仿真圖</p><p>　　2.3校正裝置的設(shè)計</p><p><b>　　Gc（s）= </b></p><p>　　滯后網(wǎng)絡(luò)是利用滯后網(wǎng)絡(luò)的高頻幅值</p><p>　　衰減特性，使已校正系統(tǒng)截止頻率下降，</p><p>　　從而使系統(tǒng)獲得足夠的相角裕度。而由待校</p>

61、<p>　　統(tǒng)的相頻特性曲線可以看出，原系統(tǒng)相位</p><p>　　裕度為00 ，滯后補償無法對原系統(tǒng)提升</p><p>　　相位，補償后的相位裕度小于等于0°，</p><p>　　無法達到設(shè)計要求，所以該系統(tǒng)無法使用</p><p>　　滯后補償。滯后校正使穩(wěn)態(tài)精確度得到顯</p><p>

62、;　　著提高，但瞬間響應(yīng)的時間卻隨之而增加。</p><p>　　滯后校正能抑制高頻噪聲信號的影響。</p><p>　　2.4滯后—超前校正裝置的設(shè)計</p><p><b>　　1.令k=100</b></p><p>　　=46°，ωc=18rad/s，因為要有8°的余量 ，可得 =

63、54° </p><p>　　=arcsin[（a-1）/（a+1）]，即54=arcsin[（a-1）/（a+1）],解得a=7.16。</p><p>　　2.1/Ta=0.1ωc ,得Ta=0.49</p><p>　　又-20lga+L’(ωc ’’)+

64、20lgTbωc ’’=0,解得Tb=0.5989，</p><p>　　3.-滯后校正器的傳遞函數(shù)為</p><p>　　4.Matlab仿真分析：</p><p>　　num0=0.02725;</p><p>　　num1=[30 108.89 100];</p><p>　　num=conv(num0,num1

65、); </p><p>　　den0=[0.0102125 0 -0.26705];</p><p>　　den1=[0.3224 4.11 1];</p><p>　　den=conv(den0,den1);</p><p>　　ga=tf(num,den);</p><p>　　gb=feedb

66、ack(ga,1,-1);</p><p>　　figure(1);</p><p>　　step(gb);grid; </p><p>　　figure(2); </p><p>　　margin(ga);gr

67、id;</p><p><b>　　Matlab仿真圖</b></p><p><b>　　2.5.小結(jié)</b></p><p>　　由于原系統(tǒng)的相位裕度是0°，滯后補償無法對原系統(tǒng)提升相位。所以滯后不能滿足要求。而超前，超前-滯后兩種方法均能滿足要求。比較這兩周方法，會發(fā)現(xiàn)雖然超前-滯后的穩(wěn)定性沒有超前好，但是

68、他的響應(yīng)速度變快了，而且控制精度也比超前要好，這兩種方法各有個優(yōu)點，綜合考慮超前-滯后更好一些。</p><p>　　1.超前校正是利用相位超前的特性，獲得所需要的結(jié)果；滯后校正是利用其高頻衰減特性，獲得所要的結(jié)果。而滯后—超前是兼有兩者的特性，從而達到要求的。</p><p>　　2.超前校正一般用來改善穩(wěn)定裕度。它有可能提供更高的增益交接頻率。比較高的增益交接頻率意味著比較大的帶寬，大

69、的帶寬意味著調(diào)整時間的減少。因此，如果需要大的帶寬，或者說具有快速的響應(yīng)特性，應(yīng)當(dāng)采用超前校正。但它需要一個附加的增益增量，以補償超前網(wǎng)絡(luò)本身的衰減。</p><p>　　3.需要獲得快速響應(yīng)特性，又需要獲得良好的穩(wěn)態(tài)精度，則可以采用滯后—超前校正裝置。通過應(yīng)用滯后—超前校正裝置，低頻增益增大，改善了穩(wěn)態(tài)精度，也增大了系統(tǒng)的帶寬和穩(wěn)定裕度。</p><p>　　三.PID控制器的設(shè)計<

70、;/p><p>　　3.1PID控制系統(tǒng)圖：</p><p>　　3.2PID控制器的控制規(guī)律：</p><p>　　將偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)通過線性組合構(gòu)成控制量，對被控對象進行控制，故</p><p>　　稱PID控制器。其控制規(guī)律為</p><p>　　或?qū)懗蓚鬟f函數(shù)的形式</p>&

71、lt;p>　　式中：——比例系數(shù)；——積分時間常數(shù)；——微分時間常數(shù)。</p><p>　　3.3程序掃描法得到合適的kp、ki、kd</p><p>　　Matlab程序清單：</p><p>　　t=0:0.01:10;</p><p>　　for kp=70:1:150</p><p>　　for ki=8

