1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上綜合課程設計球桿系統(tǒng) 專心-專注-專業(yè)SummaryBall&Beam system is a typical second order nonlinear time-dependent system, widely used in teaching and experimental researching in automatic control theory.

2、 It has significant meaning in the design of the new control method and  it's stability, quickness and accuracy. In this paper, we established Ball&Beam system

3、60;through the dynamics analysis and MATLAB programming mathematical simulation model, for the research of system dynamic process provides a powerful mathematical tool. The main wo

4、rk as follows:According to Newton's second law, we built this Ball &Beam mathematic model system and finished its digital simulation program design in MATLAB environment

5、60;.Through mathematical calculation, analysis, and judgment in the original system as well as various methods to improved system stability,The Ball&Beam mathematic model system bas

6、ed on MATLAB, we have designed lead, lead/lag, PD and PID control method to achieve the good control of ball position.The control system as the Ball&Beam mathematic model system platform, compared

7、 the experimental data and simulation data;The basic agreement , proved that the established mathematic correction model was correct.The keywords: Ball&Beam system, system modeling and simulation, controller design目錄 一、整體方案設計1.1需求 球桿系統(tǒng)是為自動控制原理等基礎控制課程的教學實驗而設計的實驗設備。該系統(tǒng)涵蓋了許多經(jīng)典的和現(xiàn)代的設計方法。這個系統(tǒng)有一個

8、非常重要的性質它是開環(huán)不穩(wěn)定的。不穩(wěn)定系統(tǒng)的控制問題成了大多數(shù)控制系統(tǒng)需要克服的難點，有必要在實驗室中研究。但是由于絕大多數(shù)的不穩(wěn)定控制系統(tǒng)都是非常危險的，因此成了實驗室研究的主要障礙。而球桿系統(tǒng)就是解決這種矛盾的最好的實驗工具，它簡單、安全并且具備了一個非穩(wěn)定系統(tǒng)所具有的重要的動態(tài)特性。1.2 設定目標球桿的控制問題就是使小球盡快地達到一個任意的設定位置，并且使之沒有較大的超調量和過大的調節(jié)時間。當小球達到期望的位置后，系統(tǒng)能克服隨機擾動而保持在穩(wěn)定的位置不變。球桿控制系統(tǒng)的目的是：小球和球桿組成的系統(tǒng)在受到干擾后，小球處于軌道的任意的設定位置，小球將保持在該位置不變。1.3 概念設計 球桿

9、是一個非線性、二階不穩(wěn)定系統(tǒng),經(jīng)常作為研究比較不同控制方法的典型例子。設計一個球桿的控制系統(tǒng)，使球桿系統(tǒng)這樣一個不穩(wěn)定的被控對象在引入適當?shù)目刂撇呗缘幕A上而成為一個能夠滿足各種性能指標的穩(wěn)定系統(tǒng)。 1.4 整體開發(fā)方案設計及評估通過對球桿系統(tǒng)物理模型的分析，建立球桿系統(tǒng)的物理模型，然后使用牛頓第二定律，推導出其非線性模型，得到球桿系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，再設計出超前-滯后控制器及PID控制器實現(xiàn)對其的控制。實驗參數(shù)自己選定，但要合理，符合實際情況，并利用 MATLAB軟件進行仿真。對自然不穩(wěn)定物體，人為地施加一定的控制手段，使之穩(wěn)定，達到人們的需求。這正是球桿系統(tǒng)的控制思想，一般而言，對球桿系統(tǒng)的控

10、制目的就是通過控制桿的傾斜角度，使小球左右運動，將小球控制在平衡點附近。二、系統(tǒng)設計2.1功能分析 （1） 被控對象：球桿的被控對象為球桿和小球。球桿通過傳動桿連接在齒輪上，并可以根據(jù)齒輪的角度變化來控制球桿的傾角，進而控制小球平衡在設定的平衡位置。通過給小球施加適當?shù)牧梢詫⑶驐U傾斜起來并最終使小球保持在平衡位置。 （2）傳感器：球桿系統(tǒng)中的傳感器為直線位移傳感器。直線位移傳感器是線性軌道傳感器接5V電壓。軌道兩邊測得的電壓作為IPM100控制卡A/D輸入口的信號。當小球在軌道上滾動時，通過不銹鋼桿上輸出的電壓信號的測量可得到小球在軌道上的位置。 圖2.1 球桿系統(tǒng)傳感器圖整個裝置由球桿執(zhí)行

