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河北工业大学城市学院本科毕业设计（论文）任务书毕业设计题目：旋转式倒立摆的实验系统设计及模糊控制算法研究适用专业：自动化专业学生信息：学号108978 姓名：胡利兵班级：自动化C102指导教师信息：姓名：梁涛职称：副教授下达任务日期：2014年2月26日课题简介：倒立摆是一个复杂的快速、非线性、多变量、强耦合、自然不稳定的非最小相位系统，是重心在上、支点在下控制问题的抽象。
在许多控制方法的研究过程中，科研人员往往因为不能找到合适的实际控制对象，使得许多研究成果失去了继续完善发展的机会，造成了科研资源的浪费。
作为一种理想的控制对象平台，倒立摆结构简单、成本较低，可以有效地检验众多控制方法的有效性，在控制方法的实验和研究上有很重要的地位。
许多抽象的控制概念如控制系统的稳定性、可控性、收敛速度和抗干扰能力等，都可以通过倒立摆系统直观地表现出来。
课题要求：鉴于现代控制理论方法在旋转倒立摆控制中存在的线性化问题的局限，将模糊控制引入实验系统，设计单级旋转倒立摆模糊控制器，进行实物控制，总体控制效果较好。
由于在平衡点附近，模糊控制方法的控制效果不非常理想。
因此需要进一步改善系统控制性能，本课题要求将模糊控制与线性二次型最优控制策略结合，设计基于LQR的自校正模糊控制器，通过实验结果验证是否能有效地改善旋转倒立摆模糊控制系统的动态特性，从而既解决平衡点附近局部线性化的局限性问题，提高了系统的鲁棒性和抗干扰性，同时又增强了控制器的适用范围。
主要参考文献：[1]朱玉奇. 旋转式倒立摆的控制研究[J]. 科技信息,2009,32:88-89.[2]江晨,王富东. 旋转式倒立摆系统的算法研究及仿真[J]. 工业控制计算机,2010,05:54-56.[3]程俊,王永,黄南晨,吴刚,卿志远,孙德敏. 旋转式倒立摆计算机控制系统[J]. 电机与控制学报,2001,04:277-280.[4]李红星,骆柄璋,李刚阳. 旋转式倒立摆的状态变量合成模糊控制[J]. 北京联合大学学报(自然科学版),2006,04:15-18.[5]姜倩,管凤旭. 旋转式倒立摆的镇定和摆起控制的研究[J]. 哈尔滨商业大学学报(自然科学版),2007,03:322-324.[6]李凌,袁德成,井元伟. 旋转式倒立摆系统控制策略研究[J]. 实验室研究与探索,2006,01:21-23+46.[7]王敏,苏晓鹭,王淼. 旋转式倒立摆控制策略[J]. 大连海事大学学报,2007,S2:155-157+161.[8]娄万军,张晓娟,杨继宏. 基于模糊逻辑控制的倒立摆系统[J]. 大众科技,2004,07:54-57.[9]徐静. 旋转式倒立摆的稳定控制研究[D].山东大学,2009.[10]江晨. 旋转式倒立摆的控制算法研究及实验系统设计[D].苏州大学,2010.[11]贺廉云. 基于模糊控制的旋转式倒立摆控制算法研究[D].山东大学,2006.[12]Q. Feng, K. Yamafugi. Design and simulation of control systems of an invertedpendulum. Robotica, 6 (1988), p. 235[13] Maravall, Darío. Hybrid fuzzy control of the inverted pendulum via verticalforces.International Journal of Intelligent Systems, Volume 20, February 2005, Pages 195-211[14]Kim, Hyun-Ki; Lee, Dong-Jin; Oh, Sung-Kwun. Design of optimized fuzzycontroller for rotary inverted pendulum system using differential evolution.Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, Volume 60, February 2011, Pages 407-415方法要求：1．了解旋转式倒立摆及模糊控制算法的相关知识2．设计基于LQR的自校正模糊控制器，改善旋转倒立摆模糊控制系统的动态特性3．利用模糊控制方法的控制在平衡点附近达到非常理想效果4．实现硬件连接，进行实物控制，增强了控制器的适用范围5. 对已经完成的工作进行总结，进一步改善系统控制性能过程要求：查阅资料，方案论证与设计，实验论证，得出结论。
