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基于Python的三线摆实验综合系统设计
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作者 姜响 薛丽 任一鸣 《物理通报》 CAS 2023年第12期128-132,共5页
基于Python及OpenCV、Matplotlib和Pygame等库开发了一款在三线摆实验中集周期测量、图像绘制、数据处理及实验仿真等功能于一体的软件.实验时用摄像头模块记录下盘标志物运动,在软件内用OpenCV识别并解析数据、Matplotlib绘制实时运动... 基于Python及OpenCV、Matplotlib和Pygame等库开发了一款在三线摆实验中集周期测量、图像绘制、数据处理及实验仿真等功能于一体的软件.实验时用摄像头模块记录下盘标志物运动,在软件内用OpenCV识别并解析数据、Matplotlib绘制实时运动图像、两套独立算法计算周期.此外自制数据记录板块可辅助学生数据处理,以Pygame搭建的二维实验仿真系统可辅助学生学习实验操作. 展开更多
关键词 PYTHON OPENCV 三线摆 周期测量 实验仿真
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倒立摆教学实验系统的设计与应用 被引量:8
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作者 李东 陈强 +1 位作者 孙振国 刘鹏飞 《实验技术与管理》 CAS 2006年第9期100-102,106,共4页
介绍了自行研制的小车型一级倒立摆教学实验系统,阐述了系统的构成及特点,并详细介绍了基于此系统所专门设计的4个实验.该系统主要用于机电控制类课实践教学,使学生综合运用所学知识,全面掌握实际机电系统控制问题的认识、分析和解决的... 介绍了自行研制的小车型一级倒立摆教学实验系统,阐述了系统的构成及特点,并详细介绍了基于此系统所专门设计的4个实验.该系统主要用于机电控制类课实践教学,使学生综合运用所学知识,全面掌握实际机电系统控制问题的认识、分析和解决的一般方法. 展开更多
关键词 倒立摆 实验系统 机电控制
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基于线性二次型最优控制策略的倒立摆实验系统搭建 被引量:8
3
作者 李劲松 颜国正 +1 位作者 冯剑舟 宋立博 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2010年第3期38-40,60,共4页
以自动控制领域典型的实验、教研设备——倒立摆系统作为研究对象,在建立了倒立摆系统数学模型的基础上,采用线性二次型最优策略进行控制,并利用MFC实现了人机交互,自主搭建了一套直线型一级倒立摆实验系统。系统的成功起摆与保持倒立... 以自动控制领域典型的实验、教研设备——倒立摆系统作为研究对象,在建立了倒立摆系统数学模型的基础上,采用线性二次型最优策略进行控制,并利用MFC实现了人机交互,自主搭建了一套直线型一级倒立摆实验系统。系统的成功起摆与保持倒立控制的实现,验证了建模的正确性与控制方式的有效性。 展开更多
关键词 倒立摆实验系统 建模 线性二次型最优控制 系统搭建
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Variable structure control with sliding mode prediction for discrete-time nonlinear systems 被引量:4
4
作者 Lingfei XIAO Hongye SU Xiaoyu ZHANG Jian CHU 《控制理论与应用(英文版)》 EI 2006年第2期140-146,共7页