11、系統(tǒng)、控制器和直流電源等部分組成。該系統(tǒng)對控制系統(tǒng)設計來說是一種理想的實驗模型。正是由于系統(tǒng)的結構相對簡單，因此比較容易理解該模型的控制過程。球桿執(zhí)行系統(tǒng)由一根帶槽軌道和一個不銹鋼球組成。帶槽軌道一側為不銹鋼桿，另一側為直線位移電阻器。當球在軌道上滾動時，通過測量不銹鋼桿上輸出電壓可測得球在軌道上的位置。軌道的一端固定，而另一端則由直流電機經(jīng)過兩級齒輪減速，再通過固定在大齒輪上的連桿帶動進行上下往復運動。軌道與水平線的夾角可通過測量大齒輪轉動角度和簡單的幾何計算獲得。這樣，通過設計一個反饋控制系統(tǒng)調節(jié)直流電機的轉動，就可以控制小球在軌道上的位置。（3）控制裝置：電機的運動通過IPM100智能伺

12、服驅動器進行控制，IPM100是一個智能的高精度、全數(shù)字的控制器，內嵌100W的驅動電路，適合于有刷和無刷電機?；诜答伩刂圃?，在得到傳感器信號后，對信號進行處理，然后給電機繞組施加適當?shù)腜WM電壓信號，這樣，一個相應的扭矩作用于電機軸，使電機開始運動，扭矩的大小決定于用戶程序中的控制算法。 IPM100是一款智能的控制器，它除了板載的用于放大控制信號的驅動放大器和PWM調制電路，還有一個全數(shù)字的DSP處理芯片，內存以及其它邏輯元件，有了這些，就可以實現(xiàn)先進的運動控制技術和PLC的功能，它產(chǎn)生實時的軌跡路徑，實現(xiàn)閉環(huán)伺服控制，執(zhí)行上位機的操作命令，完成板載IO信號的處理，所有這些都依照儲存器

13、的程序指令或是主機的在線命令執(zhí)行，這種嵌入式的智能控制可以提供一個實時性非常好的控制效果，即使因為PC的非實時操作系統(tǒng)而產(chǎn)生延時的情況下。因為控制器可以獨立運行，也可以采用從動模式，本手冊介紹的球桿系統(tǒng)將采用兩種模式。IPM100安裝于控制箱內部，通過RS232和上位計算機進行通訊，直流電源也置于控制箱內部。所用伺服電機如圖2.2圖2.2伺服電機伺服電機參數(shù)如表2.1表2.1伺服電機參數(shù)2.2設計規(guī)范和約束用現(xiàn)代控制理論中的狀態(tài)反饋方法來實現(xiàn)球桿系統(tǒng)的控制，就是設法調整閉環(huán)系統(tǒng)的極點分布，以構成閉環(huán)穩(wěn)定的球桿系統(tǒng)，它的局限性是顯而易見的。只要偏離平衡位置較遠，系統(tǒng)就成了非線性系統(tǒng)，狀態(tài)反饋就難

14、以控制。實際上，用線性化模型進行極點配置求得的狀態(tài)反饋陣，不一定能使球桿系統(tǒng)穩(wěn)定起來，能使球桿系統(tǒng)穩(wěn)定起來的狀態(tài)反饋陣是實際調試出來的，這個調試出來的狀態(tài)反饋陣肯定滿足極點配置。這就是說，滿足穩(wěn)定極點配置的狀態(tài)反饋陣很多，而能使球桿系統(tǒng)穩(wěn)定起來的狀態(tài)反饋陣只有很少的一個范圍，這個范圍要花大量的時間去尋找。2.3 詳細設計 2.3.1原料清單 表2.2 原料清單圖 2.3.2設計原型設計原型如圖2.32.3.3產(chǎn)品分析實驗使用的是固高科技球桿控制系統(tǒng)，型號為GBB1004，它具有工業(yè)化、模塊化、開放性和創(chuàng)新性的特點。工業(yè)化即它的機械結構是按照工業(yè)標準設計及制造，所有產(chǎn)品零部件均采用工業(yè)級產(chǎn)品；模