72、0:1:120</p><p>　　for kd=5:1:20</p><p>　　numpid=[kd kp ki];</p><p>　　denpid=[1 0];</p><p>　　num=[0.02725];</p><p>　　den=[0.0102125 0 -0.26705];</p>&

73、lt;p>　　numc=conv(num,numpid);</p><p>　　d1=conv(denpid,den);</p><p>　　sys=tf(numc,d1);</p><p>　　sys1=feedback(sys,1,-1);</p><p>　　y=step(sys1,t);</p><p>

74、<b>　　s=501;</b></p><p>　　while y(s)>0.98 & y(s)<1.02;</p><p><b>　　s=s-1;</b></p><p><b>　　end;</b></p><p>　　ts =(s-1)*0.01&

75、lt;/p><p><b>　　if ts <1</b></p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>

76、　　if ts <1</b></p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　if ts <1</b></p

77、><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p><p>　　figure(1);</p><p>　　step(sys1,t);</p><p&g

78、t;<b>　　grid</b></p><p>　　title('PID單位階躍響應(yīng)')</p><p>　　xlabel('時間')</p><p>　　ylabel('幅值')</p><p>　　sol=[kp;ki;kd;ts]</p><p&

79、gt;<b>　　kp</b></p><p><b>　　ki</b></p><p><b>　　kd</b></p><p><b>　　ts</b></p><p><b>　　運行結(jié)果：</b></p><

80、;p><b>　　kp=70,；</b></p><p><b>　　ki=110；</b></p><p>　　kd=8，settling time=0.995</p><p><b>　　計算機仿真：</b></p><p>　　num0=0.02725;</p

81、><p>　　num1=[8 70 110];</p><p>　　num=conv(num0,num1); </p><p>　　den=[0.0102125 0 -0.26705 0];</p><p>　　ga=tf(num,den);</p><p>　　gb=feedback(ga,1,-1)

82、;</p><p>　　figure(1);</p><p>　　step(gb);grid;</p><p>　　figure(2);</p><p>　　margin(ga);grid;</p><p>　　PID參數(shù)掃描階躍響應(yīng)圖</p><p>　　3.4 PID的控制器的設(shè)計：<

83、/p><p>　　一級倒立擺比例控制器控制下小車位移與擺桿角度</p><p>　　Simulink仿真圖</p><p><b>　　3.5小結(jié)</b></p><p>　　通過課后驗證發(fā)現(xiàn)P和PI不能讓擺桿豎立起來，她們無法滿足要求，然而通過驗證PD和PID發(fā)現(xiàn)，兩者都能將擺桿豎立起來，但是比較這兩種方法時會發(fā)現(xiàn)PID控

84、制比PD控制多一個零點，阻尼比就變大了，同時抑制系統(tǒng)的震蕩，系統(tǒng)自然就更穩(wěn)定了，所以，PID控制更好?。ㄒ陨暇褪沁x用PID控制的，P、PI、PD都不行?。?lt;/p><p><b>　　四、經(jīng)濟性分析</b></p><p><b>　　4.1市場分析</b></p><p>　　倒立擺系統(tǒng)有著很強的市場環(huán)境,主要體現(xiàn)在:&

85、lt;/p><p>　　(l)機器人的站立與行走類似于雙倒立擺系統(tǒng),盡管第一臺機器人在美國問世至今已有三十年的歷史,機器人的關(guān)鍵技術(shù))機器人的行走控制至今仍未能很好解決"</p><p>　　(2)在火箭等飛行器的飛行過程中為了保持其正確的姿態(tài)要不斷進行實時控制"</p><p>　　(3)通信衛(wèi)星在預(yù)先計算好的軌道和確定的位置上運行的同時要保持其穩(wěn)

86、定的姿態(tài)使衛(wèi)星天線一直指向地球使它的太陽能電池板一直指向太陽"</p><p>　　(4)偵察衛(wèi)星中攝像機的輕微抖動會對攝像的圖像質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響,為了提高攝像的質(zhì)量必須能自動地保持伺服云臺的穩(wěn)定消除震動"</p><p>　　(5)為防一止單級火箭在拐彎時斷裂而誕生的柔性火箭(多級火箭)其飛行姿態(tài)的控制也可以用多級倒立擺系統(tǒng)進行研究。</p><

