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研究生: 簡立杰
CHIEN, LI-CHIEH
論文名稱: 慣性桿倒單擺系統之平衡控制
Balance Control of Inertia Pole Inverted Pendulum Systems
指導教授: 何明字
Ho, Ming-Tzu
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 工程科學系
Department of Engineering Science
論文出版年: 2006
畢業學年度: 94
語文別: 中文
論文頁數: 97
中文關鍵詞: 慣性桿倒單擺
外文關鍵詞: Inertia Pole inverted pendulum
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  • 摘要
    慣性桿倒單擺系統是一個不穩定的非線性系統,其機械結構並不複雜,故適用於驗證各種控制理論。本論文中首先介紹如何建立慣性桿倒單擺系統,然後推導出慣性桿倒單擺系統機械部份數學模型,並且建立直流馬達模型,最後並將機械部份與電氣部份合一。本論文主要目的在使單擺平衡於不穩定平衡點,平衡控制器採用LQR控制理論,然後利用MATLAB/Simulink來進行平衡控制器的設計與模擬。最後,吾人以數位訊號處理器為基礎,及利用C語言與組合語言撰寫控制器程式來實現整個控制系統,經實作顯示慣性桿倒單擺可達到平衡。

    Abstract
    The inertia pole inverted pendulum system is an unstable nonlinear system. The mechanism of this system is not complicated. Because of this reason, this system provides a platform for verifying the effectiveness of different control schemes. In this thesis, it is first shown how to build up an inertia pole inverted pendulum system. Then the mathematical model of the inertia pole inverted pendulum is derived and also the DC motor model is obtained. The objective of this research is to balance the pendulum at the unstable position. The balance controller design is based on the LQR control theory. MATLAB/Simulink are used to design and simulate the control system. Finally, the control law is implemented using a digital signal processor with programs coded in C language and assembly. The experimental results are given to demonstrate the effectiveness of the control system.

    目 錄 頁次 中文摘要…………………………………………………………………………………I 英文摘要…………………………………………………………………………………II 誌謝………………………………………………………………………………………III 目錄………………………………………………………………………………………IV 圖表目錄…………………………………………………………………………………VI 第一章 緒論 ……………………………………………………………………………1-1 1-1 研究背景..…………………………………………………………………1-1 1-2 研究動機……………………………………………………………………1-1 1-3 研究目的……………………………………………………………………1-2 1-4 研究步驟……………………………………………………………………1-5 1-5 相關文獻回顧…..…………………………………………………………1-8 1-6 本實驗室之相關成果………………………………………………………1-8 1-7 本文結構……………………………………………………………………1-9 第二章 慣性桿倒單擺系統和直流伺服馬達數學模型……………………………… 2-1 2-1 前言…………………………………………………………………………2-1 2-2 慣性桿倒單擺機構部份的數學模型建立…………………………………2-1 2-3 永磁式直流馬達部份的數學模型建立……………………………………2-8 2-4 永磁式直流馬達參數鑑別.…………………………………………………2-11 2-5 慣性桿倒單擺系統整體系統數學模型……………………………………2-16 第三章 平衡控制器之設計……………………………………………………………3-1 3-1 前言…………………………………………………………………………3-1 3-2 LQR控制器理論………………………………………………………………3-1 3-3 慣性桿倒單擺系統的平衡狀態……………………………………………3-3 3-4 平衡控制器設計與控制系統模擬…………………………………………3-5 第四章 慣性桿倒單擺系統機構製作…………………………………………………4-1 4-1 前言…………………………………………………………………………4-1 4-2 慣性桿倒單擺系統簡介……………………………………………………4-2 4-3 慣性桿倒單擺系統機構的製作……………………………………………4-6 4-4 感測器與感測器電路………………………………………………………4-11 4-5 D/A轉換電路與永磁式直流馬達驅動電路………………………………4-14 第五章 軟體環境和實驗結果…………………………………………………………5-1 5-1 前言…………………………………………………………………………5-1 5-2 Code Composer Studio 軟體環境.…………………………………………5-1 5-3 軟體發展流程………………………………………………………………5-4 5-4 軟體實現……………………………………………………………………5-6 5-5 實驗結果……………………………………………………………………5-9 第六章 結論與未來展望.………………………………………………………………6-1 6-1 結論…………………………………………………………………………6-1 6-2 未來展望……………………………………………………………………6-2 參考文獻 自述

    參考文獻

    [1] M. W. Spong, “Swing Up Control of the Acrobot,” 1944 IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, pp. 2356-2361, San Diego, CA, 1994.
    [2] S. Kawaji, K. Ogasawara and H. Honda, “Swing Up Control of a Pendulum using Genetic Algorithms,” Proc. of the 33th IEEE conf. on Decision and Control, pp.3530-3532, 1994.
    [3] M. Widjaja and S. Yrukovich, “Intelligent Control for Swing Up and Balancing of an Inverted Pendulum System,” Proc. of the 4th IEEE conf. on Control Appl., pp.534-542, 1995.
    [4] M. Widjaja and S. Yrukovich, “Intelligent Control for Swing Up and Balancing of an Inverted Pendulum System,” Proc. of the 4th IEEE conf. on Control Appl., pp.534-542, 1995.
    [5] G. Du, N. Hung, G. Wu, P. Zhang, Z. Oing, and D. Sun, “The Rotational Inverted-pendulum Based on DSP Controller,” Proceedings of the World Congress on Intelligent Control and Automation, pp. 3101-3105, 2002.
    [6] M. Bugeja, “Non-linear Swing-Up and Stabilizing Control of an Inverted Pendulum System,” B. Eng.(Hons.) Thesis, University of Malta, Msida, Malta, May 2002.
    [7] K. Craig and S. Awtar, “Inverted Pendulum Systems: Rotary and Arm-driven, A Mechatronics System Design Case Study,” Mechatronics, Vol. 12, No. 2, pp. 357-370, 2002.
    [8] 林鈺翔,「雙連桿倒單擺系統甩上與平衡控制」,國立成功大學工程科學系碩士論文,民國九十一年。
    [9] 洪介仁,「車與桿倒單擺系統之平衡控制」,國立成功大學工程科學系碩士論文,民國九十二年。
    [10] 詹富強,「以數位信號處理器為基礎單板獨立旋轉型倒單擺甩上與平衡控制系統之實現」,國立成功大學工程科學系碩士論文,民國九十三年。
    [11] 凌朝雄,「慣性輪單擺之非線性控制」,國立成功大學工程科學系碩士論文,民國九十三年。
    [12] M. W. Spong, “Partial Feedback Linearization of Underactuated Mechanical Systems,” Proc. IROS’94, pp. 314-321, Munich, Germany, 1994.
    [13] 黃聖財,「以數位信號處理器為基礎之球與桿系統平衡控制」,國立成功大學工程科學系碩士論文,民國九十三年。

    下載圖示 校內:2007-08-30公開
    校外:2010-08-30公開
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