15、塊化即只需增減擺桿組件就可實現(xiàn)同類倒立擺單級與多級之間的轉換，不同類別球桿系統(tǒng)的轉換只需要更換基座；開放性是指基于PC和DSP 運動控制器的開放式硬件控制平臺，固高Simulink通用軟件實驗平臺，可直接對系統(tǒng)進行建模、仿真和實際控制；創(chuàng)新性即隨意配置獨具個性的實驗平臺，開發(fā)和驗證自己的控制算法。2.4 機械系統(tǒng)設計機械部分包括底座、小球、橫桿、減速皮帶輪、支撐部分、馬達等。如圖 2.2圖2.4 球桿系統(tǒng)機械設計圖選用直流伺服電機，采用齒輪箱減速機構進行減速，在輸出齒輪上距齒輪圓心d（小于齒輪半徑）處連接一杠桿臂Leaver Arm，此連接處螺釘不能固定太緊，杠桿臂的另一端與軌道 Beam鉸鏈

16、，機構的另一端是一固定座，此固定座上端與軌道的左側鉸鏈。如上圖2.3，在一長約0.4 米的軌道上放置一不銹鋼球，軌道的一側為不銹鋼桿，另一側為直線位移傳感器，當球在軌道上滾動時，通過測量不銹鋼桿上輸出的電壓信號可獲得球在軌道上的位置x 。電機轉動帶動齒輪系驅動杠桿臂轉動，軌道隨杠桿臂的轉動與水平方向也有一偏角,球的重力分量會使它沿著軌道滾動，設計一個控制系統(tǒng)通過調節(jié)伺服角度使得不銹鋼球在桿上的位置能被控制。系統(tǒng)執(zhí)行機構原理圖如上圖2.3。圖2.5 球桿系統(tǒng)實物簡化圖 機械系統(tǒng)數(shù)學模型如下：為了便于分析我們將實物模型簡化如圖2.3。實際上使小球在導軌上加速滾動的力是小球的重力在同導軌平行方向上的

17、分力同小球受到的摩擦力的合力?？紤]小球滾動的動力學方程，小球在V型桿上滾動的加速度： 式(2.1-1)其中為小球與軌道之間的摩擦系數(shù)，而為軌道桿與水平面之間的夾角。 但在進行數(shù)學建模的過程中，我們忽略了摩擦力，因此，其基本的數(shù)學模型轉換成如下方式： 式(2.1-2)當<<1時，將上式線性化，得到傳遞函數(shù)如下 式(2.1-3)其中X(s)為小球在軌道上的位置。但是，在實際控制的過程中，桿的仰角是由電動機的轉角輸出來實現(xiàn)的。影響電動機轉角和桿仰角之間關系的主要因素就是齒輪的減速比和非線性。因此，我們可以得到它們的關系如下： 式(2.1-4)把式(2.1-4)式代入式(2.1-3)式，我

18、們可以得到另一個模型： 式(2.1-5)因此，球桿系統(tǒng)實際上可以簡化為一個二階系統(tǒng)。由建模分析我們得到球桿系統(tǒng)的開傳遞函數(shù)為: 式(2.1-6)其中X(s)為小球的實際位置，(s)為電機轉角。2.5 傳感器輸出信號的數(shù)字濾波在系統(tǒng)的輸入信號中，一般都含有各種干擾信號，它們入要來自被測信號本身、傳感器或者外界的干擾。為了提高信號的可靠性，減小虛假信息的影響，可采用軟件方法實現(xiàn)數(shù)字濾波。數(shù)字濾波就是通過一定算法程序的計算或判斷來剔除或減少干擾信號成分，提高信噪比。它與硬件RC濾波器相比具有以下優(yōu)點：(1) 數(shù)字濾波是用軟件程序實現(xiàn)的，不需要增加任何硬件設備，也不存在阻抗匹配問題，可以多個通道共用，

19、不但節(jié)約投資，還可提高可靠性、穩(wěn)定性。(2) 可以對頻率很低的信號實現(xiàn)濾波，而模擬RC濾波器由于受電容容量的限制,頻率不可能太低。 (3) 靈活性好，可以用不同的濾波程序實現(xiàn)不同的濾波方法，或改變?yōu)V波器的參數(shù)。正因為用軟件實現(xiàn)數(shù)字濾波具有上述特點，所以在機電一體化測控系統(tǒng)中得到了越來越廣泛的應用。 三、理論分析3.1 控制系統(tǒng)建模 由以上理論分析可得系統(tǒng)的方塊圖如圖3.1控制器電機執(zhí)行機構球桿 Xd 位置測量裝置圖3.1 系統(tǒng)方塊圖 其中Xd為輸入的階躍信號，為齒輪的轉角，X為輸出的信號。 在我們使用的球桿系統(tǒng)中，建模部分主要包括對電機執(zhí)行機構的建模和對傳動桿和球桿的建模，機械系統(tǒng)的建模如上一

