[实用新型]一种变杆长的倒立摆装置

说明书

本实用新型涉及一种变杆长的倒立摆装置，属于自动控制技术的科研与教学实验装置领域。包括摆球、摆杆、角度编码器、小车、直线电机、滑台、导轨和底座；所述摆杆为直线型电动推杆，包括永磁直流电机、减速齿轮副、推杆、丝杆、丝杆螺母和导套，所述摆球固定设于推杆的外伸端上。本实用新型倒立摆装置的工作过程中，通过改变摆杆长度，进而使倒立摆装置成为一个变参数系统，能更好地验证鲁棒控制、自适应控制等现代控制理论的不确定性。对于基于模型（鲁棒、滑模等）和非基于模型（H_infinity、自适应PID）等的控制算法验证，都是非常好的平台。

技术领域

本实用新型属于自动控制技术的科研与教学实验装置领域，具体来说涉及一种变杆长的倒立摆装置。

背景技术

倒立摆系统是一个非线性自然不稳定系统，倒立摆系统的快速、多变量、非线性、强耦合、自然不稳定等特性使得它成为动力学和控制领域中公认的非常经典的实验装置，是检验控制方法有效性的良好平台。倒立摆系统在控制过程中，能有效反映诸如镇定性、鲁棒性、随动性以及跟踪等许多关键能力，从对倒立摆的研究控制中验证已有的理论并不断发掘出新的控制方法，从而将其应用到航天科技以及机器人学等各种高新科技领域中。

现有的倒立摆装置，倒立摆的摆杆都是固定不变的，这样使得摆杆参数无法改变，整个倒立摆系统所能进行的实验非常有限，对于鲁棒控制、自适应控制等现代控制理论在参数可变的情况下的优越性也无法很好地体现。

实用新型内容

为了实现参数可变的情况下的鲁棒控制、自适应控制等能力的检验，本实用新型提供了一种变杆长的倒立摆装置。

一种变杆长的倒立摆装置包括摆球1、摆杆3、角度编码器4、拖链6、小车7、轴承座8、导电滑环9、连接轴10、滑台14、导轨15、底座16和控制系统；所述滑台14固定设于底座16，所述直线电机12固定设于滑台14上，所述导轨15固定设于直线电机12上，所述小车7滑动配合设于导轨15上；所述角度编码器4和轴承座8均固定设于小车7上，所述连接轴10的一端通过轴承设于轴承座8上，连接轴10上套设着导电滑环9，连接轴10的另一端连接着的摆杆3的一端；

所述摆杆3为直线型电动推杆，包括永磁直流电机、减速齿轮副、推杆31、丝杆32、丝杆螺母33和导套35，所述摆球1固定设于推杆31的外伸端上。

进一步限定的技术方案如下：

所述直线型电动推杆的丝杆32与丝杆螺母33相适配，丝杆螺母33与推杆31固定连接，永磁直流电机经齿轮减速后，带动丝杆螺母33，将永磁直流电机的旋转运动变成直线运动，利用永磁直流电机的正反转完成推杆动作。电动推杆的推力为40N，速度为20mm/s，完全缩回长度为346mm，完全伸出长度为546mm，行程为200mm。

还包括第二连接件2，第二连接件2为阶梯轴，阶梯轴的小直径端通过螺纹连接着摆球1，阶梯轴的大直径端的轴向开设有安装孔，所述推杆31的外伸端插入阶梯轴的安装孔内，且通过垂直于安装孔的螺钉紧固。

还包括第一连接件11，第一连接件11为阶梯轴；第一连接件11的大直径端开设有连接槽，第一连接件11的小直径端的径向开设有径向连接孔；所述导套35的连接端配合插入第一连接件11的连接槽内，且通过螺钉固定连接；所述连接轴10的另一端配合插入第一连接件11的连接孔内，且通过螺钉固定连接。

本实用新型的有益技术效果体现在以下方面：