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机械网-倒立摆机电控制系统结构设计(含CAD零件装配图,SolidWorks三维图)--机械机电

发布时间:2021-10-20 19:37:41 阅读: 来源:玻璃钢冷却塔厂家

倒立摆电机控制系统结构设计(含CAD零件装配图,SolidWorks3维图)(论文说明书12000字,CAD图纸12张,SolidWorks3维图)

摘要

随着现代科学技术的快速发展,控制工程所面临的问题愈来愈复杂。许多系统具有严重非线性、模型不肯定、大滞后等特点。倒立摆就是这样的复杂系统,对它的研究具有1般性。倒立摆源于火箭发射器,最初的研究开始于210世纪50年代,由美国麻省理工学院的控制理论专家根据火箭发射助推器原理设计出1级倒立摆实验装备。倒立摆的控制技能同杂技运动员倒立平衡表演有异曲同工的地方,这表明1个不稳定的被控对象,通过人的直觉、采取定性的手段,可使之具有良好的稳定性。在控制理论的发展进程中,某1理论的正确性及其在实际利用中的可行性需要1个按其理论设计的控制器去控制1个典型对象来验证。倒立摆系统作为1个实验装置,形象直观,结构简单,本钱低廉;作为1个控制对象,他又相当复杂,同时就其本身而言,是1个高阶次、不稳定、多变量、非线性、强耦合系统,只有采取行之有效的控制方法才能使之稳定,因此倒立摆装置被公认为是自动控制理论中的典型实验装备。

通过对倒立摆系统的研究,不但可以解决控制中的理论问题,还能将控制理论所触及的3个基础学科:力学、数学和电学有机的结合起来,在倒立摆系统中进行综合利用。对倒立摆系统进行控制,其稳定效果非常明了,可以通过角度、位移和稳定时间直接度量,控制好坏1目了然。理论是工程的先导,对倒立摆的研究不但有其深远的理论意义,还有重要的工程背景。从平常生活中所见到的任何重心在上,支点在下的控制问题,到空间飞行器和各类伺服云台的稳定,都和倒立摆的控制有很大的类似性,故对其的稳定控制在实际中有很多用处,如海上钻井平台的稳定控制、卫星发射架的稳定控制、火箭姿态控制、飞机安全着陆化工进程控制等都属于这类问题。针对上面的实际问题,启发了人们采取智能控制方法对倒立摆进行控制因此对倒立摆机理的研究具有重要的理论和实际意义,成为控制理论中经久不衰的研究课题。

关键词:倒立摆系统控制对象强耦合系统变量

Invertedpendulumelectromechanicalcontrolsystemstructuredesignspecification

absraote

pneumaticmanipulatorisaautomateddevicesthatcanmimicthehumanhandandarmmovementstodosomething,aslocanaccordingtoafixedproceduretomovingobjectsorcontroltools.Itcanreplacetheheavylaborinordertoachievetheproductionmechanizationandautomation,andcanworkindangerousworkingenvironmentstoprotectthepersonalsafety,Thereforewidelyusedinmachinebuilding,metallurgy,electronics,lightindustryandatomicenergysectors.

Thisarticleismainlyofthepneumaticmanipulatortheoveralldesign,andpneumaticdesign.Thismechanismofmanipulatorincludescylindersandclawsandconnectorsparts,itcanmoveaccordingtotheduetrackonthemovementofgrabbing,carryingandunloading.Thepneumaticpartofthedesignisprimarilytochoosetherightvalvesanddesignareasonablepneumaticcontrolloop,bycontrollingandregulatingpressure,flowanddirectionofthecompressedairtomakeitgetthenecessarystrength,speedandchangedthedirectionofmovementintheprescribedprocedurework.

