自摆起旋转倒立摆系统设计与研究

admin · 发表于 2023-10-5 15:48:29

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旋转倒立摆是控制理论中典型的实验对象，具有严重非线性和自然不稳定性等特征，其自摆起过程更是包含了严重的非线性，控制难度较大。本文以两节旋转倒立摆为对象，设计控制系统的硬件平台，并研究其上摆位和下摆位的稳定控制和摆起-稳定控制，进行仿真实验，最终实现单片机控制倒立摆的自摆起和稳定。在研究摆起和稳定控制算法之前，首先设计倒立摆控制系统的硬件平台，包括：AVR单片机Atmega128，以CPLD芯片为主要器件的编码器检测电路和以HIP4080为主要器件的电机驱动电路；然后，运用牛顿力学法对两节旋转倒立摆分别在上摆位和下摆位进行数学建模，包括在上摆位和下摆位稳定位置附近的线性化模型，以及上摆位和下摆位任意位置的力学模型；运用LQR方法设计上摆位和下摆位稳定位置的稳定控制器，并在线性化模型和力学模型上仿真验证控制器性能的优劣；在此基础上，运用基于规则分析的控制策略设计两个位置的自摆起控制器，并在牛顿力学模型上仿真验证，为实物控制提供参考；在实现和摆起和稳定仿真控制之后，根据控制器算法编制C语言代码，在单片机上运行，实现了倒立摆上摆位和下摆位的稳定和摆起-稳定的实物控制。

自摆起旋转倒立摆系统设计与研究

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