二级倒立摆机构设计【全套CAD图纸+毕业论文】【原创资料】

目录

目录2

前 言3

第一章 绪论4

1.1二级倒立摆系统的概述4

1.2 国内外发展现状4

1.3 课题研究的意义5

第二章  总体方案设计7

2.1二级倒立摆工作原理7

2.1.1系统设计8

2.1.2控制器设计9

2.2总体结构设计9

2.2.1   二级倒立摆装配图设计9

第三章  设计计算与零部件选用13

3.1设计计算13

3.2 零件的选型18

3.2.1伺服电机选型18

3.2.2 LM滚动导轨副选择19

3.2.3 联轴器的选择20

3.2.4 编码器的选择21

3.2.5 滚动轴承的选择22

3.2.6滚珠丝杠的选择23

3.3校核计算24

3.3.1二级倒立摆整体重量的计算26

3.3.2交流伺服电动机的计算和校核26

第四章  二级倒立摆的使用29

4.1注意事项29

4.1.1准备阶段注意事项29

4.1.2电脑的配置要求29

4.1.3使用注意事项29

4.2系统使用29

4.2.1倒立摆的开机操作及电位器零位调整方法29

4.2.2系统操作与维护30

前 言

倒立摆系统是理想的自动控制教学实验设备，使用它能全方位的满足自动控制教学的要求。许多抽象的控制概念如系统稳定性、可控性、系统收敛速度、和系统抗干扰能力等，都可以通过倒立摆直观的表现出来。

倒立摆系统具有模块性好和品种多样化的优点，其基本模块既可是一维直线运动平台或旋转运动平台，也可以是两维运动平台。通过增加角度传感器和一节倒立摆杆，可构成直线单节倒立摆、旋转单节倒立摆或两维单节倒立摆；通过增加两节倒立摆杆和相应的传感器，则可构成两节直线倒立摆和两节旋转倒立摆。

倒立摆的控制技巧和杂技运动员倒立平衡表演技巧有异曲同工之处，极富趣味性。学习自动控制课程的学生通过使用它来验证所学的控制理论和算法，加深对所学课程的理解。由于倒立摆系统机械结构简单，易于设计和制造，成本低廉，因此在欧美发达国家的高等院校，它已成为必备的控制教学设备。

同时由于倒立摆系统的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合特性，许多现代控制理论的研究人员一直将它视为研究对象，并不断从中发掘出新的控制理论和控制方法，相关的成果在航天科技和机器人学方面获得了广阔的应用。因此，倒立摆系统也是进行控制理论研究的理想平台。

本设计对经典的二级倒立摆系统进行数学建模、控制设计和系统仿真。二级倒立摆系统数学建模中，利用拉格朗日方程来建立倒立摆运动学方程，在进行线性化之后得到系统理想状态的数学方程。控制设计是采用的线性最优控制，设计时使在无限时间上的系统的性能泛函取最小值，而得到最优反馈系数向量K，实现最优控制。在系统仿真中，使用Matlab控制系统设计工具箱中的专用函数计算系统特征值和最优反馈系数K，并进行系统仿真，得到系统的响应曲线。