專利名稱：一種翹翹板平衡實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于科研教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，具體涉及一種翹翹板平衡實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
近年來，現(xiàn)代控制理論發(fā)展的一個(gè)焦點(diǎn)是在不確定因素得影響下，如何有效的控 制被控對(duì)象，盡可能的減小不確定因素對(duì)控制系統(tǒng)品質(zhì)的影響，從而能夠使控制系統(tǒng)達(dá)到 穩(wěn)定的控制效果?？刂评碚摪l(fā)展圍繞這一焦點(diǎn)，現(xiàn)代控制理論學(xué)者提出了許多有效的控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，如自適應(yīng)控制、魯棒控制、模糊控制、智能控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等等，然而同 這些現(xiàn)代控制理論的先進(jìn)性相比，真正可以用于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的手段卻非常有限。通過對(duì)翹翹 板平衡裝置的控制可以作為一種實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的手段?，F(xiàn)有的翹翹板平衡系統(tǒng)主要通過對(duì)翹板上的小車進(jìn)行控制來維持翹板的平衡，在 控制過程中須主要考慮是來自外界的干擾，目前對(duì)翹翹板平衡系統(tǒng)的控制策略有如此之 多，而且有許多控制策略都對(duì)翹板平衡進(jìn)行了穩(wěn)定控制，但絕大多數(shù)都沒考慮平衡系統(tǒng)本 身的參數(shù)在可變的情況下，各種現(xiàn)代控制策略還能否對(duì)翹翹板平衡裝置進(jìn)行有效的控制。目前很少將翹翹板作為教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置用來驗(yàn)證現(xiàn)代控制策略的有效性及可行性。 通常翹板平衡裝置的參數(shù)是不可變的，在這種情況下，就無法驗(yàn)證魯棒控制在參數(shù)可變的 情況下的優(yōu)越性，進(jìn)而限制了翹翹板平衡裝置在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。魯棒控制理論的正確 性及實(shí)際應(yīng)用中的可行性需要一個(gè)按其理論設(shè)計(jì)的控制器去控制一個(gè)典型對(duì)象來驗(yàn)證。根 據(jù)魯棒控制這種參數(shù)可變的需要，我們對(duì)翹板平衡裝置進(jìn)行了改造，設(shè)計(jì)了一種參數(shù)可變 的平衡裝置——翹板支撐點(diǎn)不固定的平衡系統(tǒng)，該裝置可以用來直接驗(yàn)證各種魯棒控制算 法。對(duì)翹翹板支撐點(diǎn)可變的平衡裝置的研究具有重要的工程背景。如對(duì)多自由度擾動(dòng) 的非線性問題、多自由度系統(tǒng)的魯棒性問題、隨動(dòng)問題、鎮(zhèn)定問題及跟蹤問題等的研究。綜上所述，現(xiàn)有翹翹板平衡裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)均為固定值，單單考慮來自外界因素 對(duì)系統(tǒng)的擾動(dòng)，很難用于驗(yàn)證現(xiàn)代控制理論的不確定性。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種自身支撐點(diǎn)可變的翹板平
衡裝置。本實(shí)用新型包括水平基座、翹板以及兩個(gè)小車。基座上開有凹槽，圓筒活動(dòng)設(shè)置在 凹槽內(nèi)，可以沿凹槽滾動(dòng)，翹板活動(dòng)設(shè)置在圓筒上。翹板上表面的兩端對(duì)應(yīng)設(shè)置有兩個(gè)支 架，支撐桿的一端與一個(gè)支架固定連接、另一端與另一個(gè)支架固定連接，支撐桿活動(dòng)穿過兩 個(gè)小車設(shè)置。翹板上表面固定設(shè)置有齒條，齒條與支撐桿平行。兩個(gè)小車的底部的一側(cè)設(shè) 置有輪子，兩個(gè)小車的輪子與齒條配合連接，兩個(gè)小車可以沿齒條運(yùn)動(dòng)。翹板下表面的兩端 對(duì)應(yīng)設(shè)置有兩個(gè)距離測量傳感器，距離測量傳感器與一微型控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，通過具 體可行的算法來控制兩端小車的運(yùn)動(dòng)方向及速度，達(dá)到維持翹板裝置的平衡。[0009]本實(shí)用新型的平衡裝置在工作中通過凹槽內(nèi)圓筒的自由滾動(dòng)實(shí)現(xiàn)了翹板支撐點(diǎn) 的變化，進(jìn)而改變系統(tǒng)自身參數(shù)，在科研教學(xué)中可以驗(yàn)證魯棒控制方法的可行性及有效性。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，一種翹翹板平衡實(shí)驗(yàn)裝置包括水平基座1、翹板4以及兩個(gè)小車8-1 和8-2。