摘要基于MATLAB的直線電機(jī)二級(jí)倒立擺控制器設(shè)計(jì)與仿真研究摘要本論文主要通過(guò)對(duì)倒立擺的數(shù)學(xué)建模來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的直線電機(jī)二級(jí)倒立擺控制器設(shè)計(jì)。通過(guò)控制變量法，用多次MATLAB仿真對(duì)比來(lái)選擇最優(yōu)控制參數(shù)。再通過(guò)simulink來(lái)制作倒立擺的實(shí)時(shí)控制模型。與論文相對(duì)應(yīng)的大致的工作歷程如下所示:第一部分主要通過(guò)對(duì)倒立擺的發(fā)展歷史的了解，闡明了倒立擺的研究?jī)r(jià)值，并綜合分析比較了倒立擺系統(tǒng)控制研究的國(guó)內(nèi)外研究狀況。第二部分是列舉了常用的幾種倒立擺，接著介紹了實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的二級(jí)擺操作平臺(tái)，以及，簡(jiǎn)述了現(xiàn)有的直線電機(jī)二級(jí)倒立擺的控制過(guò)程。第三部分建模部分，是本次設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是銜接理論和實(shí)際的部分?；谝粋€(gè)拉格朗日方程的數(shù)組所發(fā)展建立的一種基于二級(jí)倒立擺的直線數(shù)學(xué)方程模型，最終得到設(shè)計(jì)控制器所需要的數(shù)據(jù)。第四部分的核心是選擇符合設(shè)計(jì)要求的加權(quán)控制矩陣。從而基本完成了控制器的理論組成部分,并用matlab語(yǔ)言進(jìn)行了仿真和驗(yàn)證,確定了控制戰(zhàn)略的實(shí)施可行性。第五部分運(yùn)用控制,在MATLAB中用Simulink仿真來(lái)實(shí)現(xiàn)LQR算法搭建，完成對(duì)直線電機(jī)二級(jí)倒立擺實(shí)物的平衡控制。關(guān)鍵字:倒立擺；數(shù)學(xué)建模；LQR控制；MATLAB仿真第1章緒論1.1倒立擺系統(tǒng)的研究背景倒立擺系統(tǒng)正常情況下被運(yùn)用在檢驗(yàn)控制算法的是否準(zhǔn)確、是否可行，包括被原來(lái)測(cè)試發(fā)展至今的各式各樣的現(xiàn)有控制方法之間的好壞，同時(shí)倒立擺實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的花費(fèi)不是很高、結(jié)構(gòu)單一加上容易操作，因?yàn)槠涓咝詢r(jià)比和高研究?jī)r(jià)值，國(guó)內(nèi)外專家們都非常喜愛(ài)。從上世紀(jì)末至今，倒立擺不斷被國(guó)內(nèi)外專家們?cè)谘芯恐T多控制算法時(shí)所提及，是如今世界現(xiàn)有的綜合來(lái)看最值得研究的理想實(shí)驗(yàn)平臺(tái)之一。倒立擺系統(tǒng)的控制策略在國(guó)防科技、機(jī)器人研發(fā)等方面都有非常重要的研究意義和價(jià)值，各級(jí)倒立擺都有其實(shí)際的研究?jī)r(jià)值，例如智能機(jī)器人、航天器的助推器等都與倒立擺的控制思想有著不可分割的聯(lián)系，從中可以看出倒立擺的穩(wěn)定控制和自起擺控制的核心思想是與生活、工作和軍事等各個(gè)領(lǐng)域密切相關(guān)的，也是可以運(yùn)用到國(guó)防科技層面的，具有很高的研究?jī)r(jià)值。從上世紀(jì)末開(kāi)始,時(shí)至今日,國(guó)內(nèi)外的學(xué)者們?cè)趯?duì)倒立擺控制理論等方面進(jìn)行了深入鉆研,成果諸多,倒立擺控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也從一個(gè)原本非常簡(jiǎn)單的二次復(fù)合倒立擺逐步演變成為一個(gè)多種形式的二次復(fù)合倒立擺。例如如今常用的三種倒立擺,下文會(huì)一一介紹。而且倒立擺的控制級(jí)別也從原來(lái)簡(jiǎn)單地一級(jí)、二級(jí)甚至多級(jí)別的倒立擺。正常的倒立擺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)往往只有擺桿、小車、電機(jī)等簡(jiǎn)單部分組成,系統(tǒng)非常容易搭建。電動(dòng)機(jī)控制的目標(biāo)一般都是在小車上施加一個(gè)垂直或者向右的水平壓力在電動(dòng)機(jī)擺桿上,來(lái)促進(jìn)電機(jī)控制的小車能夠穩(wěn)定地運(yùn)動(dòng)到預(yù)期位置,而且擺桿則要維持一個(gè)橫豎向上的均勻平衡。由于控制理論日益成熟和發(fā)展,國(guó)內(nèi)外的研究人員們都正在不斷地嘗試著通過(guò)研究倒立擺這樣一個(gè)十分重要且具有科學(xué)研究?jī)r(jià)值的控制物體,來(lái)探索和驗(yàn)證一種新的控制技術(shù)方法能夠處理更復(fù)雜的控制系統(tǒng)。所以將倒立搖擺技術(shù)作為當(dāng)前現(xiàn)有最為理想的一種試驗(yàn)手段,通常都可以被應(yīng)用于檢驗(yàn)一種控制策略的是否可靠和得到的檢測(cè)結(jié)果是否準(zhǔn)確。1.2倒立擺的當(dāng)前研究情況因?yàn)榈沽[系統(tǒng)的獨(dú)特性，所以如何穩(wěn)定控制倒立擺這方面的研究具有很大的科學(xué)研究?jī)r(jià)值,國(guó)內(nèi)外的研究人員們都對(duì)此問(wèn)題萌生濃厚興趣并給予相當(dāng)充分的重視。國(guó)外在上個(gè)世紀(jì)的60年代就已經(jīng)開(kāi)始初步探索一級(jí)倒立擺的控制系統(tǒng),僅僅在60年代的后期,國(guó)外權(quán)威學(xué)者就率先提出了一級(jí)倒立擺這一概念,并用其實(shí)例來(lái)檢測(cè)和驗(yàn)證一級(jí)倒立擺的控制技術(shù)和方法是否完全可以充分地體現(xiàn)出來(lái)。