A new variable structure control algorithm based on sliding mode prediction for a class of discrete-time nonlinear systems is presented. By employing a special model to predict future sliding mode value, and combining... A new variable structure control algorithm based on sliding mode prediction for a class of discrete-time nonlinear systems is presented. By employing a special model to predict future sliding mode value, and combining feedback correction and receding horizon optimization methods which are extensively applied on predictive control strategy, a discrete-time variable structure control law is constructed. The closed-loop systems are proved to have robustness to uncertainties with unspecified boundaries. Numerical simulation and pendulum experiment results illustrate that the closed-loop systems possess desired performance, such as strong robustness, fast convergence and chattering elimination. 展开更多
关键词 Variable structure control Sliding mode prediction Discrete-time nonlinear system pendulum experiment
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混沌摆系统的动力学分析和数值模拟 被引量:8
5
作者 朱桂萍 王健 《扬州大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 2008年第3期27-30,34,共5页
在混沌实验摆动力学方程基础上,分析其分别处于保守和耗散非线性系统的动力学特性.采用实际物理实验系统的参数进行数值模拟,探讨不同的策动频率、振幅和外加阻尼等参数条件对混沌摆系统动力学行为的影响,且分析这些参数在实验过程中所... 在混沌实验摆动力学方程基础上,分析其分别处于保守和耗散非线性系统的动力学特性.采用实际物理实验系统的参数进行数值模拟,探讨不同的策动频率、振幅和外加阻尼等参数条件对混沌摆系统动力学行为的影响,且分析这些参数在实验过程中所起的调节作用.数值模拟结果表明:混沌实验摆系统动力学性质灵敏地依赖于策动频率值;系统策动振幅必须大于一定阈值是混沌相出现的必要条件;磁阻尼参数对系统混沌相动力学状态影响不明显. 展开更多
关键词 混沌摆 动力学特性 实验参数 数值模拟
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环形倒立摆实验教学平台设计 被引量:7
6
作者 陈龙 吴龙飞 刘凯 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2018年第3期66-72,共7页
设计制作单片机最小系统板、直流电机驱动电路、旋臂和摆杆位置检测电路等硬件模块,搭建了环形倒立摆实验教学平台。利用欧拉-拉格朗日法分析环形倒立摆数学模型,设计了基于LMI的滑模变结构控制器,通过Matlab仿真和实际测试,最终倒立摆... 设计制作单片机最小系统板、直流电机驱动电路、旋臂和摆杆位置检测电路等硬件模块,搭建了环形倒立摆实验教学平台。利用欧拉-拉格朗日法分析环形倒立摆数学模型,设计了基于LMI的滑模变结构控制器,通过Matlab仿真和实际测试,最终倒立摆系统能够在平衡位置附近稳定,即旋臂在水平转动面0°处稳定、摆杆保持垂直向上稳定。该平台应用于自动控制相关课程的实验教学中,方便高效,具有较好的实验演示效果,能够提高学生的实验积极性,增强学生的实践动手能力。 展开更多
关键词 环形倒立摆 实验教学平台 电机驱动电路 系统仿真 滑模变结构控制器
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基于PID算法的旋转倒立摆实验教学平台研究 被引量:7
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作者 千承辉 胡鹤 +2 位作者 孙慧慧 刘鸿石 白杨 《实验室科学》 2016年第4期35-37,共3页