87、p>　　由于控制理論的廣泛應(yīng)用,由此系統(tǒng)研究產(chǎn)生的方法和技術(shù)將在半導(dǎo)體及精密儀器加工、機器人控制技術(shù)、人工智能、導(dǎo)彈攔截控制系統(tǒng)、航空對接控制技術(shù)、火箭發(fā)射中的垂直度控制、雙足機器人火箭飛行控制、伺服云臺穩(wěn)定、衛(wèi)星飛行中的姿態(tài)控制和一般工業(yè)應(yīng)用等方面具有廣闊的利用開發(fā)前景“因此對倒立擺控制機理的研究具有重要的理論和實踐意義”。</p><p><b>　　4.2市場運作</b><

88、/p><p>　　目前有關(guān)倒立擺的研究主要集中在亞洲,如中國的北京師范大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、中國科技大學(xué),日本的東京工業(yè)大學(xué)、東京電機大學(xué),東京大學(xué)。韓國的釜山大學(xué)、忠南大學(xué),此外,俄羅斯的圣彼得堡大學(xué)、美國的東佛羅里達大學(xué)、俄羅斯科學(xué)院、波蘭的波茲南技術(shù)大學(xué)、意大利的佛羅倫薩大學(xué)也都對這個領(lǐng)域有持續(xù)的研究。近年來,雖然各種新型倒立擺不斷問世,但是可自主研發(fā)并生產(chǎn)倒立擺裝置的廠家卻并不多。目前,國內(nèi)各高?；旧隙疾?/p>

89、用香港固高公司和加拿大Quanser公司生產(chǎn)的系統(tǒng);其它一些生產(chǎn)廠家還包括(韓國)奧格斯科技發(fā)展有限公司(FT-4820型倒立擺)、保定航空技術(shù)實業(yè)有限公司。 </p><p><b>　　4.3成本分析</b></p><p>　　交流流伺服電機：松下伺服電機A 系列（型號：MSMA022A1C） 價格：4000</p><p>　　松下伺

90、服電機A4系列（型號： MSMD022P1U）價格：3000左右</p><p>　　松下伺服電機A5系列（型號： MSMD022G1U）價格：2500左右</p><p>　　相比較而言，松下A5系列伺服電機更有優(yōu)勢，性價比更高。特點：快速、智能、輕便、放心、便利。</p><p>　　角編碼器（型號：OVW2-02-2MD）價格：520左右</p>

91、<p>　　限位開關(guān)：材料：塑料 型號：EE-SX386M 671A 價格：2元/個</p><p>　　機床護線拖鏈：材料：橡膠 長度80cm 寬3cm 價格25元/條左右</p><p>　　同步帶：材料：橡膠 價格：10元/條 </p><p>　　同步輪：材料：不銹鋼 價格：20元/個</p><p>

92、　　滑 竿：材料：不銹鋼 長75cm 直徑1.5cm 價格：25元/根 需要兩根</p><p>　　擺 桿：材料：鋁合金 長50cm 直徑1cm 價格： 50元/根</p><p>　　底 座：材料：不銹鋼 尺寸：1000x215x40mm 價格：100元</p><p>　　小 車：材料：鋁合金 質(zhì)量：1

93、.096Kg 價格：200元</p><p>　　運動控制器： 價格：6300元左右</p><p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　1.《綜合課程設(shè)計A任務(wù)書》.盛沙、戴波.北京石油化工學(xué)院</p><p>

94、;　　2.《自動控制原理》第五版. 胡壽松. 科學(xué)出版社</p><p>　　3. 金傳偉.基于遺傳算法的PID參數(shù)優(yōu)化與仿真[J].微計算機信息，2002，18(7) ：72-73.</p><p>　　4. 黃忠霖．控制系統(tǒng)MATLAB計算及仿真[M]．北京：國防工業(yè)出版社，2006．</p><p>　　5. GT系列運動控制器用戶手冊: 固高科技（深圳）有限

95、公司</p><p>　　6.倒立擺與自動控制原理實驗: 固高科技（深圳）有限公司</p><p>　　7. 趙世敏. 控制理論專題實驗指示書: 清華大學(xué)自動化系, 2007</p><p>　　8. 薛安克,王俊宏,柴利,等.倒立擺控制仿真與試驗研究現(xiàn)狀[J].杭州電子工業(yè)學(xué)院學(xué)報, 2005, 3(1): 37-41.</p><p>　

96、　9. 羅晶,陳平.一階倒立擺的PID控制[ J].實驗室研究與探索, 2005, 24 (11): 26-28.</p><p>　　10. 叢爽,張冬軍,魏衡華.單級倒立擺三種控制方法的對比研究[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù), 2001, 23(11): 47-49.</p><p>　　11. 王孝莉,張麗婷,楊西俠.單級倒立擺的兩種控制方法的仿真研究[ J].信息技術(shù)與信息化, 200

