李新天软件工程实践总结2..doc

南昌大学毕业论文 学 院 理学院 专 业 光信息科学与技术 班 级 071班 学 号 5502307072 姓 名 周维敏 课 题 基于线性二次指标最优调节法的倒立摆控制 指导教师 辛勇 报告成绩 ______________ 目 录 绪论 1 第二章 项目说明 2 2.1项目说明 2 2.2运行环境 2 2.3开发方法及设计思路 3 第三章 系统统筹 4 3.1系统逻辑模型 4 3.2关键算法 4 第四章 系统分析 5 4.1数据流图 5 第五章 系统设计与语言选择 6 5.1产品整体流程软件运行图像 6 5.2行销软件运行图像 6 5.3网络需要，数据库 6 5.4语言编程简述 7 第六章 系统测试 8 6.1测试方法及举例 8 6.2运行结果 8 第七章 设计总结 9 致谢 10 参考文献 11 第一章 绪论 倒立摆是典型的强耦合、多变量、非线性和绝对不稳定的系统。20世纪50年代，麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology。实际上，控制理论专家一直在尝试获取不同的控制方法来对倒立摆的控制，以便说明或检验该方法对严重绝对不稳定和非线性系统的控制能力。 1 .1 倒立摆系统的介绍 1.1.1倒立摆的分类 倒立摆已经由最初的直线一级倒立摆发展出许多种类，主要有直线倒立摆，环形倒立摆，复合倒立摆和平面倒立摆等种类。倒立摆系统是一种在运动模块上装有倒立摆装置的实验平台，由于在同样种类的运动模块上可以装载不同种类的倒立摆装置，故而倒立摆的种类非常丰富。 按结构分类 直线倒立摆 直线倒立摆是在直线运动模块为基础平台，其运动模块有个自由度，小车可以沿导轨在水平方向上运动，在小车上可以随意配置不同的摆体组件，组成各种不同类型的倒立摆。普通直线倒立摆和直线柔性倒立摆的不同之处在于，柔性倒立摆有两个可以沿导轨自由滑动的小车，在主动和从动小车之间用一个弹簧相连，作为柔性关节。 环形倒立摆 环形倒立摆是在圆周运动模块为基础平台，其运动模块有个自由度，可以围绕圆盘中心做圆周运动。在运动手臂末端装摆体组件，根据摆体组件的级数和串联或者并联的方式，可以组成很多种形式的环形倒立摆。 复合倒立摆 复合倒立摆为一种新型倒立摆，也由运动本体和摆杆组件组成。它的运动本体可以很方便地转换成三种模式，一是环形倒立摆，另外两种是将本体调整90°，连杆竖直向上和向下组成顶摆和拖摆两种形式的倒立摆。 平面倒立摆 平面倒立摆是在可以做平面运动的运动模块为基础平台，其运动模块主要有两种：一种是两自由度SCARA机械臂，另一种是XY运动平台；摆体组件也有一级、两级、三级和四级。 B.按级数分类 目前有一级、二级、三级和四级倒立摆，一级倒立摆常用于检验控制理论，多级倒立摆常用于获取控制算法，倒立摆的级数越高，其控制难度越大。因此目前我们能实现控制的倒立摆级数最高为四级。它是由北京师范大学李洪兴教授领导的科研团队于2002年8月11日创造的。 1.1.2单级倒立摆系统组成 一般直线一级倒立摆系统主要由倒立摆本体、电控箱及由普通PC机和运动控制卡组成的控制平台等三个主要部件组成。 系统组成如下： 倒立摆本体 通过电机同步带驱动，小车在滑杆上以一定规律来回运动，使得摆杆保持平衡。角度编码器和电机编码器向运动卡反馈摆杆和小车的位置（角位移和线位移）。 电气控制箱 含有I/O接口板、交流伺服驱动器、指示灯、开关等元电器。 PC机 PC机可以是我们使用的微型电脑，不过至少其应具备光驱和PCI插槽等。 其他部件 电机是小型小惯量电机，其应配备有专门的驱动器。 系统使用的编码器是光电编码器。工作原理是：用一块特制的板上方格间的距离为左右光栅板作为位移检测元件，光栅。编码器内部有两个聚焦透镜和一个发光元件，光经过凸透镜聚焦后从底部的小孔向外射出，照编码器下面的光栅上，又反射回编码器内部。当转动编码器时，因为光栅板上明暗相间的条纹的反射光有强弱变化，编码器将有强弱变化的反射光转换为电脉冲，通过对电泳冲进行计数我们就可测出移动的距离。 1.1.3 倒立摆的控制方法 倒立摆有很多种控制方法。对倒立摆系统这样的典型被控对象进行研究，无论在控制方法上和理论上都具有很重要意义。不仅是因为级数增加而产生的控制难度的加大是对我们控制能力的极大挑战，更重要的是在实现其稳定控制的过程中我们可能不断发现新的控制方法，获得新的控制理论，并进而将新得到的控制方法应用到更多的受控对象中。目前，倒立摆的控制方法可分为以下几类 ： PID控制，对倒立摆的模型进行物理