开发了一套基于PID控制算法的实验教学平台,由电机、编码器的硬件架构及驱动电路、ARM内核片上系统、PID算法和上位机仿真软件等组成。平台能够仿真上位机算法并选择最佳运动状态的PID参数,片上系统产生控制信号驱动倒立摆的电机验证其... 开发了一套基于PID控制算法的实验教学平台,由电机、编码器的硬件架构及驱动电路、ARM内核片上系统、PID算法和上位机仿真软件等组成。平台能够仿真上位机算法并选择最佳运动状态的PID参数,片上系统产生控制信号驱动倒立摆的电机验证其结果,上位机实时显示相关参数及运动状态。经实践教学,学生在平台中通过独立完成对PID控制算法计算和查看倒立摆的运转。同时该平台能调动学生兴趣,提高实践动手能力,有助于深化理论教学,让实验不再是乏味无趣的一门课程。 展开更多
关键词 PID控制 实验教学 旋转倒立摆 ARM控制器
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基于虚拟仪器的直线电机创新实验平台设计 被引量:3
8
作者 曹荣敏 周惠兴 +2 位作者 苏昂 吴迎年 侯明 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2013年第9期83-87,96,共6页
基于自动化专业应用型人才培养的探索与实践,并结合自动化专业教学和科研的实际经验,产学研相结合,开发实现了基于NI ELVIS的直线电机创新实验平台。该平台充分利用了NI ELVIS和LabVIEW的优点,实现了NI ELVIS和直线电机的软硬件的联接;... 基于自动化专业应用型人才培养的探索与实践,并结合自动化专业教学和科研的实际经验,产学研相结合,开发实现了基于NI ELVIS的直线电机创新实验平台。该平台充分利用了NI ELVIS和LabVIEW的优点,实现了NI ELVIS和直线电机的软硬件的联接;实验设计以创新和实际能力培养为目标,增强学生分析问题与解决问题的能力,通过选取不同的控制策略,可实现直线电机跟踪正弦曲线的控制和直线倒立摆控制系统的综合实验,从而使学生加深对控制基本理论与基本概念的理解,培养创新思维和创新能力。 展开更多
关键词 虚拟仪器 实验平台 直线电机 直线倒立摆
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三线摆测刚体转动惯量:实验改进与教学体会 被引量:2
9
作者 李华锋 商宏学 王永 《力学与实践》 北大核心 2021年第5期766-770,共5页
三线摆测量刚体转动惯量是工科大类基础力学实验教学中的重要一环。尽管该实验已经过多年的教学实践和改进,但学生的实验结果常不尽如人意,这极大地挫伤了其学习积极性。本文介绍浙江大学力学实验教学中心实验团队近年来对三线摆实验所... 三线摆测量刚体转动惯量是工科大类基础力学实验教学中的重要一环。尽管该实验已经过多年的教学实践和改进,但学生的实验结果常不尽如人意,这极大地挫伤了其学习积极性。本文介绍浙江大学力学实验教学中心实验团队近年来对三线摆实验所做的诸多改进及教学体会,以期能起到抛砖引玉之功。 展开更多
关键词 三线摆 转动惯量 误差分析 实验改进 教学体会
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基于倒立摆系统的自控原理实验设计 被引量:2
10
作者 张伟 王亚维 +1 位作者 洪权 苗高亮 《中国现代教育装备》 2010年第15期101-102,115,共3页
自动控制原理是电气信息类学生的一门重要专业课,本文设计了基于倒立摆系统的自控原理辅助教学实验,使理论与实践相结合,有利于学生理解控制理论中的一些重要概念,了解实际系统的控制设计过程。同时可拓展学生的知识面,培养学生科研能... 自动控制原理是电气信息类学生的一门重要专业课,本文设计了基于倒立摆系统的自控原理辅助教学实验,使理论与实践相结合,有利于学生理解控制理论中的一些重要概念,了解实际系统的控制设计过程。同时可拓展学生的知识面,培养学生科研能力和创新思维能力。实践证明倒立摆教学实验具有很好的辅助教学效果,适于推广到一般二类本科院校的自控原理教学中。 展开更多
关键词 倒立摆 自控原理 实验设计 MATLAB
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两种测定重力加速度方法的比较 被引量:2
11
作者 钱莉 江惠 刘树平 《黔南民族师范学院学报》 2012年第6期97-101,共5页
