易 磊，张 蓉，邓春花，尹 仕

（华中科技大学 电气与电子工程学院，湖北 武汉 430074）

传统自动控制原理实验多采用实验箱作为研究对象，系统相对封闭，缺少工程背景，开设的多是验证性实验，无法提高学生的设计和创新能力。针对以上问题，部分高校选用产品级的运动控制对象，如倒立摆、平衡车等进行实验教学。倒立摆作为一个复杂、非线性、多变量、强耦合的系统，能有效反映自动控制系统中稳定性、快速性等指标，是开设综合性试验的良好实验平台[1-2]。

然而现有的倒立摆实验平台占地空间大、价格贵，控制器接口封闭[3]。为此本文设计出结构紧凑，硬件可视化、接口开放化、模块化的倒立摆实验平台。通过开放接口可兼容不同微处理器，在实现层次性学习的同时，营造开放、多元的实验环境，模块化结构有利于提高学生设计、应用及创新的能力，培养学生解决实际工程问题的能力。

本文首先构建基于微处理器的直线倒立摆实验平台，建立了直线倒立摆数学模型，搭建了倒立摆控制系统，利用根轨迹法和 SISO工具相结合的方法完成位置环和角度环控制器设计与仿真，然后对控制系统进行仿真与波形分析，最后完成软硬件实验平台测试与分析。

1 直线倒立摆平台和控制系统

直线倒立摆实验平台如图1所示，包括控制器和倒立摆。其中倒立摆由直流电机、编码器、带轮、同步带、滑块、角位移传感器、匀质摆杆、限位开关及导轨等部件组成。控制器由微处理器 MCU核心板、采样调理板、电机驱动板和OLED显示屏等构成。……