郭艳婕，赵 丹，田小静，要义勇，杨立娟，刘金鑫

（1.西安交通大学a.机械工程学院；b.高端装备研究院，西安 710049；2.西安航空职业技术学院，自动化工程学院，西安 710089）

0 引言

“新工科”强调学科的实用性、交叉性与综合性，尤其注重信息通信、电子控制、软件设计等新技术与传统工业技术的紧密结合［1-4］。板球系统是多变量、非线性、复杂的欠驱动动力学系统，也是控制理论研究的典型对象，其控制目标是让一个自由滚动的小球能够平衡在具有两个自由度的平板上的特定位置，或者沿一定的轨迹滚动。该系统以图像作为反馈信息，通过电动机转动让平板发生倾斜，从而控制平板上的小球运动轨迹［5-7］。

板球系统作为一个具有两自由度的机械系统，通常用于对动态系统、经典控制理论和现代控制理论以及运动控制技术、数字图像处理技术等课程实验和研究。板球系统是一个非常典型结合视觉、运动控制和自动控制技术的系统，也是培养学生综合能力的平台［8-11］。

1 板球系统简介

1.1 板球系统组成

板球系统实物和系统结构如图1 所示。包括电脑、PCI总线的运动控制卡、带Gige接口的相机以及板球系统本体。板球系统本体包括2 个电动机及连杆机构、圆盘和小球。直流伺服电动机通过偏心轮控制连杆运动，让圆盘发生倾斜。圆盘正中心为十字联轴器，可以随着板球的倾斜发生旋转。相机可以捕获和读取小球的位置，通过控制电动机的运动，实现小球位置的控制。

图1 板球系统组成