倒立摆系统的建模拉格朗日方程

精品文档---下载后可任意编辑倒立摆系统的构成及其参数1 倒立摆系统的基本结构本设计所用到的倒立摆模型直线一级倒立摆系统。整个系统是由 6 大部分所组成的一个闭环系统，包括计算机、数据采集卡、电源及功率放大器、直流伺服电机、倒立摆本体和两个光电编码器等模块。如图 2.1 所示：图 2.1 倒立摆系统的结构组成示意图FigStructureofthelinearsingleinvertedpendulumsystem2 系统主要组成部分简介直线一级倒立摆装置如图 2.2 所示[13]：Fig 2.2 Straight linear 1-stage inverted pendulum deviceQuanser 倒立摆系统包含倒立摆本体、数据采集电控模块以及控制平台等三大部分，其中控制平台是由装有 Quanser 专用实时控制软件的通用 PC 机组成。1．直线倒立摆主体倒立摆主体是由 Quanser 直线运动控制伺服单元 IP02 与直线一级摆杆组成，并配有专用的小车直线轨道。这里主要介绍下 Quanser 直线运动控制伺服单元 IP02(即倒立摆运动小车)及导轨的组成：Fig 2.3 Servo unit IP02 parts编号名称英文(01)IP02 小车IP02Cart(02)不锈钢滑轨StainlessSteelShaft(03)齿轮导轨Rack(04)小车位移齿轮CartPositionPinion(05)小车电机传动齿轮CartMotorPinion(06)小车电机传动齿轮轴CartMotorPinionShaft(07)摆杆传动轴PendulumAxis(08)IP02 小车位移编码器IP02CartEncoder(09)IP02 摆杆角度编码器IP02 PendulumEncoder(10)IP02 小车位移编码器接口IP02CartEncoderConnector(11)IP02 摆杆角度编码器接口IP02PendulumEncoderConnector(12)电机接口MotorConnector(13)直流伺服电机DCMotor精品文档---下载后可任意编辑(14)变速器PlanetaryGearbox(15)直线滑轨支撑轴LinearBearing(16)摆杆连接套PendulumSocket(17)IP02 配重模块IP02WeightFig 2.4 System guide rail structure编号名称英文(22)导轨末端挡板RackEndPlate(23)导轨固定螺丝RackSetScrew(24)小车运动限位TrackDiscontinuity直线一级倒立摆系统的倒立摆的摆杆连接在 IP02 小车的摆杆连接套上，IP02 小车由电机通过齿轮传动机构在导轨上来回运动，保持摆杆平衡。系统的直流电机采纳的是Faulhaber2338S006 型号的无刷直流电机，这种电机不仅具有结构简单、运行可靠的优点，而且还比传统的直流电机具有更快的反应速度。电机还配有 Faulhaber 的变速箱，可以提供3.71:1 的减速比。（2）．数据采集模块电控箱内安装了本系统用到的各种电气元件，其中...