一级倒立摆

一：什么是倒立摆？研究倒立摆有什么意义？

倒立摆控制系统是一个复杂的、不稳定的、非线性系统，是进行控制理论教学及开展各种控制实验的理想实验平台。对倒立摆系统的研究能有效的反映控制中的许多典型问题：如非线性问题、鲁棒性问题、镇定问题、随动问题以及跟踪问题等。通过对倒立摆的控制，用来检验新的控制方法是否有较强的处理非线性和不稳定性问题的能力。同时，其控制方法在军工、航天、机器人和一般工业过程领域中都有着广泛的用途，如机器人行走过程中的平衡控制、火箭发射中的垂直度控制和卫星飞行中的姿态控制等。

分类

倒立摆系统按摆杆数量的不同，可分为一级，二级，三级倒立摆等，多级摆的摆杆之间属于自有连接（即无电动机或其他驱动设备）。现在由中国的北京师范大学李洪兴教授领导的“模糊系统与模糊信息研究中心”暨复杂系统智能控制实验室采用变论域自适应模糊控制成功地实现了四级倒立摆。是世界上第一个成功完成四级倒立摆实验的国家。

倒立摆的控制目标倒立摆的控制问题就是使摆杆尽快地达到一个平衡位置，并且使之没有大的振荡和过大的角度和速度。当摆杆到达期望的位置后，系统能克服随机扰动而保持稳定的位置。

倒立摆的控制方法

倒立摆系统的输入为小车的位移（即位置）和摆杆的倾斜角度期望值，计算机在每一个采样周期中采集来自传感器的小车与摆杆的实际位置信号，与期望值进行比较后，通过控制算法得到控制量，再经数模转换驱动直流电机实现倒立摆的实时控制。直流电机通过皮带带动小车在固定的轨道上运动，摆杆的一端安装在小车上，能以此点为轴心使摆杆能在垂直的平面上自由地摆动。作用力u平行于铁轨的方向作用于小车，使杆绕小车上的轴在竖直平面内旋转，小车沿着水平铁轨运动。当没有作用力时，摆杆处于垂直的稳定的平衡位置（竖直向下）。为了使杆子摆动或者达到竖直向上的稳定，需要给小车一个控制力，使其在轨道上被往前或朝后拉动。

二：二级倒立摆系统的原理是什么？

当一个人用手托起一个竹竿使他不倒，类似这种系统就是一个一级倒立摆系统，通过对竹竿的底端的移动让竹竿的重心维持在它的正下方附近摆动，形成一个动态的平衡，使竹竿不会倒下来，如果在这个竹竿上面再顶一个竹竿，使两个竹竿都立在手上不倒（其中一个顶在另一个的上面），这样的系统就叫二级倒立摆系统，倒立摆级别越高，叠起来的竹竿就越多也越难以控制，倒立摆系统一般应用于控制理论的研究 相关文章如下 www.ntem.com.cn/kjjx2/0913_kj_1.htm

记得采纳啊

三：我现在学过一点单片机，问一下一级旋转式倒立摆怎么做？需要干什么？我是新手，求指导

最简单的实现方法：只需一个绝对角度传感器，运用PID控制。

传感器用于定时测量倒立摆当前的绝对角度（比如每20毫秒测一次），这样PID的三个参数就都有了：

1、两次之间的角度偏差，2、角度偏差的变化率，3、偏差的累积求和。

参数都有了，调一调三个系数就能站起来了

四：如何用Matlab仿真一阶倒立摆模型

%主程序：

clear all

close all

global A B C D

g=9.8;%重力加速度

M=1.0;%小车质量

m=0.1;%杆的质量

L=0.5;%杆长度的一半

Fc=0.0005;%小车相对导轨的摩擦系数

Fp=0.000002;%杆相对于小车的摩擦系数

I=1/12*m*L^2;

l=1/2*L;

t1=m*(M+m)*g*l/[(M+m)*I+M*m*l^2];

t2=-m^2*g*l^2/[(m+M)*I+M*m*l^2];

t3=-m*l/[(M+m)*I+M*m*l^2];

t4=(I+m*l^2)/[(m+M)*I+M*m*l^2];

