【正文】 統(tǒng)具有良好的性能，能很好的實(shí)現(xiàn)起振、圓周運(yùn)動、倒立、360度倒立旋轉(zhuǎn)，同時(shí)具有很好的抗擾動性能。但是絕對值式編碼器體積和重量不太理想，安裝后可能會對電機(jī)有較大的干擾，而且絕對值編碼器相對昂貴，性價(jià)比不高。綜合考慮以上兩種方案，選擇方案二，采用增量式編碼器。方案二：采用360度旋轉(zhuǎn)舵機(jī)。我們對于直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型較為熟悉，而且能夠比較精確地控制位置，速度，和加速度，只要在選擇直流電機(jī)型號的時(shí)候注意選擇額定參數(shù)較大的電機(jī)，能夠輸出足夠的轉(zhuǎn)矩帶動負(fù)載就可以達(dá)到要求。方案二：采用L298N芯片，自己制作L298N驅(qū)動模塊，因?yàn)長298N驅(qū)動電路較簡單，外圍元器件低廉易得。而且中空碳纖維擺桿，是比較理想的擺桿模型。 直流電機(jī)的機(jī)械特性 直流電機(jī)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行下，有下列方程式： 公式1 公式2 公式3 直流電機(jī)的動態(tài)特性分析 電機(jī)傳動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式為： 公式4 機(jī)械特性方程式為： 公式5 由公式1和公式2可得出轉(zhuǎn)速隨時(shí)間變化的規(guī)律為： 公式6 由上述分析可以得出結(jié)論：直流電機(jī)的物理模型為一階慣性系統(tǒng)。因此我們根據(jù)反饋的擺動角度，算出響應(yīng)的加速度控制電機(jī)加速轉(zhuǎn)動，這樣擺動角度越大，擺桿收到電機(jī)所給的加速度越大，形成一個(gè)正反饋環(huán)節(jié)，使擺桿逐步擺動幅度增大，實(shí)現(xiàn)起振。當(dāng)擺桿能夠擺到接近于180度的位置時(shí)（正負(fù)大約15度），希望擺桿能夠趨向平衡位置（180度位置），并動態(tài)保持平衡。而Z相信號的標(biāo)定可以彌補(bǔ)這個(gè)誤差。 擺桿進(jìn)入開始調(diào)整倒立平衡的角度范圍 假設(shè)圖中角度為β，則想要使擺角趨向180度，要給擺桿一個(gè)圖示方向的力F使得下式成立： 公式10 由于考慮的連軸的摩擦力，轉(zhuǎn)動時(shí)收到的空氣阻力，外部接線對擺桿的干擾力等等，增加一個(gè)阻尼力，使得上式變?yōu)椋? 公式11 在算出了角速度的控制量范圍之后，需要確定單片機(jī)提供的相應(yīng)控制量。 因此，我們在此基礎(chǔ)上加入了旋轉(zhuǎn)臂的速度反饋。3電路與程序設(shè)計(jì) 整體系統(tǒng)由機(jī)械結(jié)構(gòu)，XS128單片機(jī)最小系統(tǒng)板，電機(jī)驅(qū)動模塊，電源模塊，異或門，計(jì)數(shù)器和D觸發(fā)器，以及帶速度反饋的直流電機(jī)和增量式編碼器組成。相互功能之間沒有干擾。測試儀器：直流穩(wěn)壓電源，數(shù)字示波器，數(shù)字萬用表，秒表，量角器. 測試結(jié)果及分析(數(shù)據(jù))測試功能一：擺桿起振 測試次數(shù)123456擺動幅度（度） 6060 60606060擺動時(shí)間（s）212354 測試功能二：擺桿完成圓周運(yùn)動說明：以完整的完成一個(gè)圓周運(yùn)動的時(shí)間為計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)。測試次數(shù)12345678旋轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)過360度時(shí)間（s）55555555根據(jù)上述測試數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)基本上能夠達(dá)到基本部分和發(fā)揮部分(1)(3)的性能指標(biāo)，由此可以得出以下結(jié)論：電機(jī)的性能不是很理想，聯(lián)軸器有些松動，長時(shí)間運(yùn)行兩者有些脫節(jié)，起振達(dá)到平衡很困難，雙環(huán)控制需要時(shí)間上的配合，加入的時(shí)間和參數(shù)很重要。四天三夜中很多時(shí)間在組建和檢修硬件部分，導(dǎo)致浪費(fèi)了很多調(diào)試程序的時(shí)間，東奔西跑地尋找合適的材料也浪費(fèi)了很多體力。在這比賽的最后，要感謝學(xué)校和學(xué)院老師的給力的后勤工作，使我們能夠在不被煩擾的情況下，用最充足的時(shí)間完成比賽。194。185。185。209。189。191。193。200。193。200。179。187。附件2：電機(jī)控制源程序子函數(shù)： include include include void GetMotorPulse(void) { unsigned int nLeftPulse,nRightPulse。 0x01。 //left為內(nèi)部計(jì)數(shù)器，right為外部計(jì)數(shù)器 nRightPulse = PORTA。 PTJ=PTJamp。 } else { LeftMotorPulse += (int)nLeftPulse。 //PACNT = 0。 if (nLeftVal 0) { PWMDTY45 = 0。 } } void MotorOutput(void) { //計(jì)算最終給定的PWM占空比 //int LeftMotorOutput。 LeftMotorOutput = (int)K*PositionControlOut + SpeedControlOut。 g_ucLeft = 0。amp。 } if ((LeftMotorSpeed = 0)amp。 } if ((g_ucLeft == 1)amp。(GravityAngle 60))) { LeftMotorOutput = 0。 g_ucLeft = 0。amp。(LeftMotorSpeedOld 0)) { g_ucLeft = 1。((GravityAngle = 0)amp。 } void PositionControl(void) { float fP,fD。 //if(GravityAngle 180) fP = POSITION_CONTROL_P*tancode[GravityAngle 180]。 // } else { //if(GravityAngle 45) // fP =15。 PositionControlOld = PositionControlNew。 //RightMotorSpeed = RightMotorPulseSigma。 RightMotorSpeedErr2 = RightMotorSpeedGoal RightMotorSpeed。 SPEED_CONTROL_I = 0。 //SPEED_CONTROL_I = 0。 fD = SPEED_CONTROL_D*(RightMotorSpeedErr2 2*RightMotorSpeedErr1 + RightMotorSpeedErr0)。 LeftMotorSpeed = LeftMotorPulseSigma。 AngleSpeed = ANGLE_SPEED_RATIO*LeftMotorSpeed。delay_c++)。 }主函數(shù)： include include include inc