律。
[0015] 执行器控制律由下式给出：
其中，％;为赫尔维茨矩阵 本发明的优点和效果： (1) 本发明通过控制算法的设计增加了系统各环节的性能指标； (2) 本发明实现较高程度的自动化； (3) 本发明提高现有的角随动系统的自动化水平； (4) 可W应用本发明适应多种控制算法的实验验证。
【附图说明】
[0016] 图1是本发明的结构示意图； 图2是摆架机械结构图； 图2中，1-摆杆；2-平板；3-电机；硬币4 ; 图3是平板保持水平状态示意图； 图4是激光笔照射中必线示意图(逆时针)。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图举例对本发明做更详细地描述： 实施例1 本发明提供了一种具有干扰抑制功能的自由摆控制系统，使其能在自由摆摆动过程 中，控制执行元件动作，带动摆杆1末端的平板2,使其能完成W下Η点主要功能： 1、系统机械结构应可靠稳定，摆杆1摩擦阻力力小，能自由转动。将摆杆推起至30°处 释放后，摆杆至少可W作5个周期W上的自由阻尼摆动。
[0018] 、控制电机3使平板2可W在摆杆1的自由摆动过程中，始终保持水平状态。可W 在平板1上放一个硬币4来测试效果。
[0019] 、在平板上固定一激光笔，光斑照射在距摆杆150cm距离处垂直放置的祀子上。 摆杆垂直静止且平板处于水平时，调节祀子高度，使光斑照射在祀纸的某一条线上，标识此 线为中必线。在自由摆动作过程中控制平板角度使激光始终打到中必线上。
[0020] 系统组装主要包括，系统各硬件电路模块的电路板焊接制作、硬件电路模块间组 装W及系统硬件电路部分与机械框架之间的连接组装。
[0021] 系统各硬件电路模块电路板主要是两个部分；主板(包括最小系统、稳压电源电 路、按键和拨码开关)、电机驱动模块电路板。过程中应注意排版方式，时使其简单有效无干 扰，同时，尽可能的W各单元电路为单位，一个个焊接调试，W便在调试过程中遇到困难时 缩小故障范围，确保没有短路和虚焊。通电前，确保电源输出正常。
[0022] 在电机驱动模块电路设计中，使用VNH3SP30电机驱动模块。更好地实现系统功 能，硬件电路模块间组装主要是主板上接口与各模块的连接。电机驱动模块与其在主板上 的输入接口的连接、直流空必杯伺服电机与电机驱动的连接、传感器与传感器接口连接、触 摸屏与控制其最小系统端口连接等。
[0023] 系统硬件电路部分与机械框架之间的连接组装主要是传感器与摆杆摆动轴的同 轴刚性连接、步进电机与摆杆末端的刚性连接W及传感器与步进电机的同轴刚性连接。在 此，经调试证明连接的同轴与刚性非常重要，会直接影响传感器采集数据的准确性，而传感 器所采数据的精确与否是系统实现精确控制的前提。
[0024] 实施例2 一种具有干扰抑制功能的自由摆控制系统，包括机械结构、硬件设计和软件编程，所述 的摆架机械结构由Η角支架、自由摆杆和平板组成，并根据其结构对其理论计算和数学建 模；硬件设计由电源模块、MC9S12XS128最小系统模块、检测模块、电机驱动模块和外部设 备模块组成；软件编程主要分为信号采集模块、控制模块、人机交互模块和底层功能模块； 机械装置的位移变化会被角度传感器感应，并传输给单片机经计算后输出信号控制电机模 块运转；选择线性稳压电源模块，使用一块LM2940-3. 3单独对TMS320F28346供电，而其它 模块则使用另一块LM2940-5供电；采用旋转电位器，把电位器安装摆杆的旋转轴上，当摆 杆转动时电位器阻值发生变化W改变输出电压，配合高精度模数转换器ΜΧ1301和大功率 电机驱动芯片VNH3SP30驱动直流空必杯伺服电动机，实现角度的精确跟踪；针对自由摆控 制系统中的非线性动态：模型摄动、未建模动态和机械系统中存在的空程、滞回W及摩擦， 设计了基于高阶滑模的任意阶鲁棒微分器进行干扰观测与抑制，针对该非线性动力系统， 采用改进的反步控制策略进行位置伺服控制。
【主权项】
1. 一种具有干扰抑制功能的自由摆控制系统，包括机械结构、硬件设计和软件编程，其 特征在于：摆架机械结构由三角支架、自由摆杆和平板组成，并根据其结构对其理论计算和 数学建模；硬件设计由电源模块、MC9S12XS128最小系统模块、检测模块、电机驱动模块和 外部设备模块组成；软件编程主要分为信号采集模块、控制模块、人机交互模块和底层功能 模块。2. 根据权利要求1所述的一种具有干扰抑制功能的自由摆控制系统，其特征在于：选 择线性稳压电源模块，使用一块LM2940-3. 3单独对TMS320F28346供电，而其它模块则使用 另一块LM2940-5供电。3. 根据权利要求1所述的一种具有干扰抑制功能的自由摆控制系统，其特征在于：采 用旋转电位器，把电位器安装摆杆的旋转轴上，当摆杆转动时电位器阻值发生变化以改变 输出电压，配合高精度模数转换器MAX1301和大功率电机驱动芯片VNH3SP30驱动直流空心 杯伺服电动机，实现角度的精确跟踪。4. 根据权利要求1所述的自由摆平板控制系统，其特征在于：针对自由摆控制系统中 的非线性动态：模型摄动、未建模动态和机械系统中存在的空程、滞回以及摩擦，设计了基 于高阶滑模的任意阶鲁棒微分器进行干扰观测与抑制，针对该非线性动力系统，采用改进 的反步控制策略进行位置伺服控制。
【专利摘要】<b>一种具有干扰抑制功能的自由摆控制系统，系统主要由三大部分组成，分别为机械部分、硬件部分和软件部分。机械部分主要由三角支架、摆杆和平板组成，并根据其结构对其理论计算和数学建模；硬件部分主要有电源模块、MC9S12XS128最小系统、增量式光电编码器传感器、电机驱动和各外围设备；软件部分主要分为信号采集部分、信号处理部分、电机随动控制部分和各外设辅助部分。</b>
【IPC分类】G05B19/19
【公开号】CN105446262
【申请号】CN201410473188
【发明人】李相武, 王瑛, 李忠喜
【申请人】哈尔滨恒誉名翔科技有限公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2014年9月17日