运动控制系统哈尔滨理工大学自动化学院主讲教师:许家忠球杆系统球杆系统一个钢制小球可以在一个水平轨道(横杆)内自由转动,该轨道可以绕已固定端转动,通过调整与水平线的转动角度,可以控制小球在导轨上的左右运动。如果没有闭环控制,显然,这样的一个对象是一个不稳定系统,当导轨绝对水平时,小球可以平衡在导轨的任何一个位置,但是一旦有干扰,小球是无法回到原来的平衡位置的。通过在导轨上安装可以检测小球位置的传感器,再设计一个闭环反馈控制器,就可以控制小球在导轨上的位置,从而构成一个闭环稳定系统,导轨和水平线的转动角度的调整则由电机通过齿轮传动带动一个四连杆机构来实现。系统组成整个系统由球杆运动机构(包含齿轮和四连杆机构)、控制器、传感器和直流电源等部分组成。由于系统的结构相对简单,因此比较容易理解该系统的控制过程。导轨一侧为不锈钢杆,另一侧为直线位移传感器。当球在轨道上滚动时,通过测量不锈钢杆上输出电压可测得球在轨道上的位置。导轨的一端固定,而另一端则由直流伺服电机(DCservomotor)的经过齿轮减速,再通过固定在大齿轮上的连杆带动进行上下往复运动。导轨与水平线的夹角可通过电位计或电机编码器的转动角度和简单的几何计算获得。这样,通过设计一个反馈控制系统调节直流电机的转动,就可以控制小球在轨道上的位置。控制系统球杆系统控制器分为嵌入式数字控制器和模拟控制器两种,嵌入式数字控制器是基于DSP的智能伺服运动控制器,模拟控制器为利用运算扩大器和功率扩大器组建的模拟电路控制器,系统组成框图如下:
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