1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀國(guó)外的學(xué)者率先提出了很多關(guān)于倒立擺的猜想，并開(kāi)始進(jìn)行與倒立擺相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，第一個(gè)對(duì)倒立擺研究得出初步理論性成果的是斯卡夫和坎農(nóng)，他們利用他們創(chuàng)建的獨(dú)有的控制理論，最終實(shí)現(xiàn)了把一個(gè)彎曲的軸倒立穩(wěn)定的設(shè)想，打開(kāi)了倒立擺研究的大門。在此之后，倒立擺系統(tǒng)開(kāi)始成為了自動(dòng)控制理論研究方面最為典型的教學(xué)工具，專家們對(duì)如何控制倒立擺的分析愈發(fā)成熟，不僅有理論層面的成果，而且還有大量通過(guò)實(shí)驗(yàn)所得出的結(jié)論。通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)的仿真,對(duì)之前提出的控制理論及其控制技術(shù)方法的可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)性的研究主要目標(biāo)是為了解決由于性能上的差別而導(dǎo)致仿真結(jié)果和實(shí)際上的實(shí)物的控制之間存在的不可避免的誤差。早在上世紀(jì)的末期,布里因和盧恩伯格就創(chuàng)造性的第一次次提出使用觀察儀來(lái)重新構(gòu)造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和猜想,能夠很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)倒立搖擺系統(tǒng)的安全穩(wěn)定管理。十九世紀(jì)八十年代末,安德森等研究專家在之前研究基礎(chǔ)上通過(guò)運(yùn)用了函數(shù)最小化和李雅普諾夫穩(wěn)定的方法成功創(chuàng)造出了一個(gè)簡(jiǎn)單的優(yōu)化控制效果的反饋控制器。1994年,辛哈等研究專家,在繼承前人相關(guān)技術(shù)研究基礎(chǔ)上,又利用李雅普諾夫-弗洛凱變換思想,第一次設(shè)計(jì)得到了一種三級(jí)倒立擺的系統(tǒng)的電腦仿真模型。1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀在國(guó)內(nèi)關(guān)于倒立擺方面的研究雖然開(kāi)始比較晚,國(guó)內(nèi)的專家們是在上個(gè)世紀(jì)后期才開(kāi)始這一方面的工作,但是很快得出了有效的成果。二十世紀(jì)末,有人在某權(quán)威期刊上發(fā)表過(guò)一篇文章,即《關(guān)于對(duì)倒立擺的雙閉環(huán)系統(tǒng)模糊控制》,這篇文章一直以來(lái)都在被后世的學(xué)者們學(xué)習(xí)和引用，其首次提出并使用智能方法控制倒立擺，在當(dāng)時(shí)的學(xué)術(shù)界引起了不小的轟動(dòng)。直到本世紀(jì)初，在一次世界學(xué)者交流會(huì)上，來(lái)自中國(guó)的一位學(xué)者關(guān)于的模仿人工智能控制的理論研究震驚了來(lái)自全球各個(gè)地方的學(xué)者和專家們，其對(duì)控制目標(biāo)的精準(zhǔn)控制讓在場(chǎng)的所有人都瞠目結(jié)舌，他的學(xué)術(shù)成果受到了大家的一致認(rèn)同和稱贊，這也是中國(guó)學(xué)者真正意義上在世界學(xué)者面前展示中國(guó)學(xué)者對(duì)倒立擺研究的成果，彰顯了中國(guó)人民的智慧。這位教授在這之后又在直線二級(jí)擺的基礎(chǔ)上，成功研制出了第一個(gè)雜技機(jī)器人，為倒立擺的研究做出了杰出貢獻(xiàn)，是國(guó)內(nèi)當(dāng)之無(wú)愧的“倒立擺之父”。1.3倒立擺系統(tǒng)的常見(jiàn)控制策略與算法隨著時(shí)間的推移，如今對(duì)控制理論的研究已經(jīng)愈發(fā)成熟，在一些老式的控制基礎(chǔ)上，又有后人研究演變得出很多符合時(shí)代發(fā)展的控制策略。在近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究人員們使用比較頻繁的控制方法主要有下面的幾個(gè)。(1)PID控制PID控制是研究者們最早提出的控制算法也是最常用的一種，有著不可動(dòng)搖的權(quán)威地位。一直以來(lái)，PID算法因?yàn)槠浜?jiǎn)單的設(shè)計(jì)方法和控制結(jié)構(gòu)，極其容易實(shí)現(xiàn)，可以短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行大量運(yùn)算，因而被各工程領(lǐng)域不斷應(yīng)用和創(chuàng)新。但是常規(guī)的PID控制法也有一定的局限性，例如參數(shù)不方便調(diào)整，震蕩較大，因?yàn)槠浞€(wěn)定控制結(jié)果不佳，所以只有與其他控制方法同時(shí)使用才能實(shí)現(xiàn)對(duì)控制目標(biāo)的最大程度的控制。(2)二次型調(diào)節(jié)器控制 即常說(shuō)的LQR控制方法，其最核心的部分就是，在對(duì)倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模之后，得到系統(tǒng)的狀態(tài)方程表達(dá)式，然后通過(guò)狀態(tài)反饋過(guò)程來(lái)達(dá)成閉環(huán)系統(tǒng)的既定目標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)倒立擺系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。(3)智能控制通過(guò)這種思想來(lái)設(shè)計(jì)智能控制器，不僅可以處理不確定性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，還可以穩(wěn)定控制倒立擺系統(tǒng)，并具有非常好的魯棒性。近些年以來(lái),伴隨著我國(guó)智能控制技術(shù)和行業(yè)的不斷發(fā)展,智能化控制的方法愈發(fā)得到了倒立擺系統(tǒng)的研究專家和學(xué)者們的重視。