开放性试验示例
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开放性实验
参与实验对象:三年级以上自动控制专业有能力的学生
实验项目:倒立摆控制系统设计与探讨
磁悬浮控制系统设计与应用
学生自带感兴趣的控制类小设计
现展示05级兴趣小组学生利用固高产的GIP-200二级倒立摆装置来设计一级倒立摆的研讨过程。
由于他们是三年级上进的实验室,还没有学过现代控制理论,所以,他们选择的设计方案是:1)先用单闭环对倒立摆进行控制。
2)用单摆角度和滑块位置两个闭环反馈,使单摆稳定直立。
下图是固高产的两级倒立摆系统
内容归纳如下
一、建立倒立摆的数学模型:
倒立摆与小车位置的传递函数是
2
2()0.02725()0.01021250.26705s s X s s θ=-
倒立摆是靠水平方向加速度控制的,所以
2()0.02725()0.01021250.26705s a s s θ=-
二、只有单环时采用PID 校正
仿真框图为
反复调节PID 参数后,得到可以接受的数据,取Kp=70;Kd=10
倒立摆是可以立起来的,但水平方向不能定下来,总是慢慢朝一个方
向移动
用示波器测得的倒立摆位置和角度输出曲线:
结论:
单环控制系统的设计与实现是简单的,但性能不理想。
三、用位置和角度双闭环控制
右下部分是角度和位置的数据实时的输送到虚拟环境进行同步显示
外环调节器设计的比较困难(批注:内环设计不合理造成),所以在原来校正的基础上又加了零极点校正。
见上述设计框图。
仿真根轨迹图如下:
控制曲线如下:
教师评价:
倒立摆是立起来了,由于两环的设计的不太精细(学生还没有学到运动控制部分),抗干扰能力等要比固高设计的控制系统差不少。
在系统建模、系统仿真、频率法设计、根轨迹仿真设计、Simulink实时控制做了不少工作,对于三上的学生已经是很大的收获和进步。
望自动控制原理全部学完后,再尝试用其他算法来设计控制规律。