單片機(jī)控制的二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的研究.pdf

1、作為一個(gè)自然不穩(wěn)定系統(tǒng)，倒立擺一直被用作實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的控制設(shè)備。通過對(duì)它的研究不僅可以解決控制中的理論問題，還能將控制理論涉及的三個(gè)主要基礎(chǔ)學(xué)科：力學(xué)、數(shù)學(xué)和電學(xué)(包含計(jì)算機(jī))進(jìn)行有機(jī)的綜合應(yīng)用。此外，在近代機(jī)械控制系統(tǒng)中，如航空航天上直升飛機(jī)、火箭發(fā)射、衛(wèi)星發(fā)射及生活中的做體操、花樣滑冰、單輪騎車等等，都存在類似于倒立擺的穩(wěn)定控制問題。因此實(shí)現(xiàn)倒立擺系統(tǒng)穩(wěn)定控制的研究對(duì)實(shí)際工程和現(xiàn)實(shí)生活有非常重要的意義。 本文首先對(duì)倒立擺

2、的背景和研究現(xiàn)狀作了總體介紹，簡要的闡述了常見的控制算法。利用牛頓第二定律及相關(guān)的動(dòng)力學(xué)原理建立二級(jí)倒立擺的數(shù)學(xué)模型，對(duì)小車和擺分別進(jìn)行受力分析，并采用等效小車的概念進(jìn)行線性化處理，并運(yùn)用線性系統(tǒng)理論分析了這個(gè)系統(tǒng)的能控性，提出了應(yīng)用狀態(tài)反饋理論，通過極點(diǎn)配置實(shí)現(xiàn)對(duì)倒立擺的控制。 在此基礎(chǔ)上建立了一個(gè)基于單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)倒立擺的穩(wěn)定控制。這個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)包括反饋通道、控制通道、和單片機(jī)控制三部分。接著介紹了這個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)思路和