(4)云模型控制它是通過(guò)運(yùn)用云模型生成的語(yǔ)言值,然后再由語(yǔ)言值產(chǎn)生規(guī)則,接著由規(guī)則形成既定的推理規(guī)則。該算法不需要任何被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，僅僅只需要憑借人的思維，即可實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。此外，選取以上幾種控制算法中的幾種同時(shí)使用的復(fù)合控制方法成為當(dāng)今控制研究界的一種潮流，這樣的話不僅兼具了所選用的控制算法優(yōu)點(diǎn)，又在加入其它算法后互相彌補(bǔ)了不足，從而使得控制策略的選擇愈發(fā)多樣化。1.4倒立擺研究意義自動(dòng)控制理論自其產(chǎn)生開(kāi)始，就不斷被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、航空和國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域，控制系統(tǒng)中的很多特有的性能指標(biāo)，都能通過(guò)倒立擺系統(tǒng)直接表現(xiàn)出來(lái)。通過(guò)控制使得倒立擺擺桿穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)過(guò)程與各級(jí)倒立擺都有其實(shí)際的研究?jī)r(jià)值，例如智能機(jī)器人、航天器的助推器等領(lǐng)域都與倒立擺的控制思想有著不可分割的聯(lián)系，與此同時(shí)，相關(guān)的得出的成果已經(jīng)應(yīng)用到航空、國(guó)防科技和智能機(jī)器人學(xué)等許許多多的控制領(lǐng)域當(dāng)中。1.5本論文進(jìn)行的工作總結(jié)本文主要是以實(shí)驗(yàn)室里的倒立擺綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為研究對(duì)象，分析研究了最優(yōu)控制結(jié)果情況下所使用的控制方法，用仿真軟件對(duì)控制預(yù)定的猜想進(jìn)行仿真，最終在驗(yàn)證控制方法的可行性后，實(shí)現(xiàn)了對(duì)倒立擺實(shí)物的穩(wěn)定控制。本論文大致分為以下的六個(gè)部分，下面簡(jiǎn)單介紹一下本文各部分的主要內(nèi)容。第1章主要通過(guò)對(duì)倒立擺的發(fā)展歷史的了解，闡明了倒立擺的研究?jī)r(jià)值，并綜合分析比較了倒立擺系統(tǒng)控制研究的國(guó)內(nèi)外研究狀況。第2章列舉了常用的幾種倒立擺，接著介紹了實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的二級(jí)擺操作平臺(tái)，以及，簡(jiǎn)述了現(xiàn)有的直線電機(jī)二級(jí)倒立擺的控制過(guò)程。第3章是建模部分，是本次設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是銜接理論和實(shí)際的部分?；谝粋€(gè)拉格朗日方程的數(shù)組所發(fā)展建立的一種基于直線二級(jí)式的倒立和平擺的直線數(shù)學(xué)方程模型，最終得到設(shè)計(jì)控制器所需要的數(shù)據(jù)。第4章的核心選擇符合設(shè)計(jì)要求的加權(quán)控制矩陣。從而基本完成了控制器的理論組成部分,并用matlab語(yǔ)言進(jìn)行了仿真和驗(yàn)證,確定了控制戰(zhàn)略的實(shí)施可行性。第5章是運(yùn)用控制,在MATLAB中用Simulink仿真來(lái)實(shí)現(xiàn)LQR算法搭建，完成對(duì)直線電機(jī)二級(jí)倒立擺實(shí)物的平衡控制。最后是對(duì)本次設(shè)計(jì)所獲得的成果的的總結(jié)和對(duì)不足的地方進(jìn)行的展望。綜合作者的工作和論文進(jìn)行深入總結(jié)，指出了此次設(shè)計(jì)的收獲與不足。第2章直線電機(jī)倒立擺系統(tǒng)簡(jiǎn)介2.1倒立擺分類倒立擺是一種非常經(jīng)典的研究案例，在國(guó)內(nèi)外對(duì)于對(duì)于控制理論的研究非常具有研究?jī)r(jià)值，它搭建了理想情況下的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，為自動(dòng)控制方面的實(shí)驗(yàn)、科研和教學(xué)提供了一個(gè)極其優(yōu)質(zhì)的研究條件。隨著國(guó)內(nèi)外學(xué)者們對(duì)控制方面知識(shí)鉆研的愈發(fā)深入，研究對(duì)象的日趨復(fù)雜化，倒立擺已由原本結(jié)構(gòu)單一的倒立擺不斷衍生出很多結(jié)構(gòu)愈發(fā)復(fù)雜的倒立擺。倒立擺系統(tǒng)是通常情況下是用滑動(dòng)部分連接倒立擺擺桿，因?yàn)榈沽[下面的運(yùn)動(dòng)部分和上面的擺動(dòng)部分互相結(jié)合，倒立擺的種類也因此而變得種類繁多。研究者們通常使用到的是以下幾種倒立擺等。(1)直線倒立擺它是由水平行進(jìn)的部分和向上擺動(dòng)的桿狀物組成。往往將桿狀物安裝于水平行進(jìn)的部分上，滑動(dòng)部分通常是用直線電機(jī)來(lái)拖動(dòng)小車，即沿著導(dǎo)軌方面做來(lái)回重復(fù)的運(yùn)動(dòng)。通過(guò)在小車上裝置不同數(shù)量的擺體，將它們組合起來(lái)，就可以變成控制級(jí)數(shù)量不同的倒立擺系統(tǒng)。通過(guò)在導(dǎo)軌上電機(jī)拖動(dòng)小車滑動(dòng)，從而來(lái)使得向上擺動(dòng)的部分在豎直方向上站立不倒，保持穩(wěn)定。(2)環(huán)形倒立擺它的工作原理與上述一個(gè)的原理類似，其也是由運(yùn)動(dòng)的部分和向上擺動(dòng)的桿狀物構(gòu)成。