白彩波，余红英，庙要要，方荣瑞

(1.芜湖职业技术学院 电气与自动化学院，安徽 芜湖 241006；2.安徽工程大学 电气工程学院，安徽 芜湖 241000；3.芜湖市计量测试研究所，安徽 芜湖 241000)

风力摆是一种依靠空气动力来实现物体摆动的经典控制装置，由4个空心杯电机驱动的风扇和支架连杆组成，通过控制各风机的转速形成风力，利用空气的流动性和力的相互作用完成指定的运动[1]。由于该系统具有多变量、非线性等特点，其控制过程可以有效地反映控制理论中的诸多关键问题，且风力摆的控制理论和算法可推广应用于工业、农业、航空航天等领域，亦可作为自动控制理论教学与科研的典型案例，是众多专家学者青睐的研究课题之一[2]。

1 风力摆结构设计

风力摆框架为铝型材，采用角码连接，稳定性强。碳纤维材质的摆杆质量轻、强度硬，能够有效降低风机振动对摆的影响。摆杆上端用万向节固定在支架上，下方悬挂4只由空心杯电机构成的风机，4个风机两两相对摆放成相互垂直的2条直线，与平面参考坐标轴重合。摆杆下端安装向下的激光笔。初始状态时，激光笔照射点与参考坐标原点重合，根据激光笔照射点的运动轨迹观察风力摆的运动状态。风力摆结构示意图如图1所示。

图1 风力摆结构示意图

2 风力摆控制系统原理分析

2.1 风力摆受力分析

风力摆装置的一端悬于固定点，另一端的4个风机转动产生一个垂直于摆杆的合力，使摆杆在平面内摆动。将摆杆底部等效为1个质点，对其进行受力分析。……