20、章機械系統(tǒng)設計部分內容，在此我們忽略對電機部分的建模，將其在S域中所對應的部分傳函視為1。綜上，我們可得系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：其中X(s)為小球的實際位置，(s)為電機轉角，L為橫桿長度0.4m，d為小球直徑0.04m。3.2 原系統(tǒng)穩(wěn)定性分析3.2.1 原系統(tǒng)概述球桿系統(tǒng)的原系統(tǒng)就是一個未加任何控制器的模型，是對其分析得出的物理模型，并對其加以建模，然后分析它的穩(wěn)定性。3.2.2待校正系統(tǒng)單位階躍響應分析:g=9.8;L=0.4;D=0.04;Num=(g*D)/L;Den=1 0 0;Plant=tf(Num,Den);%系統(tǒng)的開環(huán)傳函kp=0.0001;Sys_cl=feedback(k

21、p*Plant,1,-1);%求系統(tǒng)的閉環(huán)傳函Step(Sys_cl);圖3.2 原系統(tǒng)單位階躍響應圖由待校正系統(tǒng)的根軌跡圖及單位階躍響應，可知該系統(tǒng)不穩(wěn)定。3.2.3伯德圖分析num0=98; den0=1 0 0; margin=tf(num0,den0); grid; xlabel('伯德圖及穩(wěn)定度分析margin'）圖3.3 原系統(tǒng)伯德圖由Bode圖可以看出系統(tǒng)相角裕度為0°，所以原系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)。原系統(tǒng)根軌跡：num=0.98;den=1 0 0 ;rlocus(num,den);圖3.4 原系統(tǒng)根軌跡3.3頻率響應法設計球桿系統(tǒng)控制器3.3.1設計要

22、求 要求系統(tǒng)經(jīng)過校正后相角裕度達到45°，保證系統(tǒng)達到穩(wěn)定。3.3.2相位超前控制器相位超前補償器具有如下形式： ， 通過頻率范圍1/aT和1/T（被稱為角頻率），相位超前補償器將使系統(tǒng)增加正的相位。超前補償器最大可補償?shù)南辔皇?0度。我們希望大于42度的相位裕度。計算步驟：1、求和由開環(huán)傳遞函數(shù)可知：K=0.98=0.99rad /s ， =0°2、根據(jù)要求相角裕量，估算需補償?shù)某跋嘟?=+=-+=45°-0°+8°=53°其中 是為了補償校正后，由于截止頻率變大而導致的原系統(tǒng)相位滯后，一般取5° 12°。3、

23、求：令 =53°所以 4、求T 為了充分利用超前網(wǎng)絡的相位超前特性，應使校正后系統(tǒng)的截止頻率c正好在m處，即?。篶=m 而在m在點上G0(j)的幅值應為：-10lg = -9.51dB 從原系統(tǒng)的伯德圖上，我們可求得：m=1.73rad /sm位于1/T與1/T的幾何中點，求得： 5、將以上數(shù)據(jù)帶入校正函數(shù)，得系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=Go(s)XGc(s)=0.98（1.78S+1）/S2(0.20S+1)6、作出仿真伯德圖程序：Go=tf(0.98,1 0 0);Gc=tf(1.78,1,0.20,1);G=series(Go,Gc);Margin(G);Grid on;校正后

24、的仿真伯德圖為：圖3.5 超前校正后伯德圖 由仿真可知： =52.9° c=1.73rad/s校正后系統(tǒng)單位階躍響應:g=9.8;L=0.4;D=0.04;Num=(g*D)/L;Den=1 0 0;Plant=tf(Num,Den);Contr=tf(1.78 1,0.20 1);Sys_cl=feedback(Contr*Plant,1,-1);T=0:0.01:5;Step(0.2*Sys_cl);圖3.6 超前校正后階躍響應仿真圖由以上兩圖可以看出超前校正可以使系統(tǒng)達到穩(wěn)定。系統(tǒng)的根軌跡：num=conv(0.98,1.78,1);den=conv(2 0 0,0.2,1);

