小车的运动范围是受到限制的。环形倒立摆环形倒立摆可以被看成将直线倒立摆的直线导轨弯曲而成的系统。它一般是由水平放置的连杆以及一端固定于连杆末端的匀质长杆组成,连杆是通过传动机构由电机驱动沿中心的轴线转动。这种形式摆脱了摆杆运动行程受到限制这一不利的因素,但是摆杆的圆周运动带来了另外的一种不利的非线性因素:离心力的作用。平面倒立摆平面倒立摆的匀质摆杆的底端可以在平面内自由运动,并且摆杆可以沿平面内的任一轴线转动。这样系统可运动的纬数增加了,从而系统的复杂性和控制器设计的难度也相应的增加。根据倒立摆摆杆底端运动平台装置的不同,驱动的数目可能不相同,但是至少需要两个驱动电机驱动。一般可以采用X-Y平台、二自由度并联机构或者二自由度SCARA机械臂作为平面倒立摆系统的运动平台。1.4倒立摆的工作原理倒立摆的控制问题就是使摆杆尽快地达到一个平衡位置,并且使之没有大的振荡和过大的角度和速度。当摆杆到达期望的位置后,系统能克服随机扰动而保持稳定的位置。倒立摆系统主要由计算机、A/D、D/A接口板、电机、电位器以及机械部件组成计算机作为数字控制器实现对系统的实时控制,同时也为操作者提供人——机界面完成对系统的监督管理功能,如实时画图、数据采集等。A/D、D/A接口板插在计算机内,完成模数、数模的转换,放大器用于电压和功率放大。电动机是系统的执行元件和速度反馈元件,电位器是倒立摆角度的反馈测量元件。一级倒立摆系统的整套机械部件分别安装在两块底板上,底板上固定着导轨支架、电机底座、滚动轴承等,通过导轨支架安装好小车滑行的导轨,小车用电机和滚动轴承通过传动皮带实现运动。小车连接着角位移电位器,如图1.1所示。电位计小车电机电位计皮带摆杆导轨图1.1倒立摆实物模型倒立摆是一个数字式的闭环控制系统,其工作原理如下:小车在电动机的拖动下沿固定的直线轨道进行运动,相应的产生了小车的直线位移和倒立摆的转角
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