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根据自动控制教学所面临的问题和教学改革的需要,针对教育机器人平台所具备的优势,本文提出将教育机器人平台引入到自动控制实验教学中,搭建教育机器人控制实验平台。基于该平台可以推进面向解决问题和围绕知识应用的高层次实验教学,以帮助学生完成从理论到实践、从被动接受到自主创新的过渡,所以对此平台的研究具有重要的实际意义。
本文在教育机器人控制实验平台的总体方案基础上,对实验控制对象和控制实验进行了研究,重点进行了控制实验软件系统的设计与开发,本文的主要工作如下:
(1)对教育机器人的基本结构进行了介绍,研究了电机、倒立摆等不同实验控制对象,根据不同控制方法进行实验分类,确定了控制实验的总体结构。
(2)着重介绍了控制实验软件平台的设计与开发。对控制实验软件平台进行了总体设计和界面的功能结构设计。为了保证在进行控制系统的分析与设计时更好地进行算法编写,使用MATLAB作为主要的开发工具,同时为了克服MATLAB的定时器精度低,程序循环时运行速度慢的缺点,借助MATLAB外部程序接口-MEX文件实现了MATLAB环境下对电机的实时控制,通过MATLAB-JAVA接口的使用克服了MATLAB语言在高级图形用户界面编写方面的不足。
(3)通过PV位置控制和状态空间极点配置两个实验案例在该平台上的验证和分析,说明了教育机器人控制实验软件平台的有效性。