| 【中文题名】 | 基于DSP实现对倒立摆的控制 |
| 【英文题名】 | Control of the Inverted Pendulum Based on DSP |
| 【学科专业】 | 控制理论与控制工程 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2006-10-17 |
| 【中关键词】 | 倒立摆,数字信号处理器,线性二次型调节器,数学建模,, |
| 【英关键词】 | Inverted Pendulum,Digital Signal Processor （DSP）,Linear Quadratic Regulator （LQR）,Mathematic Model, |
| 【分类导航】 | 工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化技术及设备>自动化系统>自动控制、自动控制系统> |
| 【论文摘要】 | 倒立摆控制是一个经典的控制平衡课题。作为一个自然不稳定系统，倒立摆一直被用作实时控制系统实验的控制设备。倒立摆的稳定控制相当困难，通过对它的研究不仅可以解决控制中的理论问题，还能将控制理论涉及的三个主要基础学科：力学、数学和电学(包含计算机)进行有机的综合应用，对控制领域的研究者来说是一个极具挑战性的难题。
本论文首先阐述了对倒立摆系统控制的研究发展过程和现状；随后详细介绍了一级和二级倒立摆系统的动力学建模过程。并且在传统的PID控制的基础上，对一阶倒立摆进行了变比例控制，由它控制的倒立摆系统鲁棒性也很好，并能长时间稳定站立。但考虑到参数确定很复杂，而且参数调节也很难，所以又采用线性二次型调节法，通过调节输入量的权重R和状态量的权重Q，得到最优控制器对应的反馈矩阵K，以实现倒立摆的稳定。
本论文还设计了基于DSP的计算机控制系统。详细介绍了DSP硬件电路设计和外围电路设计，用C和汇编语言编写了系统的控制程序。
此外，建立了Visual Basic与DSP的RS—232通讯，实时记录运动控制曲线和参数变化。并且对电机转速进行了闭环控制，利用程序实现了对电机的伺服调... |
| 【论文题纲】 |
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1 绪论 |
9-13 |
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1.1 倒立摆系统及其研究意义 |
9-10 |
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1.1.1 倒立摆的起源 |
9 |
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1.1.2 倒立摆研究的意义 |
9-10 |
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1.2 倒立摆系统研究状况 |
10-12 |
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1.2.1 倒立摆理论研究的发展过程 |
10-11 |
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1.2.2 倒立摆控制规律小结 |
11-12 |
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1.3 倒立摆系统控制的新趋势 |
12 |
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1.4 本课题的主要工作 |
12-13 |
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2 倒立摆系统的数学模型 |
13-24 |
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2.1 一级倒立摆数学模型的建立 |
13-16 |
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2.1.1 牛顿—欧拉方法建模 |
14-16 |
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2.1.2 一级倒立摆系统的数学模型分析 |
16 |
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2.2 二级倒立摆数学模型的建立 |
16-23 |
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2.2.1 利用牛顿力学分析法建模 |
17-21 |
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2.2.2 利用拉格朗日方法建模 |
21-23 |
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2.3 本章小结 |
23-24 |
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3 起摆和稳摆控制策略的选择和控制器的设计 |
24-40 |
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3.1 倒立摆起摆控制算法的研究 |
24-27 |
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3.1.1 Bang-Bang起摆控制方法 |
24-25 |
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3.1.2 基于能量反馈的起摆方法 |
25-27 |
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3.2 倒立摆稳摆控制策略的研究 |
27-33 |
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3.2.1 变比例PID控制 |
27-29 |
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3.2.2 LQR控制算法 |
29-33 |
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3.3 控制器的设计 |
33-39 |
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3.3.1 电机输出力与电压之间的关系 |
33-35 |
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3.3.2 单位转换 |
35 |
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3.3.3 对电机进行了转速闭环PD反馈控制 |
35-39 |
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3.4 本章小结 |
39-40 |
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4 倒立摆控制系统介绍 |
40-60 |
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4.1 倒立摆系统的总体介绍 |
40-42 |
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4.2 控制系统硬件部分设计 |
42-53 |
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4.2.1 DSP控制芯片介绍 |
42-44 |
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4.2.2 时钟电路 |
44-45 |
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4.2.3 供电电路 |
45 |
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4.2.4 串口电路 |
45-46 |
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4.2.5 DSP程序调试工具 |
46-48 |
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4.2.6 信号采集系统 |
48-49 |
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4.2.7 PWM信号 |
49-51 |
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4.2.8 功率放大单元 |
51-52 |
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4.2.9 小车的限位保护设计 |
52-53 |
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4.3 控制系统软件部分设计 |
53-58 |
|
4.3.1 DSP56800系列的开发工具 |
54-55 |
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4.3.2 Visual Basic与DSP建立RS-232串行通信 |
55-58 |
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4.4 本章小结 |
58-60 |
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5 倒立摆控制结果总结 |
60-69 |
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5.1 一级倒立摆PD稳摆控制实验结果 |
60-61 |
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5.2 分析LQR算法参数变化对倒立摆控制系统的影响 |
61-64 |
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5.3 一级倒立摆起摆和稳摆控制实验结果 |
64-65 |
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5.4 速度闭环控制与非闭环控制的比较 |
65-68 |
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5.5 本章小结 |
68-69 |
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总结 |
69-70 |
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参考文献 |
70-74 |
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附录 |
74-87 |
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致谢 |
87-88 |
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攻读学位期间发表的学术论文目录 |
88-89 |
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独创性声明 |
89 |
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使用授权的说明 |
89 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.379875 |
