实验预习报告
球杆系统控制器设计实验
预习报告
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一、实验目的
（1）通过本实验，更好地了解实物系统与模型的区别，学会通过模型设计控制系统。 （2）通过本设计实验，加强对经典控制方法的理解和智能控制方法（如神经网络、模糊控制、遗传算法等）在实际控制系统中的应用研究。
（3）提高学生有关控制系统控制器的程序设计、仿真和实际运行能力. （4）熟悉MATLAB语言并可在控制系统设计中熟练的应用。
二、实验器材
实验采用的是固高科技提供的GBB1004球杆系统[1]。
三、实验原理
1.球杆系统平台简介
球杆系统是大学控制实验室中检验控制策略效果最为经典的实验设备之一，其目标为通过操作驱动扭矩来使刚性小球稳定在平衡位置，同时保证系统稳定。它具有复杂被控对象的一般性质，例如非线性特性、开环不稳定性等，对控制方法提出了一些挑战。
1.1球杆系统的特点：
球杆系统是一个典型的非线性系统。就理论上而言，它是一个真正意义上的非线性系统，这是由于其执行机构具有很多非线性特性的缘故，包括： ?死区；
?直流马达和带轮的传动非线性； ?位置测量的不连续性；
?导轨表面不是严格的光滑表面，产生非线性阻力。 1.2主要组成部分
球杆系统实验平台主要由以下几部分组成，如图1所示。 （1）机械部分
球杆系统中的机械部分包括底座、小球、横杆、减速皮带轮、支撑部分、马达等。如图2所示。
小球可以在横杆上自由的滚动，横杆的一端通过转轴固定，另一端可以上下转动，通过控制直流伺服电机的位置，带动皮带轮转动，通过传动机构就可以控制横杆的倾
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斜角。
（1000P/R）直流伺服电机带有增量式编码器，可以检测电机的实际位置，在横杆
上的凹槽内，有一线性的传感器用于检测小球的实际位置，两个实际位置的信号都被传送给控制系统，构成一个闭环反馈系统。
当带轮转动角度?，横杆的转动角度为?，当横杆偏离水平的平衡位置后，在重力作用下，小球开始沿横杆滚动。
我们的目的是设计一个控制器，通过控制电机的转动，使小球稳定在横杆上的某一平衡位置。
图1 球杆系统组成
图2 球杆系统机械部分组成
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