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《大连理工大学》 2006年
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倒立摆实验系统的设计与研究

刘海龙  
【摘要】:倒立摆是一种复杂、时变、非线性、强耦合、自然不稳定的高阶系统,许多抽象的控制理论概念都可以通过倒立摆实验直观的表现出来,是控制理论方面课程的新型教学实验设备,也是进行控制理论研究的很好的实验平台。论文对倒立摆系统进行了建模和仿真,完成了一级倒立摆系统机械部分、运动控制模块及教学实验软件的设计,实现了这三部分的联合调试,并在此基础上实现了倒立摆的自起和倒立平衡控制。 用Solidworks完成了倒立摆机械结构的三维实体建模,并对系统进行了干涉检查、虚拟装配、工程图生成。将生成的机械模型导入虚拟样机软件ADAMS中,结合控制软件Matlab/Simulink完成了倒立摆系统虚拟样机的联合仿真,验证了系统的可行性。 对构成倒立摆运动控制系统的电机、编码器和运动控制模块等主要部件进行了比较选择。确定了以交流伺服电机、增量式光电编码器和基于DSP技术的运动控制器为主要硬件组合。所选的运动控制器具有良好的性能,从而提高了系统的控制精度。 设计了教学实验系统总体的程序流程框图,软件系统使用C语言编写。其中倒立摆自起采用能量控制算法实现;倒立平衡控制部分应用线性最优控制算法和PID算法实现。用该软件可以实现数据采集、控制率计算、控制输出、数据显示、曲线显示、动画显示等功能。 对机械部分、控制硬件部分和教学实验软件部分进行了联合调试,并对能量控制算法和线性最优控制算法在该系统进行了验证,实现了一级倒立摆系统自起和倒立平衡控制。摆杆角度稳态误差≤1.7°,达到了较好的水平。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TH122

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