旋转式压实仪一、旋转压实仪的整体结构：二、旋转压实仪的机械结构：三、基本设备组成：上位机，232/485通信，下位机（数据采集），压力、角度、位移/限位传感器，A/D转换，触摸屏，电机，变频器，打印机四、电气系统框图：五、模块功能分析：1、上位机：与旋转压实仪上的计算机接口相连接，用于下载系统的测试数据，并以Excel格式，以电子表格和趋势图的形式存储、打印等；2、触摸屏：人机对话平台，用于设定操作参数，实时显示过程数据，如：旋转次数、实时压力、位移数据、密度变化曲线、过程报警指示等；3、232/485通信：上位机与系统、触摸屏与变频器、触摸屏与下位机通信；4、变频器：用于压力控制电机和转盘控制电机的实时压力控制，具有变速功能；5、电机：分为压力控制电机和转盘控制电机，可实现正反转和加减速；6、下位机：实时采集传感器经A/D转换后的开关量（压力、位移、角度等），并送至触摸屏、触摸屏通过控制变频器实现电机启停和加减速，还可用于控制微型打印机打印；7、传感器：分为压力、位移、角度、限位等传感器，分别采集压力、压杆位移、转盘旋转角度、以及压杆是否超过限位等；8、A/D转换：传感器采集的模拟量转换成数字量送至下位机；9、打印机：打印；六、系统工作原理：1、检测参数：压力、旋摆角度、试样高度、压实速度和位移、旋转速度和次数。
2、操作参数：压力值设定/压实高度值设定、电机正反转和加减速；3、显示界面：当前压力值（最大、平均、最小）、当前旋摆角度（最大、平均、最小）、试样高度（最大、平均、最小）、报警参数等，每转更新数据；4、输入量：压力、角度、位移、限位，键盘；5、输出量：触摸屏显示、电机控制、打印机；七、疑问：1、压力是实时测量还是其他？2、角度是机械校对还是其他？3、位移是实时测量还是其他？4、压杆下压是根据压力和位移还是提前给定？5、标样压模以及成膜过程？6、控制压杆电机和控制角度电机如何配合？。
机械设计制造及其自动化专业毕业设计参考选题（一）结构1.旋转式多工位自动装配机工作装置结构设计2. 喷浆机械手机构设计3.普通铣床传动系统和变速箱的设计4.车床床头箱设计及有限元分析5.四工位专用机床的传动系统和分动箱设计6.轮胎式压路机的传动系统和变速箱的设计7.自动洗衣机行星齿轮减速器的设计8. 3t液压千斤顶结构设计9. 六足步行机器人总体设计10.WY型滚动轴承压装机设计11.三自由度气动机械手结构设计12.SUV汽车驱动桥设计13.皮带运输机设计14.多功能自动跑步机机械结设计15.车床床头箱设计及有限元分析16.一种射击式气动冲击锤的设计17.数控工作台的回转进给部件设计18.精密数控磨床磨头设计19.C618数控车床主传动系统设计20.小型数控切割机传动装置设计21.汽车麦弗逊悬架设计22.悬臂搬运机器人机械本体设计23.颚式破碎机机构优化设计24.卧式钢筋切断机的设计25. 轿车转向系统设计26.装载机工作装置力学分析与结构设计（二）液压1.旋挖钻机液压系统设计2.大型电动轮自卸车举升液压系统设计3. 10t液压挖掘机液压系统设计4. 万能外圆磨床液压传动系统设计5. 注塑机液压系统设计6 .3万吨水压机液压系统设计7. 万能外圆磨床液压传动系统设计8. 自装卸运输车作业装置及液压系统设计9. 金属打包机液压系统和控制系统设计（三）电气控制：1.立体式停车库电气控制系统设计2.立式钻削加工中心自动换刀装置电气控制系统设计3. 全自动剪板机PLC控制系统设计4.数控两坐标联动工作台控制电路及控制软件5.四轮驱动小车控制系统设计6.机械手控制电路及软件设计7. 三自由度机械手的PLC控制系统设计8. 液压半自动多刀车床PLC改造9. 自动扶梯驱动机及电气控制系统设计10.电子通讯接头自动装配机控制系统设计（四）模具设计及其它：1. 键盘三维造型及模具设计2. 塑料桌产品及其注塑模具设计3.多功能台灯结构设计及其开关零件模具设计4.移动硬盘结构设计及其上盖零件模具设计5.电吹风壳体零件成型工艺参数优化及模具设计6.电吹风手柄零件模具设计及其装配仿真7.手机翻盖注塑模的设计8.塑料椅产品及其注塑模具设计9.镜头盖注射模具设计及其工艺10.箱体零件工艺装配设计11.柴油机气缸盖工艺规程及夹具设计12. 凿岩台车六自由度机械臂运动分析13.差速器壳体机械加工工艺与夹具设计14.铣床加工支撑套零件使用的专用夹具的设计及工艺制定15.数控两坐标联动工作台机械及步进电机驱动电路设计。
