基于单片机实现对二级倒立摆制约

倒立摆装置被公以为|教育论文网|自动控制理论中的典型试验设备，是控制理论教学和科研中不可多得的典型物理模型。通过对它的研究不仅可以解决控制中的理论问题，还能将控制理论设计的三个主要基础学科：力学、数学和电学(包含计算机)进行有机的综合应用，在多种控制理论与方法的研究和应用中，特别是工程实践中，存在一种可行性的试验问题，将其理论和方法得到有效的经验，倒立摆可为此提供一个从控制理论通往实践的桥梁。倒立摆本身是一个自然不稳定体，在控制过程中能有效地反映控制中的很多问题。倒立摆的典型性在于：作为一个装置，其成本低廉，结构简单，便于模拟，数字实现不同方式控制；作为被控对象，又相当复杂，是高阶次、不稳定、非线性、强耦合系统，只有采取行之有效的控制方法方能使之稳定。本文首先利用牛顿第二定律及相关的动力学原理建立二级倒立摆的数学模型，对小车和摆分别进行受力分析，并采用等效小车的概念进行线性化处理，并运用线性系统理论分析了这个系统的能控性，提出了应用状态反馈理论，通过极点配置实现对倒立摆的控制。接着应用模糊控制理论对倒立摆系统进行设计，并进行了模糊控制规则库的构建，实现对倒立摆的控制。在此基础上建立了一个基于单片机系统实现对倒立摆的稳定控制。这个单片机系统包括前项通道、后项通道、和上位机通讯三部分。接着先容了这个系统的软件设计思路和流程图。最后本文讨论了倒立摆系统的非线性因素和干扰因素，以及对电路板设计时应留意的问题。【关键词】：二级倒立摆数学模型状态反馈模糊控制单片机系统
【论文提纲】：第一章绪论7-101-1倒立摆系统的控制研究及其发展方向7-81-2倒立摆系统稳定性研究的意义81-3本课题的主要工作8-10第二章二级倒立摆系统简介10-172-1二级倒立摆系统的组成和工作原理10-112-2二级倒立摆的电机及速度控制实现11-172-2-1直流PWM伺服驱动装置的工作原理和特点11-132-2-2H型可逆PWM系统13-152-2-3绝缘栅双极晶体管(IGBT)15-17第三章二级倒立摆数学模型的建立17-223-1牛顿力学、刚体动力学简介17-193-2二级倒立摆数学模型的推导19-22第四章二级倒立摆的控制策略22-314-1应用现代控制理论实现对倒立摆的控制22-244-2应用模糊控制实现对倒立摆的控制24-314-2-1倒摆系统模糊控制的设计24-254-2-2模糊控制规则库的构建25-314-2-2-1确定控制量25-264-2-2-2制作倒立摆的控制规则表26-31第五章倒立摆的单片机控制系统的设计31-495-1单片机最小系统的组成31-335-2系统前项通道的设计33-365-3单片机与上位机的通讯设计36-435-4后项通道的设计43-455-5系统的软件设计45-465-6问题分析及讨论46-475-6-1倒立摆系统的非线性因素分析46-475-6-2倒立摆系统的干扰分析475-7电路板设计时应留意的问题47-495-7-1对电源、地线的处理47-485-7-2电路板的走线原则48-49第六章结论49-50参考文献50-52致谢52-53攻读学位期间所取得的相关科研成果及项目53