簡(jiǎn)易旋轉(zhuǎn)倒立擺及控制裝置倒立排設(shè)計(jì)報(bào)告-全文預(yù)覽
【正文】 圖 37 5V 供電系統(tǒng) 圖 38 供電系統(tǒng) input 12vouput 5v680uFC12Cap220uFC13CapGNDGNDGNDD2Diode IN5824L1InductorGNDGNDVIN1ON/OFF2GND3feedback5OUTPUT4LM2596 5V* lm25961Vin2Vout3GND*AMS117 5VC?100uFC?100uFC?C?CapGND 9 倒立擺 物理 受力分析 F3 F1 F2 mg 圖 41 受力分析圖 倒立擺之所以不能穩(wěn)定在垂直位置，就是因?yàn)樵谒x平衡位置的時(shí)候，所受到的回復(fù)力與位移方向相同 。 角度與電阻先行關(guān)系 1000 歐 /（ 10圈 *360 度 ） = 歐 /度 Y=*X(X 為度數(shù)， Y為電阻值 ) 電路接口連接圖 圖 34 角 度傳感器 電路連接圖 vcc1data2GND3角度傳感器*dourns 3596VCCGND100ufC?CapPA0 7 減速 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管相當(dāng)于四個(gè)開關(guān)， P 型管在柵極為低電平時(shí)導(dǎo)通，高電平時(shí)關(guān)閉； N 型管在柵極為高電平時(shí)導(dǎo)通，低電平時(shí)關(guān)閉。本系統(tǒng)附加了矩陣鍵盤模式選擇和 LCD 顯示兩個(gè)模塊，實(shí)現(xiàn) 控制模式選擇和信息的實(shí)時(shí)顯示 。缺點(diǎn)功率器件工作在線性區(qū)，功率低和散熱問題嚴(yán)重，驅(qū)動(dòng)功率小，而本系統(tǒng)電機(jī)功率大，而且壓降大，容易發(fā)熱，影響驅(qū)動(dòng)性能。 3． 電機(jī)選擇方案 方案一 ：采 用 舵機(jī) 的缺點(diǎn)是不利于調(diào)節(jié)速度 ， 扭力小，不利于擺動(dòng)，所以 放棄此方案 。 圖 21 三軸加速度計(jì)方案 方案二 ：采用 電位器 作為 角度傳感器來測(cè)角度， 通過擺角不同從而電阻不同，通過 AD 測(cè)出電壓值，角度與電壓值呈線性關(guān)系。對(duì)于脈寬調(diào)制信號(hào)的脈寬變換，常用的一種方法是采用調(diào)制信號(hào)獲取有源濾波后的直流電壓，但是需要 500Hz(周期是2ms)的信號(hào)，這對(duì)運(yùn)放器件的選擇有較高要求，從電路體積和功耗考慮也不易采用 5mV 以上的控制電壓的變化就會(huì)引起電機(jī)的抖動(dòng)，對(duì)于機(jī)載的測(cè)控系統(tǒng)而言，電源和其他器件的信號(hào)噪聲都遠(yuǎn)大于 5mV，所以濾波電路的精度難以達(dá)到電機(jī)的控制精度要求 方案三： 采用 DSP， DSP 具有 強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度 ，且具有可編程性， 需要模數(shù)轉(zhuǎn)換 ,采樣頻率的限制，處理頻率范圍有限數(shù)字系統(tǒng)由耗電的有源器件構(gòu)成，沒有無(wú)源設(shè)備可靠。； （ 4）其他。 ~ +60176。）開始，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)臂作 往復(fù)旋轉(zhuǎn)使擺桿擺動(dòng)，并盡快使擺角達(dá)到或超過 60176。 2．發(fā)揮部分 （ 1）從擺桿處于自然下垂?fàn)顟B(tài)開始，控制旋轉(zhuǎn)臂作往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，盡快使 擺桿擺起倒立，保持倒立狀態(tài)時(shí)間不少于 10s； 1 （ 2）在擺桿保持倒立狀態(tài)下，施加干擾后擺桿能繼續(xù)保持倒立或 2s內(nèi)恢復(fù) 倒立狀態(tài)； （ 3）在擺桿保持倒立狀態(tài)的前提下，旋轉(zhuǎn)臂作圓周運(yùn)動(dòng)，并盡快使單方向 轉(zhuǎn)過角度達(dá)到或超過 360176。但是 FPGA 的成本偏高，算術(shù)運(yùn)算能力不強(qiáng)，而且由于本設(shè)計(jì)對(duì)輸出處理的速度要求不高，所以 FPGA 高速處理的優(yōu)勢(shì)得不到充分體現(xiàn) 方案二 ： 用 模擬電路 來產(chǎn)生電機(jī)的控制信號(hào)。但因數(shù)據(jù)更新慢，無(wú)法正確反饋角度 ，當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)，擺桿擺動(dòng)，切向方向有加速，影響 X軸方向的加速度， 數(shù)據(jù)從而無(wú)法精確控制擺的角度，而且受外界干擾比較大，所以放棄此方案 。 圖 22 角度傳感器方案 減速電機(jī) 搖臂 擺桿 控制板 軸承 三軸加速度傳感器 減速電機(jī) 角度傳感器 搖臂 擺桿 控制板 3 鑒于上面分析，角度傳感器采用 方案二 。 4．電機(jī)驅(qū)動(dòng) 選擇方案 方案一： LM298 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 控制原理簡(jiǎn)單，輸出波動(dòng)小， 線性好，對(duì)鄰近電路影響小。角度傳感器采集擺桿角度反饋給主控芯片，電機(jī)閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)控制。 圖 32 單片機(jī)最小系統(tǒng) 電路原理圖 PA0WKUP14PA115PA216PA317PA420PA521PA622PA723PA841PA942PA1043PA1144PA1245PA13/TJMS/SWDIO46PA14/TTCL/SWCLK49PA15JTDI50PB026PB127PB2/BOOT128PB3/JTDO55PB4/JNTRST56PB557PB658PB759PB861PB962PB1029PB1130PB1233PB1334PB1435PB1536PC08PC19PC210PC311PC424PC525PC637PC738PC839PC940PC1051PC1152PC1253PC13TAMPERRTC2PC14/OSC32IN3PC15/OSC32OUT4OSC_IN/PD05OSC_OUT/PD16PD254BOOT060NRST7VBAT1VDD132VDD248VDD364VDD419VDDA13VSSA12VSS131VSS247VSS363VSS418U2STM32F103RBT612Y1XTAL100pFC9100pFC10GNDRSTVCCGND1KR3Res2100pFC11VCCGNDS1SWPBRSTBOOT01KR4GNDBOOT0VCCTXDRXD1 23 4P4Header 2X2GND5V1 23 45 67 89 1011 1213 1415 1617 1819 20P6Header 10X2TRSTTDITMSTCKTDORSTVREF VREFGNDGNDGNDGNDGNDGNDGNDGNDGND1KR2Res2VCCGNDTRSTTDITMSTCKTDO100pFC4100pFC5100pFC6100pFC7100
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