一種基于陀螺進(jìn)動(dòng)效應(yīng)的倒立擺系統(tǒng)研制.pdf

1、倒立擺系統(tǒng)是根據(jù)實(shí)際研究需要提出的一種模型化的系統(tǒng)，研究者根據(jù)對(duì)倒立擺的起擺與平衡控制研究成果應(yīng)用在其它自然不穩(wěn)定系統(tǒng)領(lǐng)域的控制研究。本課題考察了幾種獨(dú)輪車比較常見的側(cè)平衡控制裝置，針對(duì)基于質(zhì)量塊的側(cè)平衡控制低效并會(huì)為系統(tǒng)帶來波動(dòng)、基于水平轉(zhuǎn)子的側(cè)平衡裝置不能靈活穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)側(cè)平衡、垂直轉(zhuǎn)子的平衡裝置對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)性能的高要求，并借鑒基于陀螺儀的獨(dú)輪車平衡機(jī)構(gòu)，提出了一種基于陀螺進(jìn)動(dòng)效應(yīng)的穩(wěn)定裝置，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種基于陀螺進(jìn)動(dòng)效應(yīng)的倒

2、立擺系統(tǒng)，并進(jìn)行穩(wěn)定平衡能力的研究。
　　本文的研制的基于陀螺進(jìn)動(dòng)效應(yīng)的倒立擺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上主要有陀螺外支架、陀螺內(nèi)支架、陀螺轉(zhuǎn)子以及底輪四部分組成。陀螺轉(zhuǎn)子由盤式無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)，陀螺內(nèi)支架與陀螺轉(zhuǎn)子組成陀螺體，由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，為陀螺轉(zhuǎn)子提供進(jìn)動(dòng)角速度?？刂葡到y(tǒng)的核心部分為基于 STM32F103C8T6單片機(jī)的控制器，它直接控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、MPU6050傳感器信息的采集以及數(shù)據(jù)通訊模塊等。
　　文中提出了一種能實(shí)現(xiàn)倒立擺穩(wěn)定平衡

3、的PID控制方法，它基于系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型設(shè)計(jì)，并利用Lyapunov函數(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，驗(yàn)證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可收斂性。利用 Adams與Matlab對(duì)基于陀螺進(jìn)動(dòng)效應(yīng)的倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行了三種方法的PID控制仿真，分別是基于系統(tǒng)傳遞函數(shù)的Simulation仿真、基于matlab編程的仿真以及Adams與matlab的聯(lián)合仿真。
　　通過仿真實(shí)驗(yàn)初步驗(yàn)證了PID算法的可行性以及倒立擺系統(tǒng)的可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定平衡，并獲得了能實(shí)際實(shí)驗(yàn)中P