基座1上開有凹槽2，圓筒3活動(dòng)設(shè)置在凹槽2內(nèi)，可以沿凹槽2滾動(dòng)，翹板4活動(dòng) 設(shè)置在圓筒3上。翹板4上表面的兩端對(duì)應(yīng)設(shè)置有兩個(gè)支架7-1和7-2，支撐桿9的一端 與一個(gè)支架7-1固定連接、另一端與另一個(gè)支架7-2固定連接，支撐桿9活動(dòng)穿過兩個(gè)小車 8-1和8-2設(shè)置。翹板4上表面固定設(shè)置有齒條5，齒條5與支撐桿9平行。兩個(gè)小車8_1 和8-2的底部的一側(cè)設(shè)置有輪子，兩個(gè)小車的輪子與齒條配合連接，兩個(gè)小車可以沿齒條 運(yùn)動(dòng)。翹板4下表面的兩端對(duì)應(yīng)設(shè)置有兩個(gè)距離測量傳感器6，距離測量傳感器與一微型控 制器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，通過具體可行的算法來控制兩端小車的運(yùn)動(dòng)方向及速度，達(dá)到維持翹 板裝置的平衡。該翹翹板平衡實(shí)驗(yàn)裝置的工作過程如下初始狀態(tài)時(shí)，翹板完全處于傾斜狀態(tài)，工作狀態(tài)開始后，兩端的小車將開始運(yùn)動(dòng)， 通過距離測量傳感器測量得到的數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)的輸出量，用于微型控制器的輸入，控制器 通過有效的算法來控制安裝在小車上的伺服電機(jī)達(dá)到驅(qū)動(dòng)小車后輪作用，使兩端小車產(chǎn)生 相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而使翹板處于平衡位置，在小車運(yùn)動(dòng)過程中，圓筒在凹槽內(nèi)相對(duì)于翹板會(huì)有一 定的滾動(dòng)，使在維持翹板平衡過程中受到系統(tǒng)自身不確定因素的影響，使整個(gè)過程處于一 動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。距離測量傳感器可與一微型控制器之間進(jìn)行通信，通過微型控制器上的軟 件并設(shè)計(jì)可行性的算法來有效的控制小車的運(yùn)動(dòng)，圓筒的滾動(dòng)使系統(tǒng)的參數(shù)得到改變，整 個(gè)平衡裝置成為一個(gè)變參數(shù)系統(tǒng)。正確可行的魯棒控制算法能在穩(wěn)定裕度范圍內(nèi)使翹板維 持平衡，從而驗(yàn)證了算法的可行性。
權(quán)利要求一種翹翹板平衡實(shí)驗(yàn)裝置，包括水平基座、翹板以及兩個(gè)小車，其特征在于基座上開有凹槽，圓筒活動(dòng)設(shè)置在凹槽內(nèi)，可以沿凹槽滾動(dòng)，翹板活動(dòng)設(shè)置在圓筒上；翹板上表面的兩端對(duì)應(yīng)設(shè)置有兩個(gè)支架，支撐桿的一端與一個(gè)支架固定連接、另一端與另一個(gè)支架固定連接，支撐桿活動(dòng)穿過兩個(gè)小車設(shè)置；翹板上表面固定設(shè)置有齒條，齒條與支撐桿平行；兩個(gè)小車的底部的一側(cè)設(shè)置有輪子，兩個(gè)小車的輪子與齒條配合連接，兩個(gè)小車可以沿齒條運(yùn)動(dòng)；翹板下表面的兩端對(duì)應(yīng)設(shè)置有兩個(gè)距離測量傳感器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種翹翹板平衡實(shí)驗(yàn)裝置。現(xiàn)有裝置很難用于驗(yàn)證現(xiàn)代控制理論的不確定性。本實(shí)用新型的基座上開有凹槽，圓筒活動(dòng)設(shè)置在凹槽內(nèi)，可以沿凹槽滾動(dòng)，翹板活動(dòng)設(shè)置在圓筒上；翹板上表面的兩端對(duì)應(yīng)設(shè)置有兩個(gè)支架，支撐桿的兩端分別與兩個(gè)支架固定連接，支撐桿活動(dòng)穿過兩個(gè)小車設(shè)置；翹板上表面固定設(shè)置有齒條，齒條與支撐桿平行；兩個(gè)小車的底部的一側(cè)設(shè)置有輪子，兩個(gè)小車的輪子與齒條配合連接，兩個(gè)小車可以沿齒條運(yùn)動(dòng)；翹板下表面的兩端對(duì)應(yīng)設(shè)置有兩個(gè)距離測量傳感器。本實(shí)用新型在工作中通過凹槽內(nèi)圓筒的自由滾動(dòng)實(shí)現(xiàn)了翹板支撐點(diǎn)的變化，進(jìn)而改變系統(tǒng)自身參數(shù)，在科研教學(xué)中可以驗(yàn)證魯棒控制方法的可行性及有效性。
文檔編號(hào)G05B13/04GK201616007SQ20102015123
公開日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2010年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月2日
發(fā)明者劉向陽, 朱亞萍, 趙曉東 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)