運(yùn)動(dòng)部分是繞齒輪的中心部分，做繞行的規(guī)律旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因?yàn)楦鞣N相互擺體連接方法不一樣，而且環(huán)形倒立擺往下一層細(xì)分又能夠繼續(xù)細(xì)分成并聯(lián)倒立擺和串聯(lián)倒立擺。(3)平面倒立擺其包含兩個(gè)部分，即正交導(dǎo)軌的平面運(yùn)動(dòng)的部分和向上擺動(dòng)的桿狀物。下面三張圖從左到右依次是(1)(2)(3)三種倒立擺的實(shí)物圖（a）(b)(c)圖2-1三種常見(jiàn)倒立擺實(shí)物圖初期對(duì)倒立擺研究時(shí)只有有一級(jí)、兩級(jí)等，時(shí)至今日已發(fā)展到甚至是多級(jí)的倒立擺。國(guó)內(nèi)外的研究工作人員往往只是將一級(jí)的倒立擺應(yīng)用在自動(dòng)控制方面的一些簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn),而對(duì)多級(jí)的倒立擺使用就更加側(cè)重于對(duì)其控制算法的探索和鉆研,使用一級(jí)控制倒立擺的級(jí)數(shù)就越高，自由度就越大，它的控制目標(biāo)就愈發(fā)難以實(shí)現(xiàn)。2.2直線電機(jī)倒立擺平臺(tái)開(kāi)源直線電機(jī)倒立擺是由工業(yè)級(jí)高精密直線電機(jī)、角度傳感器、擺桿、控制系統(tǒng)和上位機(jī)組成。該平臺(tái)是基于模型設(shè)計(jì)(MBD:Model-BaedDesign)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，可以完成如LOR最優(yōu)控制、模糊控制、滑?？刂啤⑸窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等運(yùn)動(dòng)控制理論的相關(guān)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。隨著自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的越來(lái)越廣泛，很多工科專業(yè)都要學(xué)習(xí)自動(dòng)控制，但由于這類課程比較抽象，很多理論不易理解，學(xué)習(xí)了這門課程仍不知如何應(yīng)用PID等算法，這個(gè)平臺(tái)把建模、控制器設(shè)計(jì)、等各個(gè)方面的眾多知識(shí)結(jié)合在一起，使用者們既可借此學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，又可做相應(yīng)的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，提高動(dòng)手能力和開(kāi)發(fā)能力，研究人員還可以檢驗(yàn)新型的動(dòng)力學(xué)模型和控制算法，寫論文，促進(jìn)科研成果的形成，以及通過(guò)這個(gè)復(fù)雜的控制器的性能展示和研究，能充分掌握電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。2.3直線電機(jī)二級(jí)倒立擺的結(jié)構(gòu)和控制原理2.3.1直線電機(jī)倒立擺硬件系統(tǒng)直線倒立擺本體結(jié)構(gòu)如下圖所示，主要結(jié)構(gòu)組成包括：直線電機(jī)部分、二級(jí)倒立擺各部件，DSP控制軟件。在下圖中，圖中標(biāo)號(hào)的部件如下所示：1、直線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的擺桿工作臺(tái)2、倒立運(yùn)動(dòng)擺桿的底座3、軸4、上下運(yùn)動(dòng)擺桿5、角度運(yùn)動(dòng)編碼器6、下擺桿與上下下擺桿之間的運(yùn)動(dòng)連接器7、角度運(yùn)動(dòng)編碼傳感器8、上下下擺桿9、直線運(yùn)動(dòng)位移壓力傳感器圖2-2直線位移電機(jī)齒輪驅(qū)動(dòng)器的倒立裝置擺注：一級(jí)的只需要在現(xiàn)有的二級(jí)倒立擺的上面拿走上面部分的擺桿就行了，所以就不需要放出一級(jí)倒立擺的原理圖和實(shí)物圖2.3.1直線電機(jī)倒立擺控制原理通過(guò)控制的直線電機(jī),帶動(dòng)皮帶進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng),在皮帶的作用和帶動(dòng)下,小車沿著導(dǎo)軌方向做一個(gè)水平或垂直的循環(huán)式往復(fù)運(yùn)動(dòng),同時(shí)拖動(dòng)擺桿進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。直線高速電機(jī)傳動(dòng)攜帶器具有一個(gè)基于光電式的一個(gè)脈沖傳動(dòng)編碼盤,根據(jù)每個(gè)脈沖的編碼數(shù)目及其大小把它可以直接計(jì)算出來(lái)得出每個(gè)電機(jī)工作傳動(dòng)軸的每個(gè)旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)角度,由這個(gè)傳動(dòng)比率的換算可以得出每輛電動(dòng)汽車的每個(gè)直線電機(jī)位移。在每一級(jí)別中小車的自動(dòng)行駛導(dǎo)軌上都分別設(shè)有一個(gè)專門用于實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)每一級(jí)別中小車的運(yùn)行位置和小車運(yùn)行定位速度的直線式定位傳感器,小車擺桿所在一個(gè)地點(diǎn)的小車運(yùn)行位置速度和小車位置檢測(cè)信號(hào)被自動(dòng)傳輸出來(lái)到小車控制管理系統(tǒng),通過(guò)這種控制算法自動(dòng)控制計(jì)算每個(gè)輸入信號(hào)到每個(gè)控制點(diǎn)數(shù)量的小車驅(qū)動(dòng)器和電機(jī),從而自動(dòng)確定每一級(jí)別的小車擺桿所在一個(gè)地點(diǎn)的運(yùn)行位置,使兩級(jí)小車擺桿都完全垂直于一個(gè)點(diǎn)的水平面。