A=[0 1 0 0;

t1 0 0 0;

0 0 0 1;

t2 0 0 0];

B=[0;t3;0;t4];

C=[1 0 0 0;

0 0 1 0];

D=[0;0];

Q=[100 0 0 0;

0 10 0 0;

0 0 1 0;

0 0 0 1];

R=[0.1];

K=lqr(A,B,Q,R);

e1_1=0;

e2_1=0;

e3_1=0;

e3_1=0;

u_1=0;

xk=[-10/57.3,0,0.20,0];

ts=0.02;

for k=1:1:1000

time(k)=k*ts;

Tspan=[0 ts];

para=u_1;

[t,x]=ode45('daolibai_PID_Controller_SubFunction',Tspan,xk,[],para);

xk=x(length(x),:);

r1(k)=0.0;

r2(k)=0.0;

r3(k)=0.0;

r4(k)=0.0;

x1(k)=xk(1);

x2(k)=xk(2);

x3(k)=xk(3);

x4(k)=xk(4);

e1(k)=r1(k)-x1(k);

e2(k)=r2(k)-x2(k);

e3(k)=r3(k)-x3(k);

e4(k)=r4(k)-x4(k);

S=1;

if S==1

u(k)=K(1)*e1(k)+K(2)*e2(k)+K(3)*e3(k)+K(4)*e4(k);

elseif S==2

de1(k)=e1(k)-e1_1;

u1(k)=-50*e1(k)-10*de1(k);

de2(k)=e2(k)-e2_1;

u2(k)=-10*e2(k)-10*de2(k);

de3(k)=e3(k)-e3_1;

u3(k)=-10*e3(k)-10*de3(k);

de4(k)=e4(k)-e4_1;

u4(k)=-10*e4(k)-10*de4(k);

u(k)=u1(k)+u2(k)+u3(k)+u4(k);

end

if u(k)>=10

u(k)=10;

elseif u(k)<=-10

u(k)=-10;

end

e1_1=e1(k);

e2_1=e2(k);

e3_1=e3(k);

e4_1=e4(k);

u_1=u(k);

end

figure(1);

subplot(411);

plot(time,r1,'k',time,x1,'k');

xlabel('time(s)');ylabel('Angle');

subplot(412);

plot(time,r2,'k',time,x2,'k');

xlabel('time(......余下全文>>

五：单级倒立摆是什么意思？

单级控制要直立的是一个杆

二级就是两个杆直立

依次类推......

六：请问：一阶倒立摆自由度是多少？

有5个自由度。

xyz轴上质心运动有三个平动自由度

杆在空间中还有两畅转动自由度

所以一共是5个自由度

七：一级倒立摆力学分析问题 100分

能将完整的原题法过来吗？

八：倒立摆制作 25分

倒立摆还不简单？我就是自动化大四学生，倒立摆主要包括传感器模块，运算单元，执行机构。

传感器一般用陀螺仪和加速度计协调测量角度，然后经过单片机运算处理得到执行机构应该执行的动作（如电机应该前进还是后退，动作幅度大小），执行机构执行单片机的信息就好了。控制算法一般使用PID，其实只用P控制就好了。

陀螺仪和加速度计信号输入单片机一般使用单片机的AD采集模块。

电机执行可以采用桥式电路实现正反转。

我去年就做了个倒立摆，其实真的很简单。。。

九：电子设计大赛的一级倒立摆需要几个电机啊，传感器用在哪儿啊，。跪求！！！！！

国一用的是一个直流电机，一个广光电马盘，没用传感器，一套PID

十：一级倒立摆系统用什么传感器好？

角度的单轴ssa61或者加速度的sca620和mma8451q。。。