倒立摆系统结构
倒立摆概述
倒立摆系统主要由计算机、A／D、D／A、电机、电位器以及一些机械部件所构成。
计算机作为数字控制器实现对系统的实时控制，同时也为操作者提供人一机界面，完成对系统的监督功能，如实时画图、数据采集等：A／D、D／A接口板插在计算机内，完成数模、模数的转换；放大器用于电压和功率的放大；电机是系统的执行元件和速度反馈元件：电位器是测量元件，它分别检测了小车相对于轨道中心点的相对位置和摆与铅垂线的角度偏移和角速度。单级倒立摆系统的整套机械部件分别安装在两块底板上，底板上固定着导轨支架、电机底座和滚动轴承等装置。通过导轨支架安装好小车滑行的导轨，小车用电机和滚动轴承通过传动皮带实现运动，小车连着电位器。如图所示的分别是倒立摆系统的原理图和结构图。
倒立摆系统原理图
倒立摆系统结构图
倒立摆是一个数字式的闭环控制系统，其工作原理如下：
小车在电机的拖动下沿固定的直线轨道进行运动，相应的产生了小车的直线位
移、速度、倒立摆偏移角位移和角速度，这些变量都可以通过安装在不同部位的电位器测得。测得的数掘通过A／D转换送到计算机，经过计算机内部对数据处理后产生控制指令，该控制指令经D／A变换、放大器放大后再输出给电动机，从而产生相应的控制作用，从而实现对小车位移和倒立摆角位移的控制。控制对象是能在轨道上滑动的小车，小车上面竖立～个倒立摆。当小车运动时，倒立摆就会与小车一起摆动。用电位计测出摆角e和小车的位移X送到A／D转换成数字信号，通过控制器对信号进行控制，控制量经D／A转换成模拟量，经放大后给执行电机，电机经传动装置带动小车运动，使车和倒立摆到达预定位置并通过车的运动控制e角，以使摆角为零，从而达到控制的目的。
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