Development of a Self-Balancing Human Transportation Vehicle for the Teaching of Feedback Control

Lin S.-C.; Tsai C.-C.

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Development of a Self-Balancing Human Transportation Vehicle for the Teaching of Feedback Control

机译：用于反馈控制教学的自动平衡人力运输车的研制

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Control systems education often needs to design interesting hands-on exercises that keep students interested in the control theory presented in lectures. These exercises include system modeling, system analyses, controller syntheses, implementation, experimentation, and performance evaluation of a control system. This paper presents an interesting pedagogical tool, a self-balancing human transportation vehicle (HTV), for the teaching of feedback control concepts in undergraduate electrical, mechatronic, and mechanical engineering environments. Such a pedagogical tool can be easily and inexpensively constructed using low-tech commercial components and feedback control approaches. The effectiveness and performance of the proposed HTV system are examined by conducting several experiments on three different terrains. An education process, together with a pedagogical method, is presented to show how the developed HTV can be incorporated into the laboratory course. To increase students' hands-on experience and keep them interested in learning feedback control, this study also investigated how the enrolled students responded to this new pedagogical tool. This education method along with the HTV system is shown to be significantly effective in helping students to understand feedback control theory and practices, and also to result in more motivated and active learning.

机译：控制系统教育通常需要设计有趣的动手练习，以使学生对讲座中介绍的控制理论感兴趣。这些练习包括系统建模，系统分析，控制器综合，实现，实验和控制系统的性能评估。本文介绍了一种有趣的教学工具，一种自平衡人力运输工具（HTV），用于在本科电气，机电和机械工程环境中教授反馈控制概念。可以使用低技术含量的商业组件和反馈控制方法轻松，廉价地构建这样的教学工具。通过在三个不同的地形上进行几次实验，检验了所提出的HTV系统的有效性和性能。介绍了一种教育过程以及一种教学方法，以说明如何将开发的HTV纳入实验室课程。为了增加学生的动手实践经验并使他们对学习反馈控制感兴趣，本研究还调查了已录取的学生如何对这种新的教学工具做出反应。这种教育方法与HTV系统一起被证明在帮助学生理解反馈控制理论和实践方面非常有效，并且还导致了更加积极主动的学习。

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来源
《IEEE Transactions on Education》 |2009年第1期|p.157-168|共12页
作者
Lin S.-C.; Tsai C.-C.;
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作者单位

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收录信息
原文格式 PDF
正文语种 eng
中图分类电工技术;
关键词
Feedback control; human transportation vehicle; inverted pendulum; phase lead-lag compensation; proportional-derivative control; self-balancing;

机译：反馈控制;载人汽车;倒立摆;相位超前补偿;比例微分控制;自平衡;

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