引言随着现在国家经济发展，空调已经进入了人们家庭，而空调系统作为影响生活舒适性的主要总成之一,为生活提供制冷、取暖、除霜、除雾、空气过滤和湿度控制功能。
现在国内是空调设备仍属于专用设备，其技术和方法也很单一，并却有些设备和技术仍需采用国外的。
管端成型作为空调设备不可缺少的重要环节之一，国内专门制造用于管端成型的通用机床比较少，大多数都是专用机床，生产效率比较高，但是灵活性小，对于不同管件的加工具有一定的局限性。
目前国内胀管法主要分为机械成型,管端偏心回转成型,利用NC工作机的管端成型,无模成型四种方法。
基于经济性和结构考虑，本课题研究的管端成型机采用机械胀管的方法，并且机械胀管法比较普遍，容易实现工作要求，原理简单易操作。
本机是一种可以适应不同管件成型加工的通用机床，并且在不需要进行大批量生产的情况下，代替了小批量单件生产时的手工管端成型，而且可以节省时间和生产消耗，提高单件的生产效率，及时满足产品零部件的需要。
管端成型机用于空调热交换器铝管的端部成型处理,即通过冲压或旋压的方式将铝管或铜管的端部扩口或缩口,加工成所需的管端形状，后用于空调器热交换器或汽车空调热交换器的管端连接。
该机用于将铝管或铜管管端加工成杯状、喇叭状，适用于批量生产，可以完成直径为Φ9.42X1.2、Φ9X1.2、Φ12.6X1.2、Φ15.8X1.2、Φ19.1X1.2mm铝管或铜管的胀形加工，而且也可满足其它材料管件的胀形加工。
目前，国内专门制造用于管端成型的通用机床比较少，大多数都是专用机床，生产效率比较高，但是灵活性小，对于不同管件的加工具有一定的局限性。
因此，有必要设计这样一种可以适应不同管件胀形加工的通用机床，并且在不需要进行大批量生产的情况下，代替了小批量单件生产时的手工胀管，而且可以节省时间和生产消耗，提高单件的生产效率，及时满足产品零部件的需要。
由于本机的工作循环周期较短，运动方向变化频繁，使本机所承受的交变应力较明显，因此对于本机工作部分的强度要求较高。
旋转压实仪技术指标
旋转压实仪结构小巧，坚实耐用，便于移动，内置模具角度测量，可测量旋转剪切以控制或检测混合料质量，超大容量的模具可容纳更多的混合料，易于压实和脱模，储存20次试验重要数据并提供多种输出方式，提供混合料设计软件。
旋转压实仪技术指标
高度：190cm
重量：370kg
装运重量：410kg
模具重量：7.4kg
压制压力范围：200至1000kPa连续可调
压力度：200至600kPa±18kPa
600至1000kPa±3%
旋转次数：正转：0～999次；反转：0～999次
旋转压实剪切角范围：0.5°至2.0°±0.02°,以0.02°增加(出厂在1.25°校准)
旋转压实剪切角精度：小于0.02°
旋转压实位移范围：0～300mm
旋转压实位移精度：小于0.01mm
旋转速度:30±0.05(转数/分)
电机额定速度:1800(转数/分)
带剪切测量选项：。
旋转编码器工作原理__编码器
旋转部件通常由一个轴和与之连接的旋转杆或盘组成。
当物体旋转时，旋转杆或盘会随之转动。
测量部件用于测量旋转部件的角度。
常见的测量方式有光电测量和磁
敏测量两种。
光电测量是利用光电转换原理进行转角测量的方式。
旋转部件上的刻
度盘上有等距分布的刻度，光电元件通过发射和接收光束的方式来测量旋
转的角度。
当旋转部件旋转时，光电元件会依次感受到不同的刻度位置，
并将其转换为相应的电信号。
磁敏测量则是利用磁敏元件进行转角测量的方式。
旋转部件上的刻度
盘上有等距分布的磁性刻度，磁敏元件通过感受不同磁场强度来测量旋转
的角度。
当旋转部件旋转时，磁敏元件会依次感受到不同的磁场强度，并
将其转换为相应的电信号。
不论是光电测量还是磁敏测量，测量部件都会通过信号处理器将测量
的角度转换为数字或模拟信号输出。
这样，就可以将旋转编码器与其他设
备进行连接，实现各种功能，如控制电机的转速和位置、进行机器人的姿
态测量等。
