【正文】 自動(dòng)化 1101 第 4 頁(yè) 共 22 頁(yè) 下面我們對(duì)這個(gè)系統(tǒng)作一下受力分析。 直線一級(jí)倒立擺 根據(jù)自控原理實(shí)驗(yàn)書(shū)上相關(guān)資料，直線一級(jí)倒立擺在建模時(shí) ,一般忽略掉系統(tǒng)中的一些次要因素 .例如空氣阻力、伺服電機(jī)的靜摩擦力、系統(tǒng)連接處的松弛程度等，之后可將直線一級(jí)倒立擺系統(tǒng)抽象成 小車(chē) 和 勻質(zhì)桿 組成的 系統(tǒng) 。 研究倒立擺穩(wěn)定性的意義 倒立擺的研究具有重要 的工程背景。光電碼盤(pán) 1 將小車(chē)的位移、速度信號(hào)反饋給伺服驅(qū)動(dòng)器和運(yùn)動(dòng)控制卡，擺桿的角度、角速度信號(hào)由光電碼盤(pán) 2 反饋給運(yùn)動(dòng)控制卡。常見(jiàn)的倒立擺一般由 小車(chē)和擺桿 兩部分組成，其中擺桿可能是一 級(jí)，二級(jí)或多級(jí)，在復(fù)雜的倒立擺系統(tǒng)中，擺桿的長(zhǎng)度和質(zhì)量均可變化。 自動(dòng)化 1101 第 1 頁(yè) 共 22 頁(yè) 目錄 1實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)介 ....................................................................................... 2 ................................................................................. 2 研究倒立擺穩(wěn)定性的意義 ........................................................... 3 .......................................................................... 3 2 倒立擺建模 ................................................................................... 3 直線一階倒立擺數(shù)學(xué)模型的推導(dǎo) ................................................ 3 ........................................................................... 4 建模 .................................................................... 5 建模 .................................................................... 6 ............................................................. 6 實(shí)際系統(tǒng)模型建立 ..................................................................... 8 3系統(tǒng)定性、定量分析 ............................................................................ 9 ...................................................................... 9 .......................................................... 11 ..................................................................... 11 ..................................................................... 12 4 設(shè)計(jì)狀態(tài)觀測(cè)器 ................................................................................. 12 ........................................................................... 12 極點(diǎn)配置的設(shè)計(jì)步驟 ................................................................ 13 Matlab計(jì)算 ............................................................ 14 simulink電路仿真 ................................................... 20 .............................................................. 20 ........................................................... 20 ................................................................. 21 5小結(jié) ................................................................................................... 22 自動(dòng)化 1101 第 2 頁(yè) 共 22 頁(yè) 1實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)介 倒立擺介紹 倒立擺是處于 倒置不穩(wěn)定狀態(tài) ，人為控制使其處于 動(dòng)態(tài)平衡 的一種擺。如雜技演員頂桿的物理機(jī)制可簡(jiǎn)化為一級(jí)倒立擺系統(tǒng)，是一個(gè)復(fù)雜，多變量，存在嚴(yán)重非線性，非自制不穩(wěn)定系統(tǒng)。 系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡、伺服機(jī)構(gòu)、倒立擺本體和光電碼盤(pán)幾大部分組成的閉環(huán)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)從運(yùn)動(dòng)控制卡中讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，確定控制決策（小車(chē)運(yùn)動(dòng)方向、移動(dòng)速度、加速度等），并由運(yùn)動(dòng)控制卡來(lái)實(shí)現(xiàn)該控制決策，產(chǎn)生相小 車(chē)滑 軌皮 帶電 機(jī)擺 桿圖 1： 一級(jí)倒立擺結(jié)構(gòu) 圖 小 車(chē)滑 軌皮 帶電 機(jī)擺 桿圖 2： 一級(jí)倒立擺系統(tǒng)組成框圖 自動(dòng)化 1101 第 3 頁(yè) 共 22 頁(yè) 應(yīng)的控制量，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)皮帶，帶動(dòng)小車(chē)運(yùn)動(dòng)，保持?jǐn)[桿平衡。機(jī)器人行走就類似倒立擺系統(tǒng) 從日常生活中所見(jiàn)到的任何重心在上、也是支點(diǎn)在下的控制問(wèn)題，到空間飛行器和各類伺服云臺(tái)的穩(wěn)定，都和倒立擺系統(tǒng)的穩(wěn)定控制有很大相似性，故對(duì)其穩(wěn)定控制在實(shí)際中有很多用場(chǎng)，如海上鉆井平臺(tái)的穩(wěn)定控制、衛(wèi)星發(fā)射架的穩(wěn)定控制、火箭姿態(tài)控制、飛機(jī) 安全著陸、化工過(guò)程控制等。 倒立擺系統(tǒng)是典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)其機(jī)械部分遵循牛頓的力學(xué)定律其電氣部分遵守電磁學(xué)的基本定理 .無(wú)論哪種類型的倒立擺系統(tǒng) ,都具有 3 個(gè)特性 ,即 :不確定性、耦合性、開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定性 . 直線型倒立擺系統(tǒng) ,是由沿直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的小車(chē)以及一端固定于小車(chē)上的勻質(zhì)長(zhǎng)桿組成的系統(tǒng) .小車(chē)可以通過(guò)傳動(dòng)裝置由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng) .