課程設(shè)計報告——基于雙閉環(huán)pid控制的一階倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計-文庫吧
2025-10-07 09:26 本頁面
【正文】 系統(tǒng)包括計算機、運動控制卡、伺服機構(gòu)、倒立擺本體和光電碼盤幾大部分 ,組成了一個閉環(huán)系統(tǒng) 。光電碼盤1 將小車的位移、速度信號反饋給伺服驅(qū)動器和運動控制卡 ,擺桿的位置、速度信號由光電碼盤 反饋給控制卡。計算機從運動控制卡中讀取實時數(shù)據(jù) ,確定控制決策(小車向哪個方向移動、移動速度、加速度等) ,并由運動控制卡來實現(xiàn)該控制決策 ,產(chǎn)生相應(yīng)的控制量 ,使電機轉(zhuǎn)動 ,通過皮帶帶動小車運動 ,保持擺桿平衡。第二章 系統(tǒng)模型建立 一階倒立擺精確模型 當小車的質(zhì)量m=1kg；倒擺振子的質(zhì)量m=1kg；倒擺長度2l=；g=10m/時得 一階倒立擺簡化模型 若只考慮在其工作點=0附近（）的細微變化，則可近似為 得到簡化的近似模型為 電動機、驅(qū)動器及機械傳動裝置的模型假設(shè)：選用日本松下電工MSMA021型小慣量交流伺服電動機，其有關(guān)參數(shù)如下：驅(qū)動電壓：U=0~100V 額定功率：PN=200W額定轉(zhuǎn)速：n=3000r/min 轉(zhuǎn)動慣量：J=3額定轉(zhuǎn)矩：TN= 最大轉(zhuǎn)矩：TM=電磁時間常數(shù)：Tl= 電機時間常數(shù)：TM= 經(jīng)傳動機構(gòu)變速后輸出的拖動力為：F=0~16N；與其配套的驅(qū)動器為：MSDA021A1A，控制電壓：UDA=0~177。10V。 若忽略電動機的空載轉(zhuǎn)矩和系統(tǒng)摩擦，就可以認為驅(qū)動器和機械傳動裝置均為純比例環(huán)節(jié)，并假設(shè)這兩個環(huán)節(jié)的增益分別為Kd和Km。 對于交流電機，傳函近似為：由于是小慣性電機，時間常數(shù)TT2都很小，可以近似為一比例環(huán)節(jié)Kv。電動機、驅(qū)動器、機械傳動裝置三個環(huán)節(jié)可以合成一個比例環(huán)節(jié)。 2．2 模型驗證2..采用仿真實驗的方法在MATLAB的simulink圖形仿真環(huán)境下進行模型驗證試驗，其原理圖3，其中，上半部分是精確模型仿真圖，下半部分為簡化模型仿真圖。 圖3 模型驗證原理圖利用SIMULNK壓縮子系統(tǒng)功能驗證原理圖更加簡捷地表示為圖4的形式。圖4 系統(tǒng)封裝后的框圖其中：F:(*u[1]+*sin(u[3])*power(u[2],2)*sin(u[3])*cos(u[3]))/(*power(cos(u[3]),2))F1:(*cos(u[3])u[1]+*sin(u[3])cos(u[3])*power(u[2],2)6*sin(u[3]))/(*power(u[3],2))F2:*u[1]*u[3]F3:40*u[3]*u[1] 實驗設(shè)計假定在倒立擺初始狀態(tài)下（θ=0，x=0），施加微小沖擊力作用，有經(jīng)驗知小車向前移動，擺桿倒下。用仿真實驗驗證正確的數(shù)學模型的必要性。 繪圖子程序% Inverted pendulum% Test of the discrete model in open loop% singnals recuperation %load t=signals(1,:)。f=signals(2,:)。x=signals(3,:)。q=signals(4,:)。xx=signals(5,:)。qq=signals(6,:)。figure(1)hf=line(t,f(:))。xlabel(39。Time39。)ylabel(39。Force in N39。)axis([0 1 0 ])axet=axes(39。Position39。,get
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