設(shè)計(jì)的主要目的就是為了正確設(shè)計(jì)一個(gè)驅(qū)動(dòng)控制器,通過(guò)這個(gè)控制器驅(qū)動(dòng)一個(gè)直線動(dòng)力電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng),使兩級(jí)驅(qū)動(dòng)擺桿之間在一個(gè)垂直旋轉(zhuǎn)方向上的移動(dòng)位置相對(duì)穩(wěn)定。二級(jí)倒立擺控制系統(tǒng)硬件示意圖如圖2-3;圖2-3二級(jí)倒立擺控制系統(tǒng)硬件框圖dsp光柵控制卡通過(guò)光柵接收了一個(gè)來(lái)自光電信號(hào)譯碼器的一個(gè)直線擺桿驅(qū)動(dòng)角度控制信號(hào)和一個(gè)經(jīng)過(guò)光柵模擬輸入的一個(gè)直線主控電機(jī)在一個(gè)工作臺(tái)上的一個(gè)位移角度信號(hào),并對(duì)這個(gè)位移信號(hào)分別然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析獲取最后得到六個(gè)控制狀態(tài)變量,然后根據(jù)控制算法分別進(jìn)行系統(tǒng)計(jì)算分析獲取最后得到準(zhǔn)確的六個(gè)控制卡變量,經(jīng)過(guò)一個(gè)dap的轉(zhuǎn)換之后將光柵輸出一個(gè)光柵模擬化的擺桿控制角度信號(hào),再經(jīng)由一個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)放大之后再再驅(qū)動(dòng)一個(gè)直線主控電機(jī)在其中輸出一個(gè)光柵相應(yīng)里來(lái)同時(shí)控制一個(gè)擺桿上的倒立均衡。第3章直線電機(jī)二級(jí)倒立擺建模及分析3.1引言在對(duì)倒立擺控制傳動(dòng)系統(tǒng)模型進(jìn)行數(shù)學(xué)設(shè)計(jì)時(shí),首先我們需要考慮確定一個(gè)基于倒立擺控制系統(tǒng)的一個(gè)基本的數(shù)學(xué)模型?？刂葡到y(tǒng)的一種重要數(shù)學(xué)基本模型是它可以廣泛用來(lái)用于描述一個(gè)控制系統(tǒng)內(nèi)部的各種物理或者數(shù)學(xué)變量之間的相互作用的一個(gè)方式,只有通過(guò)建模這種方法才能對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行有說(shuō)服力的分析研究。所以,在解決控制系統(tǒng)類的問(wèn)題時(shí),創(chuàng)建符合要求的數(shù)學(xué)模型是必不可少的。常見(jiàn)的建模技術(shù)往往包括分析和實(shí)證兩種。分析方法主要是對(duì)體系的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了分析,根據(jù)相關(guān)物理原則,列舉了運(yùn)動(dòng)方程。實(shí)驗(yàn)方法又稱系統(tǒng)辨識(shí),先要人為地給原來(lái)的系統(tǒng)添加一個(gè)測(cè)試信號(hào),然后詳細(xì)記錄它們的輸入和響應(yīng),最后使用建立好的數(shù)學(xué)模型盡可能的去和原來(lái)的系統(tǒng)相靠近。由于理想的約束反向力并沒(méi)有直接地出現(xiàn)在方程組中,所以當(dāng)我們?cè)诮⒁粋€(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程時(shí),不僅僅是需要對(duì)未知約束反向力進(jìn)行分析,還對(duì)已知約束反向力進(jìn)行分析。為建立一個(gè)系統(tǒng)的模型,必須從兩個(gè)基本的方面對(duì)其進(jìn)行分析,一方面指的是系統(tǒng)在空氣中運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的各種動(dòng)力學(xué)和機(jī)械能量(即系統(tǒng)的動(dòng)能),另一方面指的就是系統(tǒng)在空氣中的主要?jiǎng)恿蜋C(jī)械能量。所以采用基于MATLAB仿真的拉格朗日建模法就可以在很大程度上簡(jiǎn)化整個(gè)系統(tǒng)建模過(guò)程。3.2直線電機(jī)倒立二級(jí)倒立擺的系統(tǒng)建模建模時(shí)，需要做一些必要的假設(shè)，營(yíng)造一個(gè)理想的物理模型，方便計(jì)算，如下：（1）忽略空氣阻力。（2）直線電機(jī)與導(dǎo)軌之間的無(wú)摩擦。（3）對(duì)于帶動(dòng)擺桿的最大鉸接件和軸承的最大摩擦力矩也可以忽略不計(jì)。（4）擺桿質(zhì)量均勻分布。圖3-1直線二級(jí)倒立擺物理模型圖各變量定義如表3-1所示。表3-1各變量定義表本次設(shè)計(jì)需要利用必要的拉格朗日方程即可創(chuàng)造出一個(gè)倒立擺系統(tǒng)的模型,其拉格朗日方程式定義為:(3-1)其中表示拉格朗日的算子，表示系統(tǒng)的動(dòng)能，表示系統(tǒng)的勢(shì)能，表示系統(tǒng)的廣義坐標(biāo)。Lagrange方程由拉格朗日算子和廣義坐標(biāo)表示為：(3-2)其中：為一個(gè)系統(tǒng)沿該廣義方向的坐標(biāo)，是一個(gè)系統(tǒng)沿著這一廣義方向運(yùn)動(dòng)的一種廣義能量，為該系統(tǒng)的一種耗散能。對(duì)于二級(jí)倒立擺系統(tǒng)，廣義的坐標(biāo)是位移和擺動(dòng)桿角度；為外界作用在系統(tǒng)上的所有廣義力的集合，當(dāng)當(dāng)時(shí)，。為底座和各級(jí)倒立擺的總機(jī)械動(dòng)能，為底座和各級(jí)倒立擺的總勢(shì)能，為底座和各級(jí)倒立擺的總耗散能，忽略了各種機(jī)械摩擦，所以能量等于零。故這里特別適合那些用于二級(jí)曲線擺建模的使用拉格朗日方法的程式及其定義參數(shù)為(3-3)首先計(jì)算系統(tǒng)的動(dòng)能：上式中代表倒立擺的底座的動(dòng)能，代表倒立擺的上擺桿的動(dòng)能，代表下擺桿的動(dòng)能，代表連接塊的動(dòng)能。