嵌入式組合控制直線一級(jí)倒立擺系統(tǒng)

2．4 系統(tǒng)的功能
(1)能夠?qū)崿F(xiàn)擺桿的自動(dòng)擺起。
(2)當(dāng)擺桿偏角進(jìn)入±20°范圍時(shí)，自動(dòng)切換到LQR控制器，以實(shí)現(xiàn)擺角的控制和穩(wěn)擺；
(3)當(dāng)擺桿偏角進(jìn)入±5°范圍時(shí)，自動(dòng)切換到學(xué)生控制器穩(wěn)擺。
在穩(wěn)擺過(guò)程中，始終由LQR控制器控制小車在適宜位置運(yùn)動(dòng)。加入干擾信號(hào)后，可以同時(shí)在線觀測(cè)到小車位置、擺桿角度被控過(guò)程和干擾信號(hào)的波形。整個(gè)運(yùn)行過(guò)程無(wú)需人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)了安全、自動(dòng)、迅捷、可靠的設(shè)計(jì)目標(biāo)。多路顯示器Scop可實(shí)時(shí)顯示小車位置、擺桿角度、干擾信號(hào)的動(dòng)態(tài)變化情況。
2．5 LOG模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)
LOG模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3中左端端子分別為：端子1為擺桿偏角進(jìn)入±20°范圍時(shí)的加速度輸入端；端子2為倒立擺擺桿的角度輸入端；端子3為擺桿偏角進(jìn)入±5°范圍時(shí)的加速度輸入端，端子4為干擾信號(hào)的輸入端。中間的Abs和Switch框分別為取絕對(duì)值模塊和選擇開(kāi)關(guān)模塊。右端Acc為邏輯切換單元輸出，即加速度信號(hào)。
2．6 邏輯切換單元原理
當(dāng)擺桿偏角進(jìn)入±20°范圍時(shí)，自動(dòng)切換到LQR控制器，以實(shí)現(xiàn)擺角的控制和穩(wěn)擺；當(dāng)擺桿偏角進(jìn)入±5°范圍時(shí)，自動(dòng)切換到作者設(shè)計(jì)的控制器穩(wěn)擺。

3 仿真實(shí)驗(yàn)
本文所用實(shí)際系統(tǒng)的模型參數(shù)為：l=0．25 m，g=9．8 m／s2，采樣周期T=0．020s。
將上述參數(shù)代入第1節(jié)中系統(tǒng)狀態(tài)空間方程式(3)，可得系統(tǒng)的實(shí)際模型(4)如下：