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通過對一階旋轉(zhuǎn)倒立擺系統(tǒng)原理的分析，選用單片機作為控制器，直流電機作為執(zhí)行器，電位器式角度傳感器作為反饋環(huán)節(jié)，采用ＰＩＤ控制算法設(shè)計實現(xiàn)了一階旋轉(zhuǎn)倒立擺控制系統(tǒng)。實驗結(jié)果表明該系統(tǒng)在穩(wěn)定的基礎(chǔ)上具有較強的魯棒性，驗證了ＰＩＤ控制算法在一階旋轉(zhuǎn)倒立擺系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性和有效性。
１系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理
圖１為一階旋轉(zhuǎn)倒立擺結(jié)構(gòu)示意圖。直流電機作為唯一的動力裝置，與旋臂保持剛性連接，帶動旋臂在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，旋臂的一端通過轉(zhuǎn)軸（本系統(tǒng)選用電位器角度傳感器）與擺桿連接，擺桿可做垂直于旋臂的圓周運動。在自然狀態(tài)下，擺桿為豎直下垂狀態(tài)。倒立擺控制的目的是通過控制直流電動機的運動狀態(tài)，使擺桿保持倒立狀態(tài)。
系統(tǒng)工作原理如下：擺桿擺動時，角度傳感器檢測擺桿的角度，根據(jù)角度傳感器的輸出特性，其輸出電壓經(jīng)Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電壓數(shù)字量，該數(shù)字量與期望的值進行比較產(chǎn)生偏差，通過單片機對該偏差進行處理，即ＰＩＤ控制運算，根據(jù)運算結(jié)果產(chǎn)生控制信號控制電機和旋臂的轉(zhuǎn)動，使擺桿的角度與期望的角度更接近。
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