测定重力加速度的方法很多,本文就测定重力加速度的单摆法和倾斜气垫导轨法进行比较研究,并运用误差理论,确定了都匀地区重力加速度的测量范围。
关键词 重力加速度 单摆 倾斜气垫导轨 实验原理 误差 比较
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直井眼钟摆钻具纵向振动特性的实验研究 被引量:14
12
作者 魏文忠 管志川 +1 位作者 刘永旺 史玉才 《中国石油大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期64-68,共5页
为了了解直井眼中底部钻柱的纵向振动特性,利用根据相似理论设计出的钻柱动力学模拟试验装置,对不同参数组合下的钟摆钻具组合纵向振动特性进行了模拟实验研究。实验结果表明,钻柱的纵向振动主要与转速和钻压有关。转速一定时,提高钻压... 为了了解直井眼中底部钻柱的纵向振动特性,利用根据相似理论设计出的钻柱动力学模拟试验装置,对不同参数组合下的钟摆钻具组合纵向振动特性进行了模拟实验研究。实验结果表明,钻柱的纵向振动主要与转速和钻压有关。转速一定时,提高钻压有利于减轻钻柱纵向振动;钻压一定时,降低转速有利于减轻钻柱的纵向振动;当对钻具施加的名义钻压一定时,随着转速的增加,平均钻压有减小的趋势。另外,在减小直井底部钻柱纵向振动的问题上存在钻压与转速的优化组合。 展开更多
关键词 钟摆钻具 纵向振动 振动特性 钻压 转速 实验研究
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物理摆系统大摆角运动的阻尼研究 被引量:1
13
作者 康秀英 《大学物理》 2021年第6期41-44,52,共5页
本文从理论和实验探究了物理摆在大摆角情况下的非线性动力过程,考虑摩擦阻力和空气阻力的影响,研究了不同初始摆角和不同配重的物理摆的摆角和机械能随时间的衰减过程,对比数值模拟结果,给出了本物理摆系统转轴的摩擦系数为0.025,空气... 本文从理论和实验探究了物理摆在大摆角情况下的非线性动力过程,考虑摩擦阻力和空气阻力的影响,研究了不同初始摆角和不同配重的物理摆的摆角和机械能随时间的衰减过程,对比数值模拟结果,给出了本物理摆系统转轴的摩擦系数为0.025,空气阻力系数为0.68.研究结果将为轴承或铰链等类物理摆结构的动力学建模问题提供参考. 展开更多
关键词 物理摆 PASCO实验系统 摩擦系数 空气阻力系数
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摩擦单摆支座等效摩擦系数数值仿真及试验研究 被引量:3
14
作者 王伟强 张银喜 +2 位作者 孔令俊 陈彦北 姜其斌 《世界地震工程》 CSCD 北大核心 2018年第2期175-180,共6页
对摩擦单摆支座的主要参数等效摩擦系数进行了数值仿真及试验研究,为桥梁结构的减隔震设计提供了参考。数值仿真包括等效摩擦系数与滑动面和转动面的摩擦系数、竖向承载力及加载频率三者关系的研究,对比分析了模拟结果与试验结果。结果... 对摩擦单摆支座的主要参数等效摩擦系数进行了数值仿真及试验研究,为桥梁结构的减隔震设计提供了参考。数值仿真包括等效摩擦系数与滑动面和转动面的摩擦系数、竖向承载力及加载频率三者关系的研究,对比分析了模拟结果与试验结果。结果表明:当滑动面与转动面的摩擦系数为不同取值时,支座等效摩擦系数的模拟值略大于理论值,初步验证了支座等效摩擦系数理论公式的正确性;通过模拟结果与试验结果的对比分析,进一步验证了该理论公式的合理性。 展开更多
关键词 桥梁结构 等效摩擦系数 数值仿真 试验研究 摩擦单摆支座
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三线扭摆法测转动惯量实验误差研究 被引量:2
15
作者 郑立 《黄山学院学报》 2009年第5期27-30,共4页
利用三线扭摆装置测物体的转动惯量,针对三线扭摆装置调平欠佳状态和质量偏心分布状态这两个关键操作是引起实验测量误差的主要因素进行了较全面的分析,并对转动惯量的误差进行了定量分析,得出了减小实验误差的实验操作要求。
关键词 三线扭摆 转动惯量 实验误差
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基于便携式倒立摆的自动控制原理实验教学改革初探 被引量:2
16
作者 潘俊涛 韦海成 +1 位作者 张白 肖明霞 《中国教育技术装备》 2017年第24期145-146,149,共3页
