旋轉(zhuǎn)單支點(diǎn)二級擺控制算法的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、倒立擺系統(tǒng)是典型的非線性、高階次、多變量、強(qiáng)耦合和自然不穩(wěn)定的系統(tǒng)，在控制過程中能有效地反映諸如可鎮(zhèn)定性，魯棒性，隨動性以及跟蹤等許多控制中的關(guān)鍵問題，是檢驗(yàn)各種控制理論的理想模型，也是日常生活中所見到的任何重心在上，支點(diǎn)在下的控制問題的抽象。因此，倒立擺機(jī)理的研究又具有重要的應(yīng)用價值，成為控制理論中經(jīng)久不衰的研究課題。迄今，人們已經(jīng)利用經(jīng)典控制理論方法實(shí)現(xiàn)了簡單級的倒立擺系統(tǒng)的穩(wěn)定控制等問題，并且在不斷地探討采用滑模變結(jié)構(gòu)等現(xiàn)代控制理

2、論方法以及微機(jī)控制技術(shù)來進(jìn)一步提高控制系統(tǒng)性能的研究。 本文針對旋轉(zhuǎn)單支點(diǎn)二級倒立擺，推導(dǎo)出了旋轉(zhuǎn)二級擺的數(shù)學(xué)模型，采用滑模變結(jié)構(gòu)和模糊滑模的方法分別設(shè)計(jì)了旋轉(zhuǎn)倒立擺的零點(diǎn)平衡控制器，并基于DSP設(shè)計(jì)完成了系統(tǒng)的硬件電路和控制方法，且得到了較好的控制效果。主要工作如下： 1．查閱了大量國內(nèi)外關(guān)于倒立擺控制算法的資料，重點(diǎn)分析了變結(jié)構(gòu)控制算法的優(yōu)缺點(diǎn)，并將該控制算法應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)二級擺中，針對變結(jié)構(gòu)控制所存在的抖動性，提出了用

3、模糊變結(jié)構(gòu)控制算法來消除變結(jié)構(gòu)控制所存在的抖動性問題，并通過仿真驗(yàn)證了該算法在保留了變結(jié)構(gòu)控制所具有的快速性等優(yōu)點(diǎn)的同時基本上消除了抖動。 2．分析了旋轉(zhuǎn)倒立擺系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和工作原理，基于該系統(tǒng)所遵循的力矩平衡這一原理，利用Newton-Lagrange方程詳細(xì)推導(dǎo)出了旋轉(zhuǎn)二級擺的數(shù)學(xué)模型，并采取近似線性化方法在系統(tǒng)的平衡點(diǎn)附近作了線性化處理，根據(jù)秩判據(jù)驗(yàn)證了系統(tǒng)的能控性。 3．以TMS320LF2407A DSP芯片

4、和CPID器件為核心設(shè)計(jì)了運(yùn)動控制器內(nèi)部電路、伺服系統(tǒng)控制電路以及編碼器脈沖信號處理電路，提高了系統(tǒng)的處理速度，實(shí)現(xiàn)了信號的處理精度和對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的精確控制。 4．選擇了三相永磁同步伺服電動機(jī)作為執(zhí)行元件，并根據(jù)該電動機(jī)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了硬件驅(qū)動環(huán)節(jié)，采用PWM控制方式，提高了旋轉(zhuǎn)倒立擺的控制精度。 5．最后結(jié)合以上推導(dǎo)出的數(shù)學(xué)模型和所設(shè)計(jì)的控制器，做了變結(jié)構(gòu)控制和模糊滑模兩種控制算法的仿真實(shí)驗(yàn)，并做了性能上的對比分析，其結(jié)果