深圳市元创兴科技有限公司 实验指导书
Reinovo
板球系统的定位控制和轨迹跟踪
实 验 指 导 书
第一部分
深圳市元创兴科技有限公司
20XX年12月22日
深圳市元创兴科技有限公司 实验指导书
第一章 实验使用仪器及其连接方式 .....................................................................................1 第二章 系统控制原理简介 .....................................................................................................2 第三章 实验 .............................................................................................................................3
太仓市实验小学
实验一 运动控制基础实验 .................................................................................................... 3 实验二 板球系统调平板水平实验 .......................................................................................... 8 实验三 板球系统建模、仿真及实验 .................................................................................... 10 实验四 状态空间极点配置控制实验 .................................................................................... 19 实验五 线性二次最优控制LQR控制实验 ............................................................................. 33 实验六 模糊控制实验 ......................................................................................................... 40 实验七 变论域模糊控制实验 ............................................................................................... 47
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第一章 实验使用仪器及其连接方式
一 PC机
硬件要求：
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1、Pentium II、Pentium III、AMD Athlon或者更高； 2、内存至少256MB，推荐256MB 以上； 3、至少有两个USB接口； 4、支持RS-232 串口通信。 软件要求：
消费税暂行条例 1、Microsoft Windows 98、Microsoft Windows 20XX、Microsoft Windows XP； 2、Visual C++ ； 3、Matlab 。 二 试验系统
板球系统实验总体结构如图所示
小球位移数据采集卡USB数据线电机数据采集卡伺服驱动器电机编码器输出电机1板球电机2计算机电源控制量图 板球实验系统总体结构图 本实验系统的主体包括板球、伺服驱动器、数据采集卡、直流伺服电机等。主体、驱动器、直流伺服电机、电源和数据采集卡都置于实验箱内，实验箱通过两条USB数据线与上
位机进行数据交换，另有一条线接220V交流电源。
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平湖18楼 第二章 系统控制原理简介
本实验系统以自动控制中的现代控制理论和模糊控制为理论基础。
板球系统的实验原理是：小球位置采集卡采集到触摸屏上小球位置数据，电机数据采集卡采集到两个电机尾部编码器数据，电机与平板通过连杆连接，所以通过计算就可以得到平板的倾斜角位移以及小球的位移，角位移差分得角速度，位移差分可得速度，然后根据自动控制中的各种理论转化的算法计算出控制量。控制量计算机通过USB数据线下发给伺服驱动器，驱动器实现对电机控制，电机尾部编码器连接到驱动器形成闭环，从而可以实现平板上小球的定位以及轨迹跟踪。
其工作原理如图所示
计算机两个伺服驱动器两个直流电机板球电机数据采集卡两个编码器小球位移数据采集卡 图 板球系统工作原理图
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倒立摆的控制目标有两个，一是定位，即控制小球运动到指定的位置；二是轨迹跟踪，即控制小球按照给定的轨迹进行运动，如圆形、矩形。整个过程是动态的，表现为平板上下运动也就是电机的正反转。板球系统的实时性较强，所以采样时间一般取30ms左右。
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