基于单片机实现对二级倒立摆的控制

倒立摆装置被公认为自动控制理论中的典型试验设备，是控制理论教学和科研中不可多得的典型物理模型。通过对它的研究不仅可以解决控制中的理论问题，还能将控制理论设计的三个主要基础学科：力学、数学和电学(包含计算机)进行有机的综合应用，在多种控制理论与方法的研究和应用中，特别是工程实践中，存在一种可行性的试验问题，将其理论和方法得到有效的经验，倒立摆可为此提供一个从控制理论通往实践的桥梁。 倒立摆本身是一个自然不稳定体，在控制过程中能有效地反映控制中的许多问题。倒立摆的典型性在于：作为一个装置，其成本低廉，结构简单，便于模拟，数字实现不同方式控制；作为被控对象，又相当复杂，是高阶次、不稳定、非线性、强耦合系统，只有采取行之有效的控制方法方能使之稳定。 本文首先利用牛顿第二定律及相关的动力学原理建立二级倒立摆的数学模型，对小车和摆分别进行受力分析，并采用等效小车的概念进行线性化处理，并运用线性系统理论分析了这个系统的能控性，提出了应用状态反馈理论，通过极点配置实现对倒立摆的控制。接着应用模糊控制理论对倒立摆系统进行设计，并进行了模糊控制规则库的构建，实现对倒立摆的控制。