网络化双并联倒立摆制造技术

本发明专利技术涉及一种网络化双并联倒立摆。它包括两个摆杆、两辆小车、一根弹簧、两个电机及其驱动器、本地控制系统、远程控制系统和网络控制系统，有两个对称的摆体，两辆小车分别由两个电机带动在两根滑轨上来回自由运动，两个摆杆分别通过联轴器铰链在两辆小车上，而两摆杆之间通过一根弹簧进行连接，从而实现了一种多输入、强耦合、多变量的复杂实验装置。并且基于本装置构建了相应的本地控制、远程控制以及网络控制系统平台，将这些功能集成于一整套控制系统软件之上（包括服务器端和客户端两套应用程序），最终为控制算法研究者提供了新的实际复杂研究对象，也为网络控制的研究者创造了实际条件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种双并联倒立摆，特别是一种网络化双并联倒立摆，属于自动控制技术的 科研与教学实验装置领域。
技术介绍
倒立摆自从它诞生的那一天起，就担负起了验证各种控制算法正确与否的重要角色，为 自动控制理论的发展做出了不可磨灭的贡献。它是一个高阶次、不稳定、多变量、非线性和 强耦合系统，对它的研究可归结为对非线性、多变量、绝对不稳定系统的研究，所以能够有 效地反映控制中的许多关键问题，如非线性问题、鲁棒性问题、随动问题、镇定问题及跟踪 问题等。许多抽象的控制概念如稳定性、能控性、快速性和鲁棒性，都可以通过摆杆角度、 位移和稳定时间等直接度量。对倒立摆的垂直稳定控制深刻地揭示了自然界的一种基本规律，即一个自然不稳定的被 控对象，通过人为的控制手段使之具有良好的稳定性。这也刚好同时暗示了对它的研究除了 具有上述科研理论意义之外，还同时拥有重要的实际工程意义。这是因为倒立摆作为一个重 心在上，支点在下的被控对象，与很多日常生活及工业生产中的实际对象具有相通性，如机 器人行走过程中的平衡控制、火箭发射中的垂直度控制、卫星飞行中的姿态控制、各类伺服 机构的稳定控制、海上钻井平台的稳定控制、直升机飞行控制、化工过程控制等，其控制方 法已广泛应用在冶金、石化、机械、食品、制药、航空航天及军事系统等各个领域。但当前的大部分倒立摆系统还是以在摆杆上不断铰链新的摆杆，来增加系统的级数和复 杂性，如一级倒立摆、二级倒立摆、三级倒立摆等，对象的输入大多为单输入系统，并且这 样的倒立摆系统本身的耦合性还不够强。同时，由于倒立摆装置本身价格昂贵，使得很多针 对它的研究算法还仅限于理论上的建模与仿真，对诸多实际约束问题考虑不够充分，从而与 实际应用的效果还存在一定的距离(甚至算法本身可行性较低，难以实现等)。另外，现在的 网络控制算法也得到了越来越广泛的研究，然而现实中还缺乏实际复杂的强耦合多变量和实 时性要求较高的控制对象和相应的控制实验平台，所以很多针对复杂系统的网络控制研究还 限制在理论研究和仿真阶段
技术实现思路
一为了解决以上诸多问题，本专利技术的目的在于提供一种多输入、强耦合、多变量的网络化 双并联倒立摆。为了达到上述目的，本专利技术的技术解决方案如下本专利技术所述的网络化双并联倒立摆，包括含有两个摆杆、两辆小车、 一根弹簧、两个电 机及其驱动器的双并联倒立摆、本地控制系统、远程控制系统和网络控制系统，其特征在于(1) 有两个对称的摆体，其上固定安装两个滑轨和所述两个电机，有两辆小车分别由所 述两个电机带动在所述两个滑轨上来回自由运动，所述两个摆杆分别通过两个联轴器铰链在 所述两辆小车上，所述两个摆杆之间通过一根弹簧进行连接，所述两个联轴器的另外一端分 别装有一个角度编码器，所述两个电机上分别装有电机编码器；(2) 所述弹簧为开口式拉簧，有两个钮环分别固定在所述两个摆杆相同高度上，通过所 述两个钮环将所述开口式拉簧进行固定，固定高度可以自由调节；(3) 所述两辆小车运行所在的所述两个滑轨相互平行，所述两滑轨之间的垂直距离可以 自由调节，且所述两摆杆间的垂直距离大于开口式拉簧的原始长度。上述的本地控制系统的结构是 一个服务器端与一个运动控制卡相联，所述运动控制卡 与一个伺服驱动器相连，所述伺服驱动器的输出联接到所述两个电机，所述两个电机编码器 两输出连接到所述伺服驱动器和运动控制卡，所述双并联倒立摆的两个角度编码器的输出也 连接到所述运动控制卡；将所述运动控制卡内采集到的电机编码器信号和角度编码器信号送 到所述服务器端内的控制器，再由该控制器给出控制量至所述运动控制卡，实现双并联倒立 摆的本地控制。上述的远程控制系统的结构是在所述本地控制系统的基础上，所述服务器端通过网络 联通客户端；所述客户端的远程Internet用户通过客户端的远程控制器发出控制命令、设置 控制参数、选择服务器端控制算法，进而实时控制双并联倒立摆的运行，并传回所述两辆小 车的位置和速度、两摆杆的角度和角速度等系统运行参数，绘制控制曲线；或者由远程 Internet用户自行开发控制算法，通过所述客户端将算法传送至所述服务器端，完成自行开 发算法的实物控制，最终实现双并联倒立摆的远程控制。