メカトロニクスエアペンデュラム：MATLAB/Simulinkリアルタイムウィンドウターゲットを用いた線形および非線形フィードバック制御原理のデモ

本論文は、非電気工学専攻の学部生向けの伝統的な制御コースのための低コストの実践的な実験を紹介します。この設定は、小型の直流電動機が軽量の棒の一端に取り付けられています。モーターは2インチのプロペラを駆動し、棒を振り子のように揺らすことを可能にします。角度はピボットポイントに取り付けられたポテンショメーターによって測定されます。カスタム設計された回路基板がモーターに対して制御された電圧入力を生成します。ターゲットボードは電源が供給され、PCとUSBポートを介して仮想RS-232ポートを使用して通信します。振り子の角度を読み取り、モーターにコマンド信号を送信するためのシンプルなMATLAB/Simulinkモジュールが作成されました。このモジュールは、200 Hzまでのサンプリングレートを許可するリアルタイムウィンドウズターゲットソフトウェアに基づいています。学生は、古典的なPIDおよび位相先行遅延制御器だけでなく、フィードバック線形化と組み合わせた状態空間制御器設計を含む現代的な制御器を設計し、テストすることができます。特別な実験室や教員助手なしで実施できる学期を通じた一連の課題が説明されます。このプロジェクトは、機械工学専攻の最終学年学生の伝統的な制御システム設計クラスでテストされました。モジュールの効果に関する学生のフィードバックと調査データも提示されます。