二级倒立摆系统实物LQR 控制

风靡全球

二级倒立摆系统实物LQR 控制

在利用LQR控制器进行三级倒立摆的实物系统控制实验时，经常出现撞车和死机保护等现象，实验未能成功。这主要是由于LQR控制器的响应时间太快，以至于冲量太大，难以用于实物控制。但是，利用LQR控制器，可以成功的实现二级倒立摆系统的实物控制。

通常，计算机控制是将被控对象的部分状态值(如温度、流量、转角和位置等)进行采样，并通过输入通道将模拟信号转化为数字信号，传递到计算机中，计算机根据这些数字信息，按预定的控制算法进行计算，得到控制量。然后通过输出通道将数字信号转化为模拟信号，施加于执行机构，来控制被控对象。

二级倒立摆实物控制系统由控制平台、电控箱、倒立摆本体以及若干信号传输线路，是一种典型的计算机控制系统。控制平台：由一台PC机和插在这台PC中的运动控制卡组成。GT-400四轴运动控

制卡的核心由ADSP2181 数字信号处理器和FPGA组成，实现高性能的控制计算。该运动控制器是一块带有PCI 标准总线，以IBM-PC或者兼容机作为主机的应用插板。它具有功能强、性能高、价格低、使用方便的特点，可以同步控制四个运动轴，实现复杂的多轴协调运动。

电控箱：实物结构主要由伺服电机驱动器、12V直流电源、运动控制器端子板、接口插座和开关等组成。通过它可以驱动摆体上的交流伺服电机，为倒立摆系统提供控制量。同时当系统失控、飞车时，通过上面的电源开关可以切断电源。倒立摆本体：实物结构。它是典型的多变量强藕合非线性被控对象。主要部件有：交流伺服电机，同步带，增量式光电编码器，小车，摆杆，滑杆，限位开关等。 运动过程：小车由电机通过同步带驱动在滑杆上来回运动，保持摆杆平衡。电机编码器和角编码器向运动卡反馈小车和摆杆位置（线位移和角位移）。

倒立摆实物控制系统是一个典型的计算机控制系统，倒立摆的控制策略是通过软件实现的，因此控制软件的编写是实现倒立摆实物系统控制的重要环节。本系统的控制程序是用Matlab程序中Simulink编程实现的，在Win2000平台上运行。

通过编码器反馈小车位移和摆角位移，而小车和各级摆杆的速度利用一阶差分的方法计算得到。计算机从运动控制卡中实时读取数据，计算出加速度（力），并发送给运动控制卡。运动控制卡经过DSP内部的控制算法实现该控制决策，产生相应的控制量，使电机转动，带动小车运动，保持摆杆平衡。