1、倒立擺是一個(gè)絕對(duì)不穩(wěn)定系統(tǒng),具有高階次、非線性、強(qiáng)耦合等特性。一直被用作實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的控制設(shè)備。倒立擺系統(tǒng)不僅具有生動(dòng)直觀的教學(xué)特點(diǎn),在研究方面,同樣具有重要的價(jià)值,如火箭發(fā)射、機(jī)器人等等,都存在類似于倒立擺的控制問題。
　　 論文論述了倒立擺系統(tǒng)研究的背景、意義和國(guó)內(nèi)外研究倒立擺系統(tǒng)的現(xiàn)狀、水平及發(fā)展趨勢(shì)。設(shè)計(jì)了倒立擺系統(tǒng)機(jī)械本體,選擇GT-400-SV運(yùn)動(dòng)控制器作為運(yùn)動(dòng)控制模塊,完成整個(gè)系統(tǒng)硬件的連線與調(diào)試。
　　

2、 利用振動(dòng)和力學(xué)原理對(duì)倒立擺系統(tǒng)的相關(guān)重要參數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)定,如摩擦系數(shù),擺桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等。用牛頓力學(xué)方法建立了單級(jí)倒立擺數(shù)學(xué)模型,然后用Lagrange方程建立了二級(jí)倒立擺數(shù)學(xué)模型。對(duì)其進(jìn)行局部線性化,并由此推導(dǎo)出了系統(tǒng)的狀態(tài)方程。做出了可控性和可觀測(cè)性判斷。
　　 作為離散控制系統(tǒng),倒立擺控制器的設(shè)計(jì)方法分為模擬化設(shè)計(jì)和離散化設(shè)計(jì)。模擬化設(shè)計(jì)中,采用連續(xù)二次型最優(yōu)控制理論設(shè)計(jì)倒立擺控制器,為了提高系統(tǒng)控制精度設(shè)計(jì)了狀態(tài)觀測(cè)器

3、來估計(jì)擺桿角速度變量,然后對(duì)設(shè)計(jì)的控制器離散化。離散化設(shè)計(jì)法是直接在離散域中進(jìn)行設(shè)計(jì),采用離散二次型最優(yōu)控制理論設(shè)計(jì)倒立擺控制器,設(shè)計(jì)狀態(tài)觀測(cè)器估計(jì)車體速度和擺桿角速度變量。經(jīng)過系統(tǒng)仿真后,可以達(dá)到較好的控制效果。
　　 采用PV控制方法設(shè)計(jì)倒立擺的起擺控制器,此控制方法具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)現(xiàn)起擺的同時(shí),可限制車體位移在規(guī)定的范圍內(nèi),且車體速度不會(huì)太大,從而平穩(wěn)的實(shí)現(xiàn)兩種控制方法的切換。
　　 程序控制界面