复杂动力学控制算法实验室

  建设目的

  机器人动力学控制算法是实现机器人高级功能的必要技术，也是机器人领域的研究热点。复杂动力学控制算法实验室配置有直线电机一级（二级、三级）倒立摆、可变杆长直线电机倒立摆、旋转电机倒立摆、开源三轴机械臂等验证机器人复杂动力学控制算法的科研平台。

  支持研究方向

  LQR控制算法研究；

  模糊控制算法研究；

  鲁棒控制算法研究；

  神经网络控制算法研究；

  滑模控制算法研究；

  自适应鲁棒控制算法研究；

  基于模型的动力学控制算法研究。

  I.开源直线电机一级（二级、三级）倒立摆系统

  直线电机倒立摆实验室实物图

  产品概述

  开源直线电机一级（二级、三级）倒立摆（型号：LIP1（2/3））是由工业级高精密直线电机、角度传感器、摆杆、控制系统和上位机组成。控制系统是基于TI TMS320F28335 DSP和MATLAB/Simulink开发。该平台结合计算机仿真和嵌入式实时控制技术，能实现硬件在回路（HIL）和快速控制原型（RCP）设计的功能，是基于模型设计（MBD:Model-Based Design）开发，可以完成如LQR最优控制、模糊控制、滑模控制、神经网络控制等运动控制理论的相关实验平台。

  平台控制算法代码完全开源，系统提供典型系统的时域响应和稳定性分析、根轨迹、线性系统矫正、PID控制和LQR控制，以及直线电机速度控制和位置跟踪等实验内容，可作为科研工作者检验自动控制算法的科研平台。

  开源直线电机一级（二级、三级）倒立摆

  产品特点

  工业级高精密直线电机，推力输出线性度好，数学模型精确，无机械传动干扰；

  基于MBD工程开发方法。建模、仿真、代码生成和下载等均在MATLAB/Simulink上完成；

  开放式控制开发框架，代码开源，支持用户自主开发算法，如PID、LQR、滑模、模糊、神经网络等控制算法，提供开发应用实例；

  支持摆杆伸缩定制，支撑系统建模、经典控制理论、现代控制理论、最优控制和智能控制等实验。

  开发概图

  开发流程图

  Simulink模型图

  II.可变摆杆直线电机一级倒立摆系统

  产品概述

  可变摆杆直线电机一级倒立摆系统（型号：RIP1）是由工业级高精密直线电机、角度传感器、连续可变摆杆、控制系统和上位机组成。控制系统是基于TI TMS320F28335 DSP和MATLAB/Simulink开发。该平台结合计算机仿真和嵌入式实时控制技术，能实现硬件在回路（HIL）和快速控制原型（RCP）设计的功能，是基于模型设计（MBD:Model-Based Design）开发，可以完成如LQR最优控制、模糊控制、滑模控制、神经网络控制等运动控制理论的相关实验平台。

  平台控制算法代码完全开源，系统提供典型系统的时域响应和稳定性分析、根轨迹、线性系统矫正、PID控制和LQR控制，以及直线电机速度控制和位置跟踪等实验内容，可作为科研工作者检验自动控制算法的科研平台。

  产品特点

  摆杆长度可自由伸缩，伸缩长短可定制，方便老师和学生研究在连续可变模型下的系统相关特性实验。支撑系统建模、经典控制理论、现代控制理论、最优控制和智能控制等实验；

  工业级高精密直线电机，推力输出线性度好，数学模型精确，无机械传动干扰；

  基于MBD工程开发方法，建模、仿真、代码生成和下载等均在MATLAB/Simulink上完成；

  开放式控制开发框架，代码开源，支持用户自主开发算法，如PID、LQR、滑模、模糊、神经网络等控制算法，提供开发应用实例。

  开发概图

  开发流程图

  Simulink模型图

  III.开源旋转电机一级倒立摆系统

  产品概述

  开源旋转电机一级倒立摆（型号：LIP3）是基于TI TMS320F28335 DSP和MATLAB/Simulink开发。该平台由交流伺服电机、角度传感器、摆杆、控制系统和上位机组成。结合计算机仿真和嵌入式实时控制技术，能实现硬件在回路（HIL）和快速控制原型（RCP）设计的功能，是基于模型设计（MBD:Model-Based Design），可以完成如LQR最优控制、模糊控制、滑模控制、神经网络控制等运动控制理论相关实验的教科研平台。

  该平台控制算法代码完全开源，提供典型系统的时域响应和稳定性分析、根轨迹、线性系统矫正、PID控制实验和LQR控制，以及直线电机速度控制和位置跟踪等实验内容，可作为科研工作者检验自动控制算法的科研平台。

  开源旋转电机一级倒立摆

  产品特点

  开放性：基于TI TMS320F28335 DSP和MATLAB/Simulink开放式控制开发平台，实验案例代码开源，支持用户自主开发算法，包括PID、LQR、滑模、模糊、神经网络等控制算法。

  基于MBD的工程设计方法：建模、仿真、代码生成和一键下载均在MATLAB/Simulink上完成；

  实验案例丰富：系统建模实验、经典控制理论实验、现代控制理论实验、最优控制实验和智能控制等实验；

  知识点详实：提供数据建模、自动控制、建模仿真、MATLAB/Simulink和TI TMS320F28335 DSP的开发与应用等知识。

  开发概图

开发流程图

Simulink模型图

  IV.开源三轴机械臂系统（拟人臂）

  产品概述

  开源三轴协作机械臂系统（拟人臂型号：ROCR3）是基于TMS320F28335 DSP和MATLAB/Simulink开发的教科研平台。其由机械臂本体（3个机械臂关节及其连杆和底座）、控制系统、上位机和稳压电源组成。每个机械臂关节由谐波减速机、力矩电机、高精度绝对值编码器、高精度增量式光电编码器和伺服驱动器组成。该机械臂系统使用全自主研发的关节驱动器及运动控制器，为教学和科研提供优越的开放性支撑。

  该系统控制算法源代码开源，提供丰富的运动学、动力学控制实验以及伺服电机控制实验案例，如正逆运动学实验、单双关节PID动力学算法实验、单关节自适应控制算法实验以及单双关节零力拖动实验等，该系统可以作为相关专业和课程的运动学、动力学及伺服驱动算法的科研平台。

  开源三轴机械臂系统

  产品特点

  伺服性能优良，重复定位精度高，机械臂易于安装，使用便利。

  工业产品化的设计，工业机械臂产品标准。

  控制器采用MATLAB/Simulink软件进行编程，用户可以更好更快地研究控制算法。

  控制器采用CAN总线通讯，控制周期可以短到1.5ms。

  提供交流伺服驱动器的电流、速度、位置三闭环的伺服控制方法、以及梯形加减速等运动控制算法。

  可进行零力拖动等高级动力学算法和机器人关键技术的开发。

  开发概图

开发流程图

Simulink模型图