毕业设计（论文）-倒立摆控制策略研究

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1、目录目录摘要……………………………………………………………………………………………IAbstract……………………………………………………………………………………….II1绪论………………………………………………………………….....................................11.1倒立摆的系统简介……………………………………………...…………………………11.2倒立摆控制策略研究的意义与发展状况…………….…………………………………..12控制系统的硬件设计……………………………………………

2、………………………….22.1控制系统的结构方案22.2角度传感器的选择与论证22.2.1增量式旋转编码器的功能介绍及其特点……………………………………………....22.2.2绝对式旋转编码器的功能介绍及其特点……………………………………………...22.3电机的选择与论证32.3.1步进电机………………………………………………………………………………...32.3.2360度旋转舵机………………………………………………………………………….32.3.3带速度闭环的直流电机……………………………………………………………

3、…...32.4电机驱动模块的选择与论证32.4.1L298N集成芯片…………………………………………………………………………32.4.2L298N芯片………………………………………………………………………………43理论分析与计算……………………………………………………………………………53.1机械结构设计的分析53.2电机物理模型的分析与计算53.2.1直流电机的机械特性53.2.2直流电机的动态特性分析53.2.3直流电机加速度分析与计算63.3摆杆运动状态的分析及控制思路63.3.1摆杆振动63.3.2摆杆做圆周运

4、动63.3.3摆杆达到倒立平衡状态73.4摆杆控制量的分析与计算73.4.1摆杆起振状态分析73.4.2摆杆进入开始调整倒立平衡的角度范围84程序与电路的设计…………………………………………………………………………104.1电路的设计104.1.1系统总体框图104.1.2系统的电路原理图104.1.3电机驱动模块的电路设计104.2程序的设计114.2.1程序功能描述与设计思路111目录4.2.2程序流程图115测试方案与测试结果分析…………………………………………………………………131目录5.1测试方案135.2测

5、试条件与仪器135.3测试结果及分析135.3.1测试结果(数据)135.3.2测试分析与结论14结论…………………………………………………………………………………………...15参考文献……………………………………………………………………………………...16致谢…………………………………………………………………………………………...17附录1：系统电路原理图……………………………………………………………………18目录15目录151绪论1绪论倒立摆系统是理想的自动控制教学实验设备，使用它能全方位的满足自动控制教学的要

6、求。许多抽象的控制概念如系统稳定性、可控性、系统收敛速度和系统干扰能力等，都可以通过倒立摆直观的表现出来。1.1倒立摆的系统简介倒立摆系统具有模块性好和品种多样化的优点。其基本模块即可是一维直线运动平台或旋转运动平台，也可以是二维运动平台。通过增加角度传感器和一节倒立摆杆，可构成直线单节倒立摆、旋转单节倒立摆或二维单节倒立摆；通过增加两节倒立摆杆和相应的传感器，则可构成两节直线倒立摆和两节旋转倒立摆。倒立摆的控制方法和杂技运动员倒立平衡表演技巧有相同之处，极富趣味性，学习自动控制课程的学生通过使用它来验证所学的控制理论和

7、算法，加深对所学课程的理解。由于倒立摆系统机械结构简单、容易设计和制造，成本廉价，因此在欧美发达国家的高等院校，它已成为常见的控制教学设备。1.2倒立摆控制策略研究的意义与发展状况由于倒立摆系统的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合特性，许多现代控制理论的研究人员一直将他视为研究对象，并不断从中发掘出新的控制理论和控制方法。因此倒立摆系统也是进行控制理论研究的理想平台。直线运动行倒立摆外形美观、紧凑、可靠性好。除了为每个子系列提供模块化的实现方案外，其控制系统的软件平台采用开放式结构，是学生建立不同的模型，验证不同的控

8、制算法，提供不同的层次的学生进行试验和研究。由于采用了运动控制器和伺服电机进行实时运动控制，以及齿型带传动，固高公司的倒立摆系统还是一个典型的机电一体化教学实验平台，可以用来进行各种电机拖动、定位和速度跟踪控制实验，让学生理解和掌握机电一体化产品的部件特征和系统集成方法。152控制系统的硬件设计152控制系统的硬件设