Theinvertedpendulumisatypicalhighordersystem,withmulti-variable,non-linear,

strong-coupling,fleetandabsolutelyinstable.Itisrepresentativeasanidealmodeltoprovenewcontroltheoryandtechniques.Duringthecontrolprocess,pendulumcaneffectivelyreflectmanykeyproblemssuchasequanimity,robust,follow-upandtrack,therefore.ThispaperstudiesacontrolmethodofdoubleinvertedpendulumLQR.Firstofall,themathematicalmodelofthedoubleinvertedpendulumisestablished,thenmakeacontroldesigntodoubleinvertedpendulumonthemathematicalmodel,anddeterminethesystemperformanceindexweightmatrixQ,Rbyusinggeneticalgorithminordertoattainthesystem

statefeedbackcontrolmatrix.Finally,thesimulationofthesystemismadebyMATLAB.AfterseveraltestmatrixQvaluetheresultsarenotsatisfactoryresponse,thenweoptimizeQmatrixbyusingGeneticAlgorithm.Simulationresultsshow:ThesystemresponsecanmeetthedesignrequirementseffectivelyafterGeneticAlgorithmoptimization.

Smalltwistedpaperbrokenmachineforordinaryhome,notonlycanbeusedformincedmeat,canalsobeusedwithcrushedpeanuts,crushedice,spicesandotherfood,smallpowerrequirements,poweredbythemotordrive,reasonablestructuredesign,canmeetthefamilykitchengenerallymeatfoodconsistingmainlyofmincedrequired.

Keyword:pneumaticmanipulator;cylinder;pneumaticloop;Fourdegreesoffreedom.

倒立摆系统的工作原理

倒立摆系统通过计算机、I/O卡、伺服系统、倒立摆本体和光电码盘反馈丈量元件组成1个闭环系统。以直线1级倒立摆为例,其工作原理框图以下图所示。图中光电码盘1由伺服机电自带,小车的位移可以根据该码盘的反馈通过换算取得,速度信号可以通过对位移的差分得到。各个摆杆的角度由光电码盘2丈量并直接反馈到I/O卡,而角速度信号可以通过对角度的差分得到。计算机从I/O卡实时读取数据,肯定控制决策(机电的输出力矩),并发给I/O卡。I/O卡经过电控箱内部电路产生相应的控制量,驱动机电转动,使小车按控制要求进行运动,以到达控制目的。

对2级或更多级数的倒立摆,需要相应增加光电码盘以检测各摆杆的角度。实际系统配置中,可以根据需要自行配置I/O卡、伺服机电和伺服驱动器

目录

摘要..........................................................................................................2

Abstract................................................................................................2

第1章引言...........................................................................................3

1.1课题的研究背景和意义.......................................................................4

1.2倒立摆电机控制系统的国内外研究概况..................................................4

1.3倒立摆系统简介..................................................................................4

1.3.1倒立摆系统的分类.........................................................................5

1.3.2倒立摆系统的特点.........................................................................5

1.3.3倒立摆系统框图.............................眼皮上有一块白斑怎么去除...............................................6

1.4倒立摆系统的工作原理......................................................................6

第2章倒立摆电机控制系统结构的整体设计.................................7

2.1倒立摆电机控制系统结构的功能需求....................................................8

2.2系统实现结构图.................................................................................9

第3章倒立摆电机控制系统结构设计............................................10

3.1控制系统的构成.............白癜风能吃醋吗....................................................................11

3.2控制系统硬件电路核心元件的选择....................................................11

3.2.1伺服机电的工作原理及选型计算..................................................12

3.2.2伺服机电的工作原理..................................................................12

3.2.3伺服机电的选型计算..................................................................13

3.3光电码盘的工作原理及作用............................................治疗继发性白癜风....................13

3.3.1光电码盘的工作原理..................................................................14

3.3.2光电码盘的作用........................................................................16

3.4直线导杆的选择................................................................................17

3.5同步带轮传动的选择计算...................................................................20

第4章倒立摆电机控制系统中pID的控制算法的实现..............22

4.1pID控制算法简介..............................................................................25

4.1.2pID控制各部份的特点.................................................................27

4.1.3pID控制器各部份参数的选定........................................................29

4.2pID控制算法的实现...........................................................................29

结论........................................................................................................30

致谢........................................................................................................31

参考文献................................................................................................32