而,其中，代表擺桿1質(zhì)心平均動(dòng)能代表擺桿2繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能,其中，代表擺桿1質(zhì)心平均動(dòng)能代表擺桿2繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能則Tm1=T’m1+T’’m1=同樣可以求出T’m2==T’’m2=因此，可以得到系統(tǒng)總動(dòng)能為：系統(tǒng)的勢(shì)能為：從而拉格朗日算子：因?yàn)閺V義的坐標(biāo)上都沒(méi)有外力作用在上面，所以下面的式子成立：（3-4）（3-5）展開(kāi)式（3-4）、（3-5）分別得到式（3-6）、（3-7）：（3-6）（3-7）在MATLAB中，將式（3-6）（3-7）對(duì)求解代數(shù)方程。得到以下兩式：（3-8）（3-9）表示成以下形式：（3-10）（3-11）取平衡位置時(shí)各變量的初值為零令代入式（3-7），得到線性化之后的公式：（3-12）將式（3-10）放到平衡的位置后再進(jìn)行泰勒級(jí)數(shù)的展開(kāi),并且可以線性化,令代入式（2-8），得到線性化之后的公式：

（3-13）現(xiàn)在我們得到了兩個(gè)非線性的微分方程,由于這個(gè)方程是采用以驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出力為主要控制的輸入,而且這個(gè)輸出力和電動(dòng)機(jī)的加速度之間形成了比例的關(guān)系,因此還必須再加上一個(gè)微分方程:（3-14）取狀態(tài)變量如下：由式（3-11）、（3-12）、（3-13）得到狀態(tài)空間方程如下：（3-15）倒立擺實(shí)際的物理參數(shù)為：M=1.35小車質(zhì)量m1=0.037下擺桿質(zhì)量m2=0.073上擺桿質(zhì)量m3=0.2連接塊質(zhì)量L1=0.098下擺桿質(zhì)心到另外一端的距離L2=0.178上擺桿質(zhì)心到另外一端的距離代入實(shí)際值可得：（3-16）（3-17）從而得到狀態(tài)方程各個(gè)參數(shù)矩陣：3.4本章小結(jié)本章主要內(nèi)容是通過(guò)運(yùn)用拉格朗日建模方法對(duì)一個(gè)直線二級(jí)直接倒立和反擺直線控制器系統(tǒng)進(jìn)行了幾個(gè)數(shù)學(xué)狀態(tài)建模,并對(duì)其中的一個(gè)數(shù)學(xué)狀態(tài)模型線性化,推導(dǎo)出來(lái)得出它的數(shù)學(xué)狀態(tài)和在空間中的方程組和表達(dá)式,為后面的二級(jí)直線倒立和反擺直線控制器數(shù)學(xué)研究相關(guān)工作開(kāi)展做好充分準(zhǔn)備。第四章二級(jí)倒立擺的LQR控制器的設(shè)計(jì)與仿真4.1設(shè)計(jì)思想來(lái)源最優(yōu)控制的思想是我國(guó)當(dāng)前最先進(jìn)的控制理論的技術(shù)基礎(chǔ)和理論核心,它已經(jīng)不斷發(fā)展在達(dá)到了現(xiàn)代經(jīng)典運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)理論基礎(chǔ)及其系統(tǒng)極點(diǎn)運(yùn)動(dòng)配置控制方法之后,成功地研究解決了一種僅僅是適用于單元一輸入、雙輸出極點(diǎn)運(yùn)動(dòng)配置控制方法的用于系統(tǒng)極點(diǎn)能源消耗較少的系統(tǒng)極點(diǎn)運(yùn)動(dòng)控制配置方法。它所指的需要幫助解決的一個(gè)時(shí)變系統(tǒng)既或具有或很可能或者是一個(gè)線性的,也或很有可能或者是非線性的,定?；蛘哒f(shuō)都可能是一個(gè)時(shí)變。該控制思想目前正在討論的重要關(guān)注點(diǎn)之一就是:在受到一些未知的不可控的約束時(shí),尋求一種最優(yōu)的控制策略,使得某些性能指標(biāo)都可以采用極大化值或者采用極小值。其在現(xiàn)代控制理論中,其對(duì)于處理和優(yōu)化問(wèn)題的可靠性和能力都是不可以被替代的。它在傳統(tǒng)的極點(diǎn)綜合配置原理方法的研究基礎(chǔ)上進(jìn)行了重新開(kāi)發(fā)而來(lái),通過(guò)把大量變量確定常線性系統(tǒng)的一個(gè)閉環(huán)固定極點(diǎn)綜合位移轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)預(yù)定的極點(diǎn)位置。極點(diǎn)運(yùn)動(dòng)配置的一個(gè)本質(zhì)原理主要是用系統(tǒng)中反饋閉環(huán)去極化和改變?cè)幼酉到y(tǒng)自由閉環(huán)運(yùn)動(dòng)的極點(diǎn)模式,從而促使系統(tǒng)達(dá)到了大多數(shù)情況下的設(shè)計(jì)目標(biāo)。影響系統(tǒng)的性能相關(guān)參數(shù)其實(shí)就是對(duì)整個(gè)體系所必須具備的各種功能進(jìn)行綜合化的表述。反映系統(tǒng)的性能的參數(shù)其實(shí)只是具有各項(xiàng)系統(tǒng)性能的總體表達(dá)。影響系統(tǒng)的性能參數(shù)往往通過(guò)不同的方法來(lái)體現(xiàn)。4.2控制參數(shù)K的求解(4-1)、，為維狀態(tài)(4-2)其中加權(quán)陣即為正半定對(duì)稱陣，Q(t)=Q(t)T≥o即為正/半定對(duì)稱陣即為正/半定對(duì)稱陣。(4-3)對(duì)上面函數(shù)求導(dǎo)，求導(dǎo)后令其的值等于0，計(jì)算出最小值(4-4)由此繼續(xù)可得出：（4-5）其中可由下式求得：(4-6)可由Riccati方程求出：(4-7)如果越接近于常值矩陣，而且所以：（4-8）則。通過(guò)以上的表達(dá)式可以得出狀態(tài)的反饋參數(shù)為，通過(guò)這個(gè)式子得出結(jié)論，即最優(yōu)控制理論的問(wèn)題，總而言之關(guān)鍵在于矩陣的符合設(shè)計(jì)要求的選擇。在獲取到符合設(shè)計(jì)要求的矩陣后，由上述的幾個(gè)式子能夠得出，然后即可得出控制反饋參數(shù)。