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研究生： 呂俊明
Lu, Jun-Ming
論文名稱： 球與輪系統之平衡控制
Ball and Wheel System Balance Control
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： 2003
畢業學年度： 91
語文別： 中文
論文頁數： 50
中文關鍵詞： 圓準則 、Lur'e 系統
外文關鍵詞： Lur'e system, circle criterion
相關次數： 點閱：51  下載：2 
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    • 球與輪系統為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。球與輪系統是由一個球在輪子上滾動所組成的，其中是利用角度感測器來做回授信號，而其控制的目的是控制直流馬達驅動輪子使球立在輪子上方達到平衡，本論文首先介紹如何建立此系統之機構，然後推導出系統之數學模型，再將球與輪控制系統轉化成一Lur’e系統，在控制器選定為PID後，利用圓準則(circle criterion )來判定系統的穩定性及PID參數的調設。最後將所得PID控制器利用類比電路來實現，並獲得與系統模擬相吻合的結果，達到球的平衡控制。

    The ball and wheel system is an unstable nonlinear system. The mechanism of this system is not complicated. Because of this, this system provides a platform for verifying the effectiveness of different control schemes .This system is consist of a ball on the wheel. The feedback signal is provided by a photo sensor which detects the angle of the ball. The control objective is to control a DC motor to drive the wheel to keep the ball staying on the wheel. In this thesis , it is shown how to build up a ball and wheel system. Then the mathematical model of this system is derived. The resulting model is then converted into a Lur’e system. The PID controller is used to achieve the control objective. The circle criterion is then used for analyzing closed-loop stability and designing the controller. Finally, the PID controller is implemented through the analog circuits. It is shown that the simulation results validate the experimental results.

    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前言.......................................1-1 1-2研究動機...................................1-1 1-3相關文獻回顧...............................1-1 1-4本文結構...................................1-2 第二章 球與輪系統和角度感測器電路的製作..............2-1 2-1前言.......................................2-1 2-2球與輪系統的製作...........................2-2 2-3角度感測器電路的製作.......................2-3 第三章 電樞控制直流馬達和球與輪系統數學模型..........3-1 3-1前言.......................................3-1 3-2電樞控制直流馬達數學模型之建立.............3-1 3-3直流馬達參數鑑別...........................3-4 3-4球與輪系統整體數學模型.....................3-12 第四章 Lur'e系統的絕對穩定...........................4-1 4-1前言.......................................4-1 4-2絕對穩定...................................4-1 4-3 圓準則....................................4-4 第五章 球與輪系統控制器之設計........................5-1 5-1前言.......................................5-1 5-2系統方塊圖的表示...........................5-1 5-3區域條件的量測.............................5-3 5-4控制系統之設計及分析.......................5-4 第六章 模擬與實驗結果................................6-1 6-1前言.......................................6-1 6-2模擬結果...................................6-1 6-3PID控制器的實現6...........................6-3 6-4 實驗結果..................................6-4 第七章 結論與建議....................................7-1 參考文獻 附錄 A 自述

    [1]H. K. Khalil, Nonlinear Systems, Prentice-Hall, Upper Saddle River, N. J., 1992.
    [2]H. K. Khalil, Nonlinear Systems, 2nd ed. Prentice-Hall, Upper Saddle River, N. J., 1996.
    [3]J. J. E. Slotine and W. Li, Applied Nonlinear Control, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, N. J., 1991.
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    [5]辛俊光，「永磁式直流有刷馬達之參數自動鑑別系統」，國立成功大學航空太空工程研究所碩士論文，民國八十六年六月。
    [6]W. Haas, K. Schlacher and R. Gahleitner, Modeling of Electromechanical Systems, Johannes Kepler University Linz, 2000.

    下載圖示 校內：立即公開
    校外：2003-08-28公開
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