1.旋转部件随着物体旋转，使得刻度盘上的刻度位置随之变化。
2.测量部件通过光电或磁敏元件感受到不同的刻度位置，并将其转换
为相应的电信号。
3.信号处理器对测量的信号进行处理，将旋转的角度转换为数字或模
拟的信号输出。
4.输出信号可以用于控制电机的转速和位置，或进行其他需要旋转角
度测量的应用。
综上所述，旋转编码器通过测量物体旋转角度并转换为数字或模拟信号，实现对旋转角度的测量和控制。
它在自动化控制领域具有广泛的应用，如工业自动化、机器人、医疗设备等。
旋转压实SGC作业指导书一、概述旋转压实SGC（Spin Gravity Compaction）是一种常用于土壤、沥青等材料压实的施工方法。
本作业指导书旨在详细介绍旋转压实SGC的工作流程、操作步骤、注意事项等，以确保施工质量和安全。
二、工作流程1. 准备工作a. 确定施工区域：根据工程要求，确定需要进行旋转压实SGC的施工区域。
b. 选择合适的设备：根据施工区域的大小和材料的特性，选择适合的旋转压实SGC设备。
c. 准备材料：根据工程要求，准备好需要压实的土壤、沥青等材料。
2. 设备设置a. 设备安装：根据设备的操作手册，正确安装旋转压实SGC设备，确保设备稳定可靠。
b. 调整参数：根据施工要求，调整设备的参数，如振动频率、振动力等。
3. 施工操作a. 设备启动：按照设备的操作手册，启动旋转压实SGC设备。
b. 施工路径规划：根据施工区域的形状和大小，合理规划施工路径，确保覆盖整个施工区域。
c. 施工速度控制：根据材料的特性和设备的参数，控制施工速度，以达到最佳的压实效果。
d. 施工压力控制：根据材料的特性和设备的参数，控制施工压力，以确保材料的压实度和稳定性。
e. 施工时间控制：根据施工区域的大小和材料的特性，合理控制施工时间，以确保材料的压实度和稳定性。
4. 施工质量控制a. 检查施工区域：在施工过程中，定期检查施工区域的压实情况，确保达到预期的压实效果。
b. 调整参数：根据实际情况，调整设备的参数，以达到最佳的压实效果。
c. 检测压实度：使用合适的检测工具，对施工区域进行压实度检测，确保达到工程要求。
5. 安全注意事项a. 操作人员安全：操作人员应穿戴好安全装备，如安全帽、防护服等。
b. 设备安全：定期检查设备的安全状况，确保设备正常运行。
c. 施工区域安全：施工区域应设置明确的警示标志，以避免他人误入。
d. 紧急情况处理：制定应急预案，确保在紧急情况下能够及时处理。
三、案例分析以某道路基础工程为例，使用旋转压实SGC进行施工。
旋转压实仪的特性和工作原理是什么？一、简介旋转压实仪是一种专门用于检测土壤力学性质的装置，可用于模拟压实过程。
旋转压实仪可以将所需压实样品放置在旋转辊中央，通过将辊轴建立固定的轴心旋转，从而实现样品的压实。
本文将详细介绍旋转压实仪的特性和工作原理。
二、特性1.旋转压实仪具有较好的试验可重复性和精度。
2.采用数码控制技术，实现自动化数据采集、处理和存储。
3.旋转压实仪可以模拟不同的压实条件，如压实力、压实速度和水分含量的变化，从而确定土壤力学性质。
4.整个压实过程中，样品的内部结构不会发生破坏性变化，从而更好地反映了土壤的实际性质。
5.旋转压实仪结构简单，易于安装和操作，具有较强的适用性。
三、工作原理旋转压实仪主要由主机、压实辊、数码控制系统等部分构成。
其工作原理是：在数码控制系统的控制下，通过电机带动压实辊旋转，对样品进行压实作用，同时采集并处理采集到的数据。
旋转压实仪的主机上设有压实辊，压实辊由辊体和辊轴组成。
辊体是用于压实样品的部分，辊轴是支撑和旋转辊体的支撑部分，辊轴的旋转中心即为压实辊的辊心。
当样品放置在压实辊中心时，启动数码控制系统，电机带动压实辊旋转同时施加一定的压力，从而实现样品的压实。
整个压实过程中，通过数码控制系统可以实现压实力、压实速度、水分含量等参数的设定，从而模拟不同条件下的压实过程。
在压实过程中，压实辊会连续旋转并施加压力，从而使样品逐渐压实，数据采集系统将实时监测并记录下压实过程中的变化，如样品的密度、含水率等，从而得到土壤样品的力学性质参数。
四、结论旋转压实仪是一种用于检测土壤力学性质的有效工具，具有较好的试验可重复性和精度，在模拟压实过程时能够更好地反映土壤的实际性质。
其主要特点在于模拟不同的压实条件，结构简单易于安装和操作，具有广泛的应用前景。