仿真軟件MATLAB內(nèi)自動(dòng)帶有l(wèi)qr函數(shù)，即可輕松的用這個(gè)函數(shù)方程計(jì)數(shù)器求到系統(tǒng)的控制反饋參數(shù)K。以上都是理論出門的知識(shí)，通過(guò)上面的知識(shí)，可以稍微總結(jié)出幾點(diǎn)注意事項(xiàng)：從系統(tǒng)的性能參數(shù)函數(shù)是把參數(shù)函數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)量的一個(gè)性能標(biāo)準(zhǔn)變量函數(shù)。函數(shù)的不一樣會(huì)導(dǎo)致函數(shù)不一樣，所以函數(shù)是通過(guò)函數(shù)表示的函數(shù)即。所以換一種想法考慮，在系統(tǒng)的狀態(tài)表達(dá)式里函數(shù)會(huì)決定函數(shù)，與此同時(shí)，函數(shù)被函數(shù)和函數(shù)一起表示出來(lái)，所以其實(shí)函數(shù)本質(zhì)上是被函數(shù)所表示的。對(duì)于選取一個(gè)控制系統(tǒng)加權(quán)控制矩陣的選擇問(wèn)題，其本質(zhì)上還是在于符合要求的加權(quán)控制矩陣的選擇方法。常規(guī)情況下，選擇，雖然理論上來(lái)看，對(duì)系統(tǒng)的控制影響非常關(guān)鍵，但是時(shí)至今日，依舊沒(méi)有各種情況下都適用的規(guī)則可以來(lái)遵循，唯一的有效方法是根據(jù)不斷的仿真和調(diào)試選擇參數(shù)。二次型相關(guān)的最優(yōu)控制種類的研究，一般被簡(jiǎn)稱為使性能參數(shù)函數(shù)來(lái)獲得極小值的控制由性能指標(biāo)函數(shù)的極小值關(guān)系式導(dǎo)出,將其控制函數(shù)叫做最優(yōu)控制，系統(tǒng)狀態(tài)方程式以函數(shù)為解的輸入，那么最終的控制最優(yōu)解為最優(yōu)選擇，對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)性能控制值為最優(yōu)控制性能。(4)在現(xiàn)實(shí)的設(shè)計(jì)工作中,研究者們需要根據(jù)自身設(shè)計(jì)的不同需求,通過(guò)選擇合適的方案來(lái)進(jìn)行優(yōu)化和控制。如果它的主要性能指標(biāo)具體內(nèi)涵主要是因?yàn)槠涫褂弥械氖找?、盈利?自然我們更多地采用了在極大化的性能指標(biāo)類型中的最佳優(yōu)化處理方法。但是如果系統(tǒng)的幾個(gè)重要的性能參數(shù)包括了使用時(shí)的能耗、費(fèi)力等,那么就自然地應(yīng)該多采用它在極低變化中的性能指標(biāo)類型進(jìn)行優(yōu)化處理。(5)正常情況下，設(shè)計(jì)者們可以把二次型的相關(guān)問(wèn)題簡(jiǎn)單的歸納為在一些特定的約束條件下關(guān)于極值類的相關(guān)情況。如果在已有的系統(tǒng)里已知了系統(tǒng)性能參數(shù)函數(shù)，在特有的狀態(tài)下的微分方程表達(dá)式的條件下，最優(yōu)極值控制函數(shù)的性能確定性就是使用相對(duì)情況下容許的控制函數(shù)求出函數(shù)的最優(yōu)極值的辦法。4.3matlab仿真調(diào)整LQR性能參數(shù)LQR控制器在設(shè)計(jì)過(guò)程中，最重要的一個(gè)步驟就是對(duì)待系統(tǒng)加權(quán)控制矩陣的挑選，設(shè)計(jì)者需要選擇通過(guò)大量的仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)挑選符合設(shè)計(jì)要求的才有一定可能達(dá)到設(shè)計(jì)者們想要的控制目標(biāo),如果選則不正確有很大可能會(huì)導(dǎo)致最簡(jiǎn)單的控制目標(biāo)也實(shí)現(xiàn)不了。只有合理地選取一個(gè)加權(quán)矩陣才會(huì)促使整個(gè)系統(tǒng)的控制運(yùn)行起來(lái),達(dá)到設(shè)計(jì)人員想要做出的結(jié)果,如果我們做得沒(méi)有這點(diǎn),不用說(shuō)系統(tǒng)的能耗最低、最優(yōu),就連一些基本穩(wěn)定的控制也無(wú)法實(shí)現(xiàn)。如今世界上對(duì)于加權(quán)控制矩陣的模型選取還沒(méi)有一個(gè)在任何情況下都完全適應(yīng)的理論，只能在借鑒之前學(xué)者的研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，通過(guò)持續(xù)而且不停地仿真和對(duì)比實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行選取加權(quán)控制矩陣。下面介紹了選擇加權(quán)控制矩陣的常規(guī)規(guī)律:（1）常規(guī)情況下，加權(quán)控制矩陣為對(duì)角矩陣，正常的設(shè)計(jì)思路是將矩陣控制不動(dòng)，接著通過(guò)改變矩陣的值，觀察所得仿真結(jié)果并進(jìn)行對(duì)比選擇。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)單輸入的情況時(shí)，就成為一個(gè)標(biāo)量值（通常情況下矩陣的值為1)。（2）加權(quán)控制矩陣的形式多種多樣，也就是說(shuō)即使研究者們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)所要求的控制器一樣時(shí)，加權(quán)控制矩陣的形式也可以有很多種，但對(duì)角線形式的矩陣只能是一個(gè)。綜合上述所說(shuō)，利用拉格朗日建模方法得到的系統(tǒng)狀態(tài)空間方程表達(dá)式并通過(guò)大量的仿真和實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)研究選擇符合設(shè)計(jì)要求的的倒立擺加權(quán)控制矩陣，為今后有興趣鉆研倒立擺控制法的學(xué)者們提供了一些有著重要參考價(jià)值的寶貴經(jīng)驗(yàn)和文獻(xiàn)。