倒立振子実験装置（プーリーベルト駆動，レール長0.3m）

本研究室で製作した，DCモータで駆動される倒立振子系の実験装置を紹介します．DCモータはPWMドライバで駆動され，台車の位置および振子の振れ角はポテンショメータで測定されます．パソコンとDSP（エムティティ s-BOX）をコントローラとして使用し，プログラミング言語は，DSP付属のC言語を用いました．状態フィードバックによる倒立安定化の制御実験ができます．

設計図は2次元汎用CADソフトRootPro CAD Free（フリーソフト）で作成しました．

本実験装置は，コンパクトさを求め，レール長を0.3mとして設計したものです．また，制御性向上のため，台車駆動にプーリーベルト機構とタコジェネレータによる速度フィードバック補償を採用しました．



図1　一重倒立振子実験装置



図2　並列二重倒立振子実験装置



図3　並列二重倒立振子実験装置



図4　並列二重倒立振子実験装置（駆動部，タコジェネレータの代わりにDCモータを使用）



図5　直列二重倒立振子実験装置

状態フィードバック制御による一重倒立振子の安定化制御実験の動画（WMVファイル）　飽和制御[1][2]によって安定化しました（台車移動幅の上限を0.2mと設定）．

状態フィードバック制御による並列二重倒立振子の安定化制御実験の動画（WMVファイル）　飽和制御[2]によって安定化しました（台車移動幅の上限を0.2mと設定）．

状態フィードバック制御による直列二重倒立振子の安定化制御実験の動画（WMVファイル）　飽和制御[2]によって安定化しました（台車移動幅の上限を0.2mと設定）．

LQや極配置法でも安定化可能と思います．

[1] K.Yoshida and I. Matsumoto, ``Stabilizing control for an inverted pendulum with restricted travel, Proceedings of the 2009 American Control Conference, pp. 543-548, 2009.
[2] 吉田和信，台車移動幅の制限を考慮した直列および並列型二重倒立振子の安定化制御，第19回計測自動制御学会中国支部学術講演会（チュートリアル講演），pp.2-7, 2010.11.27

図面(PDF)

倒立安定化制御サンプルプログラム（ipend03_sample.c）　上記の動画の実験（一重倒立振子系）で使用したプログラムです．

主要部品表（並列二重倒立振子）