围绕北方民族大学应用型人才培养目标,针对当前以知识教学为基础构建的自动控制原理实践教学环节中存在的脱离工程实践、实践场地受限等问题,采用基于问题学习教学方法,以便携式倒立摆为实践教学平台,围绕其数学建模、系统分析、设计及... 围绕北方民族大学应用型人才培养目标,针对当前以知识教学为基础构建的自动控制原理实践教学环节中存在的脱离工程实践、实践场地受限等问题,采用基于问题学习教学方法,以便携式倒立摆为实践教学平台,围绕其数学建模、系统分析、设计及控制实现,设计课程实验。新的课程实验内容以实际控制系统设计的一般过程为步骤,贴近工程实际,不仅激发了学生的主动学习热情,更锻炼培养了学生的创新思维和实践动手能力,强化了学生的工程素质。该实践教学方法具有较好的可操作性,实践教学效果良好。 展开更多
关键词 便携式倒立摆 自动控制原理 基于问题学习 实验教学
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基于动态引擎的控制理论3D仿真实验平台设计
17
作者 张梅 王飞活 +1 位作者 何婉红 高红霞 《自动化与信息工程》 2015年第4期12-17,共6页
为更好地理解和验证控制理论知识,采用开源物理引擎和Visual Studio 2005设计并实现倒立摆3D虚拟仿真实验平台。该平台既可通过设置PID参数或配置极点等方法验证控制理论,也可利用Matlab或VC++自行编写其他控制算法,并生成相应的动态链... 为更好地理解和验证控制理论知识,采用开源物理引擎和Visual Studio 2005设计并实现倒立摆3D虚拟仿真实验平台。该平台既可通过设置PID参数或配置极点等方法验证控制理论,也可利用Matlab或VC++自行编写其他控制算法,并生成相应的动态链接库以供平台调用和测试。实验表明,该平台能够提供一个虚拟直观、操作性强、兼容性和开放性好的控制系统实验环境。 展开更多
关键词 倒立摆 开源物理引擎 MATLAB 虚拟仿真实验平台
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复摆实验组合仪的设计 被引量:1
18
作者 李建全 王宁 李岩生 《枣庄学院学报》 2012年第5期68-72,共5页
本文在新型单摆实验仪的基础上,进行了一系列改进,综合了多种复摆功能设计,自创了部分复摆功能设计,可用于测量重力加速度、测量刚体质心位置和定轴转动刚体的转动惯量、验证刚体力学相关的一些规律,如平行轴定理、机械能守恒定律、转... 本文在新型单摆实验仪的基础上,进行了一系列改进,综合了多种复摆功能设计,自创了部分复摆功能设计,可用于测量重力加速度、测量刚体质心位置和定轴转动刚体的转动惯量、验证刚体力学相关的一些规律,如平行轴定理、机械能守恒定律、转动定律和角动量守恒定律. 展开更多
关键词 新型单摆实验仪 复摆实验组合仪 大学物理实验改进
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基于动量飞轮的单轴倒立摆系统实验装置 被引量:1
19
作者 李臻 刘龙龙 +2 位作者 宋战胜 宋正河 朱忠祥 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2021年第4期75-78,91,共5页
基于动量飞轮姿态控制原理,设计并搭建了一套单轴倒立摆平衡系统实验装置。运用能量法建立了单轴倒立摆回稳系统动力学模型,设计了自平衡控制方法;使用加速度传感器和陀螺仪识别倒立摆姿态,通过稳态评价指标判断系统的侧倾方向与角度;运... 基于动量飞轮姿态控制原理,设计并搭建了一套单轴倒立摆平衡系统实验装置。运用能量法建立了单轴倒立摆回稳系统动力学模型,设计了自平衡控制方法;使用加速度传感器和陀螺仪识别倒立摆姿态,通过稳态评价指标判断系统的侧倾方向与角度;运用PID理论,通过动量飞轮的加速过程实现了系统姿态回稳与平衡。实验结果表明,动量飞轮对于垂直平面内的摆体侧倾有较理想的回正作用,验证了控制系统的可行性、可靠性与正确性。 展开更多
关键词 动量飞轮 单轴倒立摆 回稳控制 实验装置
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实验思想方法的拓展
20
作者 苏启录 《大学物理实验》 2003年第4期82-84,共3页
单摆法测重力加速度蕴合着丰富的实验思想方法 ,实验教学中应不断挖掘与拓展。
关键词 单摆法 重力加速度 实验思想方法 近似测量 幅角 振动周期 摆长
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