倒立摆的控制系统设计虚拟仿真软件

一、应用客户

武汉理工大学、大连海事大学、宁波大学科学技术学院

二、产品介绍

本实验场景依照实验楼进行实景三维搭建。3D设备真实，与实际设备结构一致，三维场景包括实验室、一阶直线型倒立摆、一阶环形倒立摆、二阶直线型倒立摆、三阶直线型倒立摆等。实验中学生可以通过鼠标、键盘进行场景漫游，也可以直接点击倒立摆装置进行设备定位，系统漫游拥有第一人称视角，行走过程中采用碰撞检测实现与场景设备和墙体的干涉检查，避免穿透效果；学生可通过三维场景加深对倒立摆相关设备的认知。

三、产品特色

倒立摆的控制系统设计虚拟仿真实验由场景漫游、结构学习、一阶倒立摆、二阶倒立摆、考核答题五个模块组成；以一级倒立摆为主，引导实验从数学模型的建立，到线性化处理、系统状态空间方程的求解、传递函数的求解一步步分析，将不稳定的倒立摆系统建立成一个可控的线性系统。并最终通过设计控制器并通过设置不同的PID参数进行调试，让学生通过倒立摆模型了解单回路PID控制、双闭环PID控制、LQR控制的原理。现实中倒立摆设备昂贵，而且容易损坏，通过虚拟仿真实验，学生可以线上实时进行设计实验，不受场地和时间的限制。

四、实验内容

一阶直线型倒立摆系统数学建模

一阶直线型倒立摆系统状态空间方程求解

一阶直线型倒立摆系统传递函数求解

一阶直线型倒立摆单回路PID控制器设计与调试

一阶直线型倒立摆双闭环PID控制器设计与调试

一阶直线型倒立摆LQR控制器设计

二阶直线型倒立摆系统数学建模

二阶直线型倒立摆系统状态空间方程求解

二阶直线型倒立摆LQR控制器设计

五、支撑课程

现代控制理论、信号分析与处理、自动检测技术、过程控制与自动化仪表、运动控制系统、机器人控制