| 【中文题名】 | 倒立摆伺服系统设计与实验研究 |
| 【英文题名】 | Study in Design and Experiment of Inverted Pendulum Servo System |
| 【学科专业】 | 仪器科学与技术 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2005-4-21 |
| 【中关键词】 | 倒立摆,伺服系统,线性二次型调节器,数字信号处理器,, |
| 【英关键词】 | inverted pendulum, servo system, linear quadratic regulator（LQR）, digital signal processor（DSP）, |
| 【分类导航】 | 工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化基础理论>自动控制理论>> |
| 【论文摘要】 | 在控制理论教学中,倒立摆的平衡问题是一个经常被使用的生动有趣的实验。倒立摆仅靠移动固结在小车上的支点的水平位置进行控制,是一个典型的具有不稳定开环极点的实验装置。倒立摆系统不仅具有生动直观的教学特点,在研究方面,倒立摆系统同样具有重要的价值。作为一个复杂、时变、非线性、强耦合、自然不稳定的高阶系统,倒立摆的稳定性控制又是控制理论与应用的典型问题。本课题主要完成倒立摆伺服系统运动控制模块的设计和实现,对倒立摆系统进行建模和仿真,在此基础上完成了对单级倒立摆的稳定平衡控制。
运动控制模块的核心为基于DSP技术的摩信运动控制卡,使得系统的运算速度和精度具有较大提高,进而提高了系统的快速性和实时性。经过实验完成系统运动控制模块的调试。
为无摩擦假设条件下的一级、二级以及三级倒立摆系统建立了线性模型,并分别对其使用线性二次型调节器控制方法进行了仿真。进而分析了摩擦因素对倒立摆线性模型的影响,给出了考虑摩擦影响的倒立摆线性模型的一般形式,讨论了摩擦影响下倒立摆控制算法的修正原则。
使用C语言编写控制程序,实现数据采集、控制率计算、控制输出,以及通信等功能。上位机用户界面设计使用VC进行开发,实现PC机的用户界... |
| 【论文题纲】 |
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第一章 引言 |
8-17 |
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1.1 课题背景综述 |
8-14 |
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1.1.1 倒立摆控制系统 |
8-9 |
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1.1.2 倒立摆控制系统的发展和演变 |
9-12 |
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1.1.3 控制理论的发展及其在倒立摆控制系统中的应用 |
12-14 |
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1.2 课题任务 |
14-17 |
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1.2.1 目的和意义 |
14-15 |
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1.2.2 主要任务 |
15-16 |
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1.2.3 论文主要内容 |
16-17 |
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第二章 系统构成和控制方案的选择与设计 |
17-27 |
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2.1 倒立摆系统原理 |
17 |
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2.2 倒立摆系统的部件选择 |
17-20 |
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2.2.1 电机及其功放驱动 |
17-18 |
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2.2.2 位置传感器 |
18-19 |
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2.2.3 运动控制模块 |
19-20 |
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2.3 控制方案选择与设计 |
20-27 |
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2.3.1 运动控制模块的方案选择 |
20-25 |
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2.3.2 倒立摆系统的控制算法 |
25-27 |
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第三章 倒立摆系统建模、仿真与分析 |
27-59 |
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3.1 单级倒立摆建模与仿真 |
27-32 |
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3.1.1 单级倒立摆的数学模型 |
27-30 |
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3.1.2 单级倒立摆的仿真结果 |
30-32 |
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3.2 二级倒立摆建模与仿真 |
32-41 |
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3.2.1 二级倒立摆的数学模型 |
32-38 |
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3.2.2 二级倒立摆的仿真结果 |
38-41 |
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3.3 三级倒立摆建模与仿真 |
41-52 |
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3.3.1 三级倒立摆的数学模型 |
41-49 |
|
3.3.2 三级倒立摆的仿真结果 |
49-52 |
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3.4 建模与仿真结果的分析 |
52-59 |
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3.4.1 考虑摩擦影响的单级倒立摆数学模型 |
53-55 |
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3.4.2 考虑摩擦影响的单级倒立摆仿真结果 |
55-57 |
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3.4.3 考虑摩擦影响的倒立摆模型的一般形式 |
57-58 |
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3.4.4 考虑摩擦影响的倒立摆控制参数的修正 |
58-59 |
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第四章 系统软件设计与调试 |
59-66 |
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4.1 倒立摆系统的算法设计 |
59-62 |
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4.1.1 一级倒立摆的随动控制方式 |
60-61 |
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4.1.2 一级倒立摆的定位控制方式 |
61 |
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4.1.3 PI调节器的设计 |
61-62 |
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4.2 上位机-下位机控制程序 |
62-64 |
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4.3 教学实验软件平台 |
64-66 |
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第五章 系统调试与实验结果 |
66-75 |
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5.1 系统组成与测试 |
66-71 |
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5.1.1 运动控制模块的D/A输出 |
67 |
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5.1.2 交流伺服电机驱动器的性能测量 |
67-71 |
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5.2 系统调试 |
71-75 |
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5.2.1 调试方法 |
71-72 |
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5.2.2 系统调试结果 |
72-75 |
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第六章 结论及设想 |
75-77 |
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6.1 工作总结 |
75 |
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6.2 工作展望 |
75-77 |
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参考文献 |
77-79 |
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致谢 |
79-80 |
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本人简历 |
80 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.387330 |