上述的网络控制系统的结构是在所述远程控制系统的基础上，所述服务器端作为本地 智能传感器和本地智能执行器，在所述客户端内设有网络控制器；所述服务器端作为本地智 能传感器将所述运动控制卡内采集到的电机编码器信号和角度编码器信号，处理后生成所述 两辆小车的位置信号、速度信号和摆杆的角度信号、角速度信号，通过Internet发送至所述 远程客户端，由远程客户端的所述网络控制器根据网络控制算法计算控制量，再通过Internet 发送至作为所述本地智能执行器的服务器端，并最终实现双并联倒立摆的网络控制。本专利技术与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点通过弹簧对两根摆杆的连接使得倒立摆的各状态相互耦合，从而以提供了一种具有多输入、强耦合、 多变量、高实时性的双并联倒立摆等拥有诸多复杂特性的实验装置为前提；继而研究了其本 地控制系统、远程控制系统，很好地解决了由于倒立摆装置本身价格昂贵而使很多针对它的 算法研究还仅限于理论上的建模与仿真的缺点；另外又通过提供网络控制系统的平台，使得 3前网络控制算法的研究有一个很好的复杂高实时性的试验对象和平台。附图说明图1:本专利技术的双并联倒立摆立体结构立体示意图。图2:图1的俯视图。图3:本专利技术的双并联倒立摆本地控制系统框图。图4:本专利技术的双并联倒立摆远程控制系统框图。图5:本专利技术的双并联倒立摆网络控制系统框图。图6:本专利技术的双并联倒立摆服务器端系统流程图。图7:本专利技术的双并联倒立摆客户端系统流程图。具体实施方式下面给出本专利技术的一个具体实施例，但不作为对本专利技术的限制。参见图1和图2，本网络化双并联倒立摆包括含有两个摆杆3、 12、两辆小车19、 30、 一根弹簧l、两个电机5、 8及其驱动器的双并联倒立摆、本地控制系统、远程控制系统和网 络控制系统，有两个对称的摆体15、 34，其上固定安装两个滑轨18、 31和所述两个电机5、 8，有两辆小车19、 30分别由所述两个电机5、 8带动在所述两个滑轨上18、 31来回自由运 动，所述两个摆杆3、 12分别通过两个联轴器24、 25铰链在所述两辆小车上19、 30,所述 两个摆杆之间通过一根弹簧1进行连接，所述两个联轴器24、 25的另外一端分别装有一个角 度编码器4、 11，所述两个电机5、 8上分别装有电机编码器6、 9;所述弹簧1为开口式拉簧， 有两个钮环2、 13分别固定在所述两个摆杆3、 12相同高度上，通过所述两个钮环2、 13将 所述开口式拉簧进行固定，固定高度可以自由调节；所述两辆小车19、 30运行所在的所述两 个滑轨18、 31相互平行，所述两滑轨18、 31之间的垂直距离可以自由调节，且所述两摆杆 3、 12间的垂直距离大于开口式拉簧1的原始长度。本实施所用双并联倒立摆的两个对称摆体15、 34长度均为lOOOmm，两辆小车19、 30的 有效行程均为600mm，两铝合金制摆杆3、 12尺寸010mmX500隱，摆杆间垂直距离187mm。 电机及编码器5、 6、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种网络化双并联倒立摆，包括含有两个摆杆（３、１２）、两辆小车（１９、３０）、一根弹簧（１）、两个电机（５、８）及其驱动器的双并联倒立摆、本地控制系统、远程控制系统和网络控制系统，其特征在于：　ａ．有两个对称的摆体（１５、３４），其上 固定安装两个滑轨（１８、３１）和所述两个电机（５、８），有两辆小车（１９、３０）分别由所述两个电机（５、８）带动在所述两个滑轨上（１８、３１）来回自由运动，所述两个摆杆（３、１２）分别通过两个联轴器（２４、２５）铰链在所述两辆小车上（１９、３０），所述两个摆杆之间通过一根弹簧（１）进行连接，所述两个联轴器（２４、２５）的另外一端分别装有一个角度编码器（４、１１），所述两个电机（５、８）上分别装有电机编码器（６、９）；　ｂ．（２）所述弹簧（１）为开口式拉簧，有两个钮环（２ 、１３）分别固定在所述两个摆杆（３、１２）相同高度上，通过所述两个钮环（２、１３）将所述开口式拉簧进行固定，固定高度可以自由调节；　ｃ．（３）所述两辆小车（１９、３０）运行所在的所述两个滑轨（１８、３１）相互平行，所述两滑轨（１８、３ １）之间的垂直距离可以自由调节，且所述两摆杆（３、１２）间的垂直距离大于开口式拉簧（１）的原始长度。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：费敏锐，魏利胜，杨泰澄，赵万青，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]