文档介绍：三峡大学
硕士学位论文
基于LabVIEW的倒立摆的实时控制的研究
姓名:熊军
申请学位级别:硕士
专业:控制理论与控制工程
指导教师:向学军
20050301
内容摘要
倒立摆属于多变量、快速、非线性和绝对不稳定系统,可以用其检验各种操作系
统与控制算法对不稳定、非线性和快速性系统的处理能力,它在控制科学与工程等相
关领域得到了广泛的应用和认同。
本文以直线型二级倒立摆为测控对象,介绍了其数学模型并采用了 LQR(线性二
次型最佳控制)方法设计控制器。分析了基于 Windows 的实时控制系统的可行性,指
出了改进 Windows 操作系统实时性能的两种主要方法,一种方法是修改 Windows 操作
系统的内核,另一种方法是在 Windows 操作系统的基础上嵌入实时应用软件。同时详
细阐述了实时操作系统所具有的主要特点,在 Windows 操作系统基础上嵌入了美国
Nematron 公司开发的 HyperKernel 软件,并介绍了 HyperKernel 软件在实时性方面
的应用领域及功能,对操作系统内核进行了相应的设置。简要总结了定时器的六种实
现方式,比较分析了它们的优缺点,提出利用多媒体定时器实现对倒立摆的控制。采
用 作为服务器端的开发工具设计人机界面,测试了 自带定时
器与指令实际运行时间,实验数据显示该定时器并不准确,达不到该课题所要求的定
时精度。最后在 开发环境中成功实现了对倒立摆的控制,实验结果证明
了该方案是可行并有效的,倒立摆的实时性与鲁棒性得到了较大的提高,在服务器端
的基础上将数据进行了网络发布,用户通过普通浏览器就可实现对倒立摆的远程控
制。
关键词:实时控制 LabVIEW 倒立摆操作系统
II
Abstract
The inverted pendulum system is a system of multivariable、fastness、nonlinear and
absolutely instability, we can use it to test the controlling different operating system and
method’s ability to deal with unstable、nonlinear and fast system,it has been extensivily
applied and identified with experts of control science and engineering etc.
The linear double inverted pendulum is used as our object to realize measurement
and control through the web. In this dissertation, the model of the linear double inverted
pendulum is introduced and a LQR(linear quadratic regulator) controller is designed to
control the pendulum firstly. Then,the feasibility of real-time control system based on
Microsoft Windows operating system is analyzed,Two primary means to improve real-time
capability of Microsoft Windows operating system is indicated,one means is to modify the
kernel of Microsoft Windows operating system,the other means is to embed real-time
application software based on Microsoft Windows operating system .At the same time,the
primary characteristics of Real-time operating system is expatiated detailedly,the
HyperKernel software of pany in American is