二級(jí)倒立擺系統(tǒng)平臺(tái)的唯一控制目標(biāo)是被電機(jī)驅(qū)動(dòng)小車，不管處在滑動(dòng)軌道上的什么位置，整個(gè)系統(tǒng)卻可以在非常短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)倒立擺擺桿的擺起和穩(wěn)定住的控制。通過(guò)仿真即可計(jì)算得出一個(gè)性能參數(shù)最符合控制要求的加權(quán)控制狀態(tài)反饋參數(shù)。4.4二級(jí)倒立擺控制系統(tǒng)框圖圖4-1倒立擺系統(tǒng)的輸入輸出框圖在設(shè)計(jì)LQR控制器時(shí)，首先需要在理論上層面上研究倒立擺系統(tǒng)的所有輸入和輸出量，對(duì)于本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)輸入和輸出狀態(tài)空間方程式的表達(dá)式，必須需要包含六個(gè)輸入狀態(tài)變量，即，它們從左到右分別代表了小車的沿著水平方向滑動(dòng)的運(yùn)動(dòng)距離，一級(jí)擺桿和二級(jí)擺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)后與水平方向的夾角，小車沿著水平方向的運(yùn)動(dòng)距離的微分量，一級(jí)擺桿和二級(jí)擺桿做圓周運(yùn)動(dòng)的角速度的微分量。輸出，就是小車的沿著水平方向滑動(dòng)的運(yùn)動(dòng)距離，一級(jí)、二級(jí)擺與垂直移動(dòng)方向之間的角度。在設(shè)計(jì)控制器時(shí)，需要注意輸入是單位階躍輸入。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，通過(guò)電動(dòng)控制器的自動(dòng)調(diào)節(jié)，小車會(huì)運(yùn)動(dòng)到預(yù)期位置，擺桿也可以自動(dòng)保持豎直向上穩(wěn)定?？刂频淖钪匾牟襟E就是對(duì)加權(quán)控制矩陣的合理選擇，之后一節(jié)設(shè)計(jì)者將通過(guò)對(duì)加權(quán)控制矩陣的合理選擇，通過(guò)控制變量法來(lái)對(duì)研究目標(biāo)進(jìn)行幾組對(duì)比仿真來(lái)進(jìn)行深入探索。4.5選擇最優(yōu)控制參數(shù)的MATLAB仿真1、當(dāng)控制參數(shù)矩陣，時(shí)，通過(guò)仿真得到的參數(shù)K=[17.3205124.0116-215.666018.96373.0110-35.1455]。得到的圖像見(jiàn)下圖。圖4-2第一次仿真結(jié)果圖像當(dāng)控制參數(shù)矩陣，時(shí)，通過(guò)仿真得到的參數(shù)K=[10.0000109.1741-168.131211.88794.0315-27.2198]。得到的結(jié)果圖像見(jiàn)下圖。圖4-3第二次仿真結(jié)果圖像當(dāng)控制參數(shù)矩陣，時(shí)，通過(guò)仿真得到的參數(shù)K=[3.162394.4349-122.68095.05514.9714-19.5804]。得到的結(jié)果圖像見(jiàn)下圖。圖4-4第三次仿真結(jié)果圖像設(shè)計(jì)者通過(guò)以上的得出的結(jié)果的幾張仿真圖的對(duì)比，不難看出，在控制矩陣的值始終保持不變的同時(shí)，使得的矩陣的值逐漸地變小，系統(tǒng)需要調(diào)整到平穩(wěn)的前期所用時(shí)間也很明顯減少，擺桿的和水平方向的夾角的變化也幾乎微乎其微，整個(gè)仿真過(guò)程中系統(tǒng)的上升時(shí)間也非常明顯的縮短了。4.6本章小結(jié)本章基于上一章所述的推導(dǎo)方法得出的二級(jí)直線倒立擺的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)了二級(jí)倒立擺的最優(yōu)控制方案，并用MATLAB對(duì)該最優(yōu)控制函數(shù)模型的最優(yōu)控制方案進(jìn)行了仿真，選擇了最優(yōu)參數(shù)。為接下來(lái)的一章對(duì)二級(jí)倒立擺的實(shí)施控制奠定了基礎(chǔ)。直線電機(jī)二級(jí)倒立擺的LQR實(shí)時(shí)控制5.1倒立擺的硬件介紹圖5-1驅(qū)動(dòng)控制箱后面板接口示意圖從右到左依次是：編碼器1：編碼器1的接口。編碼器2：編碼器2的接口。DSP通訊口：DSP與cSPACE上位機(jī)通訊的接口?；魻杺鞲衅鳎褐本€電機(jī)霍爾線接口。電機(jī)編碼器：直線電機(jī)磁柵接口。電機(jī)：電機(jī)相線接口。電源開(kāi)關(guān)：220V電源開(kāi)關(guān)接口。5.2實(shí)驗(yàn)控制箱介紹控制箱內(nèi)部的整體結(jié)構(gòu)圖及每個(gè)功能部件的分區(qū)，主要可以劃分為電源區(qū)、驅(qū)動(dòng)器區(qū)、控制卡分區(qū)等各個(gè)部分的標(biāo)號(hào)和對(duì)應(yīng)名稱如下：1：硬件電路部分2：電源部分3：主控板4：Elmo驅(qū)動(dòng)器圖5-2驅(qū)動(dòng)控制箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖5.3cSPACE開(kāi)發(fā)流程使用一個(gè)直線遙控電機(jī)自動(dòng)倒立和搖擺放在實(shí)驗(yàn)室的平臺(tái)圖這是一個(gè)結(jié)合了基于一個(gè)matlab和一個(gè)DSP的快速自動(dòng)控制器系統(tǒng)原型圖而開(kāi)發(fā)出的系統(tǒng)(Cspace),通過(guò)使用matlab/simulink預(yù)先設(shè)計(jì)好的控制算法,將其中的輸入、輸出等多種控制接口都替換成了一個(gè)Cspace控制模塊,編譯生成完整個(gè)控制模塊就可以有很大可能自動(dòng)直接生成一個(gè)DSP控制代碼,在快速控制卡上正常工作運(yùn)行之后就可以能夠直接自動(dòng)生成一個(gè)電機(jī)相應(yīng)的快速控制代碼信號(hào),從