倒立擺控制系統(tǒng)的原理及其應(yīng)用介紹

　　通過(guò)對(duì)一階旋轉(zhuǎn)倒立擺系統(tǒng)原理的分析，選用單片機(jī)作為控制器，直流電機(jī)作為執(zhí)行器，電位器式角度傳感器作為反饋環(huán)節(jié)，采用ＰＩＤ控制算法設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一階旋轉(zhuǎn)倒立擺控制系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)在穩(wěn)定的基礎(chǔ)上具有較強(qiáng)的魯棒性，驗(yàn)證了ＰＩＤ控制算法在一階旋轉(zhuǎn)倒立擺系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性和有效性。

　?。毕到y(tǒng)構(gòu)成及工作原理

　　圖１為一階旋轉(zhuǎn)倒立擺結(jié)構(gòu)示意圖。直流電機(jī)作為唯一的動(dòng)力裝置，與旋臂保持剛性連接，帶動(dòng)旋臂在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，旋臂的一端通過(guò)轉(zhuǎn)軸（本系統(tǒng)選用電位器角度傳感器）與擺桿連接，擺桿可做垂直于旋臂的圓周運(yùn)動(dòng)。在自然狀態(tài)下，擺桿為豎直下垂?fàn)顟B(tài)。倒立擺控制的目的是通過(guò)控制直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使擺桿保持倒立狀態(tài)。

　　系統(tǒng)工作原理如下：擺桿擺動(dòng)時(shí)，角度傳感器檢測(cè)擺桿的角度，根據(jù)角度傳感器的輸出特性，其輸出電壓經(jīng)Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電壓數(shù)字量，該數(shù)字量與期望的值進(jìn)行比較產(chǎn)生偏差，通過(guò)單片機(jī)對(duì)該偏差進(jìn)行處理，即ＰＩＤ控制運(yùn)算，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果產(chǎn)生控制信號(hào)控制電機(jī)和旋臂的轉(zhuǎn)動(dòng)，使擺桿的角度與期望的角度更接近。