现代控制理论倒立摆控制系统实验报告.doc

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1、北京航空航天大学现代控制理论实验报告倒立摆控制系统学院名称专业方向学号学生姓名指导教师日期目录1系统设计任务及技术指标…………………......……..…..………..……..…………….12系统的组成和工作原理……………........................…..…………..…………………...22.1系统的组成………………..…………………..……………..…………………..22.2工作原理……………….….............................................…...…………………...23建立数学

2、模型…………………....................................………...……………………....44系统设计与仿真…………..…..................................…………...……………………....74.1系统静态设计..……………..……………………………………………………..74.2系统动态设计..………….…...........................................….……………………...74.3系统仿真......………………..……………………

3、………………………………..84.4分析与结论……......…….…...........................................….……………………...95计算机控制系统设计与实现…………............………………...……………………....105.1模拟控制系统的设计方案....……………………………………………………..105.2计算机控制系统的设计方案（硬件、软件）..............….……………………...105.3实时控制软件框图..………..……………………………………………………..

4、115.4数据采集与模拟量输出...…...........................................….……………………...125.5界面设计与实现..……….…...........................................….……………………...146系统的组装与调试…………………............................………...……………………....156.1倒立摆实现电路..…………..……………………………………………………..156.2系统调试..……………….…..

5、.........................................….……………………...166.3系统性能分析与结论..……..……………………………………………………..187收获和体会…………………………...….........................................…………………...21参考文献…………………………………………………………………………………….21附录………………………………………………………………………………………….221系统设计任务及技术指标1、设计任务现代控制理论实验设计

6、任务为：（1）了解倒立摆系统的组成和工作原理。（2）掌握模拟摆的调节方法。（3）任选一种或多种控制理论设计控制系统（静态设计、动态设计）（4）仿真验证动态系统性能（5）数字控制系统电路设计（6）数字控制器软件设计（7）闭环系统实验和调试（8）编写实验报告2、技术指标设计完成的系统技术指标如下：（1）摆角稳定时间小于3秒（2）有一定的抗干扰能力且在5分钟内保持不倒（3）小车控制在±45厘米内运动2系统的组成和工作原理2.1系统的组成1、实验设备本实验所用到的实验设备如下：（1）金棒-2型倒立摆系统实验平台。（2）PC机一台。（3）HY-123AD/D

7、A接口板。（4）数字万用表一台。其中倒立摆系统的结构分为机械和电器控制系统两部分组成,机械部分的由小车、导轨、皮带轮和摆组成,其结构如图2.1所示:图2.1倒立摆实验平台机械部分组成电器部分由检测路、调零电路、计算机A/D、D/A变换器、功率放大变换器和伺服电机组成。如图2.2所示。图2.2计算机控制倒立摆系统结构框图2.2工作原理在进行模拟控制时，系统的工作原理为由检测电位器测量出摆的偏转角度以及小车位置x，通过调零微分检测电路，得到、经过计算后输出控制信号，通过功率放大器放大后驱动伺服电机。电机旋转拖动小车向着减少的方向移动，从而使倒立摆达到平

8、衡。电路原理如图2.3所示。图2.3模拟控制倒立摆电路原理图在进行计算机控制时，系统的工作原理为，由检测电位器测量出摆的偏