[實用新型]擺桿重心擾動倒立擺裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200820170694.3
• 申請日: 2008-12-29
• 公開（公告）號: CN201323018Y
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發(fā)明（設計）人: 趙曉東;楊澤明;汪海燕;薛安克
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G09B25/02
• 分類號: G09B25/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 杜 軍

技術領域

本實用新型屬于科研教學技術領域，涉及一種實驗裝置，尤其涉及一種擺桿重心擾動倒立擺裝置。

背景技術

近二十年來，現(xiàn)代控制理論的一個焦點就是在有不確定性存在的前提下，如何有效控制被控對象，盡可能地減小實際系統(tǒng)中不可避免的各種不確定性因素對控制系統(tǒng)品質(zhì)的影響。圍繞著這個焦點，現(xiàn)代控制理論學者提出了許多有效的控制系統(tǒng)設計方法，如魯棒控制、自適應控制、模糊控制、智能控制等等。但是，與這些現(xiàn)代控制理論成果的先進性對照的卻是缺乏實驗驗證手段。倒立擺在控制理論發(fā)展的過程中，一直作為一種公認的實驗驗證手段。

現(xiàn)有的直線運動倒立擺的基本模塊為直線運動控制模塊，該模塊由交流/直流伺服電機驅(qū)動滑動小車沿直線軸承滑動，完成定位控制和速度跟蹤的任務。在滑動小車上加裝一個一節(jié)擺系統(tǒng)，則構成了比較復雜的控制教學平臺——一節(jié)倒立擺系統(tǒng)。該系統(tǒng)可用于測試、研究和開發(fā)各類新的控制算法。雖然，目前對倒立擺系統(tǒng)的控制策略有如此之多，而且有許多控制策略都對倒立擺進行了穩(wěn)定控制，但大多數(shù)都沒考慮倒立擺系統(tǒng)本身的參數(shù)在可變的情況下，還能否使倒立擺穩(wěn)定地豎立。

魯棒控制是自動控制領域二十世紀末最重要的研究結果之一。簡單地說，魯棒控制處理的是不確定對象，這種不確定性包括外部擾動、模型參數(shù)變化、未建模動態(tài)、執(zhí)行器的誤差等等，目前，魯棒控制理論已經(jīng)相當成熟，并作為基本內(nèi)容寫入面向本科生、研究生和工程師培訓教材中。但與傳統(tǒng)自動控制原理相比，教學中各種魯棒控制算法的演示都靠計算機仿真系統(tǒng)軟件來實現(xiàn)，缺乏相應的實驗手段來檢驗：魯棒控制理論是否符合自然規(guī)律，是否能夠解決現(xiàn)實存在的問題。

另外一方面，倒立擺裝置是目前自動控制原理教學中非常“流行”的實驗裝置之一。通常倒立擺擺桿的參數(shù)是不可變的，在這種情況下，就無法驗證魯棒控制在參數(shù)可變的情況下的優(yōu)越性。魯棒控制理論的正確性及實際應用中的可行性需要一個按其理論設計的控制器去控制一個典型對象來驗證。根據(jù)魯棒控制這種參數(shù)可變的需要，我們對倒立擺裝置進行了改造，設計了一種擺桿參數(shù)可變的倒立擺裝置——擺桿重心擾動的倒立擺，該裝置可以用來直接驗證各種魯棒控制算法。

對擺桿重心可變的倒立擺的研究具有重要的工程背景。在火箭等飛行器的飛行過程中，燃料不斷的燃燒也會使其重心得到改變(類似擺桿重心可變的倒立擺)，為了保持其正確的姿態(tài)，要不斷進行實時控制。因此擺桿重心可變的倒立擺系統(tǒng)與火箭飛行器和各類伺服云臺穩(wěn)定有很大相似性。

綜上所述，現(xiàn)有倒立擺裝置的設計參數(shù)均為固定值，很難用于驗證現(xiàn)代控制理論的不確定性。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種擺桿重心時變的倒立擺裝置。

本實用新型包括基座，基座上對應設置有主動軸支架和從動軸支架，主動軸支架的兩側設置有聯(lián)動的動力軸和主動軸，從動軸支架的一側設置有從動軸，主動軸和從動軸通過傳動帶聯(lián)動，傳動帶的兩端與小車固定連接，小車安裝在與基座固定連接的滑軌上，并與滑軌構成滑動配合。

小車上固定設置有擺桿支座，轉軸穿過擺桿支座設置，轉軸的一端與角度編碼器配合連接，另一端與擺桿的底端固定連接，擺桿的頂端安裝有擾動盒。所述的擾動盒為圓柱形盒體，盒體的頂面為透明。擾動盒的內(nèi)部為擾動腔，擾動腔內(nèi)放置有3～5個鋼球，鋼球可在擾動腔內(nèi)自由滾動。轉軸的軸向與擺桿的軸向垂直，擺桿的軸向與擾動盒的底面垂直。

本實用新型的倒立擺裝置在工作中通過擾動腔內(nèi)鋼球的自由滾動實現(xiàn)了擺桿重心的變化，在科研教學中可以驗證魯棒控制方法。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，擺桿重心擾動倒立擺裝置包括基座1，基座1上對應設置有主動軸支架2和從動軸支架3，主動軸支架2的兩側設置有聯(lián)動的動力軸4和主動軸5，動力軸4與電機連接。從動軸支架3的一側設置有從動軸6，主動軸5和從動軸6通過傳動帶7聯(lián)動，傳動帶7的兩端與小車8固定連接。小車8安裝在與基座固定連接的滑軌9上，并與滑軌9構成滑動配合。

小車8上固定設置有擺桿支座10，轉軸11穿過擺桿支座10設置，轉軸11的一端與角度編碼器12配合連接，另一端與擺桿13的底端固定連接，擺桿13的頂端安裝有擾動盒14。所述的擾動盒14為圓柱形盒體，盒體的頂面為透明。擾動盒的內(nèi)部為擾動腔，擾動腔內(nèi)放置有3～5個鋼球15，鋼球15可在擾動腔內(nèi)自由滾動。轉軸的軸向與擺桿的軸向垂直，擺桿的軸向與擾動盒的底面垂直。