25、rlocus(num,den);圖3.7 超前校正后根軌跡圖3.3.3相位超前-滯后控制器 校正目標：設定穩(wěn)定誤差為1%，故令K=100. 相角裕度為，截止頻率為=11rad/s，K=100。由原bode伯德圖可知，rad/s 計算步驟： 控制器的傳遞函數(shù)為： （取) 因為，解得 由，解得 因為，得又，解得則控制器的傳遞函數(shù)為=則系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=*Gc(s)=穩(wěn)定性分析驗證Bode圖：num0=214.8 311.6 98;den0=2.189 7.913 1 0 0;margin(num0,den0);grid;xlabel(伯德圖及穩(wěn)定度分析)圖3.8超前滯后校正Bode圖由仿

26、真圖可得：=38.7°接近預期的45°目標。單位階躍響應:Num=214.8 311.6 98;Den=2.189 7.913 1 0 0;Plant=tf(Num,Den);Contr=tf(6.246 1,6.94 1);Sys_cl=feedback(Contr*Plant,1,-1);Step(0.2*Sys_cl);超前-滯后校正后系統(tǒng)單位階躍響應Matlab仿真圖：圖3.9 超前滯后校正階躍響應仿真圖由以上兩圖可知超前-滯后控制理論上可以使系統(tǒng)達到很好的預期穩(wěn)定狀態(tài)。系統(tǒng)的根軌跡：num=214.8 311.6 98;den=(2.189 7.913 1 0 0

27、;rlocus(num,den);圖3.10 超前滯后校正階躍響應根軌跡圖四、元器件、設備選型系統(tǒng)主要技術指標如下表4.1表4.1GBB1004球桿系統(tǒng)主要技術指標有效控制行程400mm小球直徑30mm控制精度±1mm電機額定功率70W同步帶減速比4電源AC220V 50HZ 1A（可配AC110V）重量<10Kg長´寬´高530mm´200mm´332mm五、加工安裝調試加工安裝由固高科技負責，在此不重點介紹。調試需電腦安裝MATLAB軟件，調至球桿系統(tǒng)控制界面，輸入相應的校正數(shù)據(jù)即可。5.1超前校正實際檢驗：打開球桿系統(tǒng)控制界面，將控

28、制裝置調至超前校正裝置，將相應的參數(shù)改為以上分析的理論參數(shù)值，設定預期控制位置為100mm處。圖5.1超前校正控制界面由于系統(tǒng)建模過程中忽略了對電機的建模，所以實際控制時所得的控制效果和，理論分析會有一定的差距，實際的超調量低7%，調節(jié)時間基本一樣。在理論分析數(shù)值左右調節(jié)，即可得到穩(wěn)定的實際控制曲線。5.2 超前-滯后校正實際檢驗：將球桿系統(tǒng)超前滯后控制器在Simulink 下的模型建立，在Simulink 下可以很方便、形象的建立系統(tǒng)的模型，以下是建立系統(tǒng)的模型：圖5.3 超前滯后控制界面同超前控制一樣，由于系統(tǒng)建模過程中忽略了對電機的建模，實際控制時所得的控制效果和理論分析會有一定的差距，

29、實際超調量比理論分析高了0.5%，實際調節(jié)時間比理論分析少了0.3s，在理論分析數(shù)值左右調節(jié)，即可得到穩(wěn)定的實際控制曲線。5.3 PD校正實際檢驗：將球桿系統(tǒng)PID控制器在Simulink 下的模型建立，在Simulink 下可以很方便、形象的建立系統(tǒng)的模型，以下是建立系統(tǒng)仿真的模型：圖5.5 PD系統(tǒng)方塊圖圖5.6 PD校正控制界面讓小球穩(wěn)定在100的位置處，取參數(shù)Kp=1，Kd=0.7（Kp,Kd均為一個常數(shù)），觀察實際結果，得到實際響應曲線。同超前滯后控制一樣，由于系統(tǒng)建模過程中忽略了對電機的建模，所以實際控制時所得的控制效果和理論分析會有一定的差距，實際檢驗時沒有超調量，實際調節(jié)時間比