97、6(4): 137-139.</p><p>　　12.《Matlab原理與工程應(yīng)用》.【美】Edward B.Magrab.電子工業(yè)出版社。</p><p>　　13. 《現(xiàn)代控制工程》第四版.【美】Katsuhiko Ogata. 電子工業(yè)出版社。</p><p>　　14. 《Matlab及其在電路與控制理論中的應(yīng)用》.陳小平、李長杰.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社&

98、lt;/p><p>　　本實驗課程設(shè)計過程中參考了上述文獻資料，同時感謝戴波、盛沙老師等的指導(dǎo)，以及學(xué)校圖書館的珍貴文獻，在這表示非常感謝！</p><p><b>　　體 會</b></p><p>　　為期兩周的一級倒立擺課程設(shè)計已經(jīng)結(jié)束！在這快樂的兩周里，我與我的小組同學(xué)學(xué)到了在課堂上難以學(xué)到的知識，在這里，我們自己動手將理論與實踐相結(jié)合，將

99、課堂上所學(xué)的自動控制原理的知識運用到倒立擺的實際操作當(dāng)中，讓我們對自動控制原理和倒立擺的知識能加靈活運用并且有了更深層的理解。在接下來的兩周就充分的體現(xiàn)出來了，在第一周里，根據(jù)課程設(shè)計要求，我們將第六章關(guān)于線性系統(tǒng)的校正方法自學(xué)了一遍，剛開始不是很明白，但通過對老師以及學(xué)生的詢問，很快的學(xué)會了如何設(shè)計超前-滯后，滯后-超前的傳遞函數(shù)，以及PID控制器的設(shè)計，基本理解了課程設(shè)計的任務(wù)，很快明確了各自的分工，很好的學(xué)會了各自在小組中發(fā)揮的作

100、用。</p><p>　　此次課程的設(shè)計讓我們深刻的明白了光靠理論往往是行不通的，很多東西看起來會，一旦手動操作，就完全不知道怎么操作了，這使我們深深明白了只有將理論與實踐相結(jié)合，才能真正的創(chuàng)造出有意義的價值，學(xué)習(xí)是一個循環(huán)漸進的過程，要善于在實踐中發(fā)現(xiàn)問題，從理論中得出結(jié)果，這樣的學(xué)習(xí)才能變得更有意義，實踐還能學(xué)到我們在理論中學(xué)不到的知識，拓寬自己的知識面。在這次課程設(shè)計中，我們通過對系統(tǒng)機理建模，得到了系統(tǒng)的

101、傳遞函數(shù)，進而再用matlab進行仿真，在此之前從未接觸過，但是面對圖時，不知道如何利用該圖，這也暴露出我們的不足，但是隨著知識的慢慢積累以及學(xué)會分析并加以利用了。但是一旦接觸新的東西時，我們又不知從何入手了，課程設(shè)計或許就是針對這樣的問題而存在的，只要愿意去學(xué)，敢于去追問，不懂就問老師，查資料！彌補自身純存在的各種不足，不斷地去完善自己！</p><p>　　通過對此次課程的設(shè)計，我們學(xué)會了對一些軟件的運用，尤

102、其學(xué)會對matlab的使用，其實這軟件很早就開始使用，像美國已經(jīng)把matlab當(dāng)成一門必修課，我們國家現(xiàn)在也在慢慢普及，借這次機會可以很好的學(xué)習(xí)對matlab的利用，學(xué)到了許多命令、函數(shù)功能和編譯方法，尤其是SIMULINK在matlab中的運用，在很多領(lǐng)域中有著重要的運用，我們很高興能夠在這次課程中接觸到matlab軟件。</p><p>　　現(xiàn)在，我們基本能夠熟練的運用matlab軟件進行各種仿真了，只是在程

103、序設(shè)計方面有著嚴(yán)重的不足，一些命令，函數(shù)功能，編譯不能完全理解！只能按照一些前輩們的程序進行一些改動，程序設(shè)計方面存在缺陷，但它對自動控制原理的學(xué)習(xí)與實踐以及今后相關(guān)的學(xué)習(xí)奠定了很好的基礎(chǔ)。課程設(shè)計的過程，模式也為我積攢了很多控制系統(tǒng)設(shè)計的經(jīng)驗和能力。此次課程設(shè)計對我們有著重大意義，是其它學(xué)習(xí)過程中無法取代，讓我們學(xué)會許多手動實踐能力！最后，感謝戴波，盛沙老師對我們的大力指導(dǎo)，感謝各位小組成員的大力相助，才能使此次課程設(shè)計完成。<