30、理論分析長了2s。在理論分析數(shù)值左右調節(jié)，即可得到穩(wěn)定的實際控制曲線。5.4 PID校正實際檢驗： 在球桿系統(tǒng)中進行實際檢驗 將生成的PID參數(shù)應用到到系統(tǒng)圖中：圖5.8 PID校正控制界面 讓小球穩(wěn)定在100的位置處，取參數(shù)Kp，Kd,Ki（Kp,Kd，Ki均為一個常數(shù)），觀察實際結果，得到實際響應曲線。實際響應曲線：Kp=1，Ki=0.01，Kd=1.3時的實際響應曲線：實際操作中，,在PID 控制作用下，由于參數(shù)不一樣，導致控制結果有一定區(qū)別，實際檢驗時超調量比理論分析高了10%，實際調節(jié)時間比理論分析的調節(jié)時間長了1.8s。在理論分析值左右均可以達到控制效果。6、 經(jīng)濟性分析6.1市場

31、分析 球桿系統(tǒng)（Ball & Beam）是為自動控制原理等基礎控制課程的教學實驗而設計的實驗設備。該系統(tǒng)涵蓋了許多經(jīng)典的和現(xiàn)代的設計方法。這個系統(tǒng)有一個非常重要的性質它是開環(huán)不穩(wěn)定的。不穩(wěn)定系統(tǒng)的控制問題成了大多數(shù)控制系統(tǒng)需要克服的難點，有必要在實驗室中研究。但是由于絕大多數(shù)的不穩(wěn)定控制系統(tǒng)都是非常危險的，因此成了實驗室研究的主要障礙。而球桿系統(tǒng)就是解決這種矛盾的最好的實驗工具，它簡單、安全并且具備了一個非穩(wěn)定系統(tǒng)所具有的重要的動態(tài)特性。因此，球桿系統(tǒng)適用于各個高校的實驗室。目前市場上比較暢銷的球桿系統(tǒng)是固高公司推出的固高球桿系統(tǒng)。系統(tǒng)包括計算機、SG50

32、10 智能伺服驅動器、球桿本體和光電碼盤、線性傳感器幾大部分，組成了一個閉環(huán)系統(tǒng)。光電碼盤將杠桿臂與水平方向的夾角、角速度信號反饋給SG5010智能伺服驅動器，小球的位移、速度信號由直線位移傳感器反饋。智能伺服控制器可以通過ATMEGA328接口和計算機通訊，利用鼠標或鍵盤可以輸入小球的控制位置和控制參數(shù)，通過控制決策計算輸出（電機轉動方向、轉動速度、加速度等），并由SG5010 智能伺服驅動器來實現(xiàn)該控制決策，產(chǎn)生相應的控制量，使電機轉動，帶動杠桿臂運動，使球的位置得到控制。這種球桿控制系統(tǒng)外形美觀大方，開放式的機械和電氣結構。系統(tǒng)運行簡單、易于操作、使用安全?？梢詽M足本

33、科教學實驗，課程設計，畢業(yè)設計以及算法研究等要求。在市場上很受歡迎，但是其本身也存在一些不足之處，主要是價格比較昂貴，一套裝置要上萬元。6.2市場運作中國目前一共有1794所普通高校,其中本科院校1028所。我們目標主要定位于一般普通高校，假設全國80%高校選擇我們的產(chǎn)品，平均每所高校定制100套設備，就實驗室這片兒市場來看我們共可以賣出臺。即便是有所出入，我們保守估計銷售量應該會達到臺。6.3成本分析【加工廠家】【加工時間】三天【加工費用】材料費：七、結論在此次課程設計中所使用的球桿系統(tǒng)是一套典型的二階系統(tǒng)。球桿系統(tǒng)是為自動控制、機械電子、電氣工程等專業(yè)的基礎控制課程而設計的教學實驗設備，因具有開環(huán)不穩(wěn)定的特性，需要設計控制器才能控制小球的位置，可滿足自動控制原理、現(xiàn)代控制工程等課程的實驗要求，也可以作為電機學、電機與拖動、模式識別等課程的實驗設備。廣泛用于自動控制原理的教學和實驗研究，對設計新的控制方法，驗證控制方法的穩(wěn)定性、快速性、精確性有重要的意義。在各種控制方法中。PID方法最有效。比例環(huán)節(jié)及時成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號e(t)，比例系數(shù)k的作用在于加快系統(tǒng)的響