【正文】 24L33u+C2220UF+12V214。196。181。181。X012X114X215X311Y01Y15Y22Y34INH6A10B9VEE7X13Y3U2CD4052R120kR220kR320kR420k+5GND1VIN+5ON/OFF3GND4FEEDBACK2OUTPUTLM2596191。191。 24附件1：系統(tǒng)電路原理圖 P0P0P1P1P2P2P3P3J0J0J1J1K0K0K1K1K2K2K3K3T0T0T1T1T2T2T3T3T4T4T5T5T6T6T7T7K4K4K5K5B0B0B1B1B2B2B3B3B4B4B5B5B6B6B7B7P7P7P6P6P5P5P4P4K7K7NCNCM7M7M6M6M5M5M4M4M3M3M2M2M1M1M0M0J7J7J6J6S7S7S6S6S5S5S4S4S3S3S2S2S1S1S0S0+5+5+5+5GNDGNDGNDGNDAD15AD15AD14AD14AD13AD13AD12AD12AD11AD11AD10AD10AD9AD9AD8AD8AD7AD7AD6AD6AD5AD5AD4AD4AD3AD3AD2AD2AD1AD1AD0AD0A7A7A6A6A5A5A4A4A3A3A2A2A1A1A0A0VRHVRHGNDGNDGNDGND+5+5H7H7H6H6H5H5H4H4E7E7E6E6E5E5E4E4H3H3H2H2H1H1H0H0E3E3E2E2E1E1E0E09S12XS/EP11212345678S1178。在第四天的下午，離比賽結(jié)束還有幾個小時時，我們放棄了一直堅持的程序主線——將加速度環(huán)作為內(nèi)環(huán)，速度環(huán)作為外環(huán)進行控制，轉(zhuǎn)而采用了將速度環(huán)作為內(nèi)環(huán)，而加速度環(huán)作為外環(huán)，消除了速度的采樣滯后，才取得了比較可喜的進步，但是由于時間實在太有限，我們沒有機會將所有部分都完美的移植在新的程序思路上。綜上所述，本設(shè)計基本達到設(shè)計要求。測試次數(shù)12345678保持時間（s）55555555旋轉(zhuǎn)臂最大轉(zhuǎn)動角 （度）9090909090909090測試功能四：從擺桿處于自然下垂狀態(tài)開始，控制旋轉(zhuǎn)臂做往復旋轉(zhuǎn)運動，盡快使擺桿擺起倒立，保持倒立時間不小于10s測試次數(shù)12345678擺起時間（s）2312．514保持時間（s）101001010101010測試功能五：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)恢復倒立狀態(tài)。記錄下每次實現(xiàn)不同功能的性能指標。 電機控制程序內(nèi)容：見附件3主程序與子程序框圖 圖3 主程序與子程序框圖“起擺做圓周運動”子程序流程圖 圖4 “起擺做圓周運動”子程序流程圖“起擺并盡快達到穩(wěn)態(tài)”子程序流程圖 圖5 “起擺并達到倒立平衡狀態(tài)”子程序流程圖4測試方案與測試結(jié)果硬件軟件聯(lián)調(diào)：調(diào)試時，下載線連接單片機，以便程序執(zhí)行后實時觀測控制算法中多個變量，如擺桿角度，方向，電機速度以及加速度等等?，F(xiàn)在加入了旋轉(zhuǎn)臂的速度反饋之后，就可以計算出了，可以只忽略最后一項，大大減小了誤差。再結(jié)合我們手頭可以得到的關(guān)于直流電機的各種參數(shù)，我們很難精確地算出時間常數(shù)，只能近似，而且再加上程序的控制周期遠小于時間常數(shù)，綜合考慮之后，我們選擇了忽略公式9中等號右邊的后兩項變量，也就是近似認為直流電機的控制電壓與加速度成正比關(guān)系，這樣便于單片機給出控制信號。 擺桿控制量的分析與計算 擺桿起振狀態(tài)分析 假設(shè)某一時刻，擺桿向左擺到了α度，此時擺桿的受力狀態(tài)如圖X所示：A點為擺桿與旋轉(zhuǎn)臂連接處，設(shè)此時擺桿收到旋轉(zhuǎn)臂的力為F，方向如圖所示，此時力F的作用是使擺桿繼續(xù)向左擺起，即增大擺桿的擺動復讀。然后每經(jīng)過一個Z相信號，都會將角度標準重新標定一下（標定0度），之后我們發(fā)現(xiàn)這個標定很有必要，因為擺桿在最低點的往復擺中，由于方向時刻改變，而測速脈沖（編碼器A相信號和B相信號異或之后的信號，相當于二分頻）在方向不同是會有一個相移，導致測速脈沖有一個累積誤差。為了解決這個問題，我們在擺桿處于自然下垂狀態(tài)擺桿處于0位時，我們在程序中在此刻增加一個很小的角度，使得即使在0位，也可以通過控制算法輸出一個小的控制量，來實現(xiàn)最初的起振。而對于電機的控制，是通過檢測到反饋到單片機的擺桿擺動的角度，然后單片機輸出PWM控制一個小的加速度給電機，這個加速度擺桿向反方向擺動更大的角度。然后用兩個固定夾固定在桌子邊緣。綜合考慮采用方案二。 電機驅(qū)動模塊的論證與選擇方案一：采用購買的L298N集成芯片，該集成電路帶散熱器和光電耦合器，可以保護單片機不受電機的影響，最大程度的保護單片機。360度旋轉(zhuǎn)舵機內(nèi)置驅(qū)動電路，用單片機輸出的信號可以直接驅(qū)動，接線方便，但是舵機的轉(zhuǎn)速普遍很低，加速度不能達到理想的要求。步進電機將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰疲姍C的轉(zhuǎn)速，停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，因此可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號，再把這個電信號轉(zhuǎn)變成計數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小。 角度傳感器模塊的論證與選擇方案一：采用絕對值式旋轉(zhuǎn)編碼器。選擇減速直流電機帶動旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)，采用增量式旋轉(zhuǎn)編碼器測量擺桿的角度，單片機輸出占空比可變的PWM波控制電機角加速度，從而控制電機的加速度和給擺桿固定軸心的扭矩，實現(xiàn)控制擺桿的擺動幅度并達到和保持平衡狀態(tài)。由于直流電機屬于一階慣性，經(jīng)分析在控制周期遠小于電機時間常數(shù)的情況下建立電壓與加速度的近似比例關(guān)系模型。關(guān)鍵詞：XS128 直流電機 加速度 倒立平衡 目 錄1系統(tǒng)方案 1 角度傳感器模塊的論證與選擇 1 1 電機驅(qū)動模塊的論證與選擇 12理論分析與計算 2 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的分析 2 擺桿 2 底座 2 2 直流電機的機械特性 2 直流電機的動態(tài)特性分析 2 直流電機加速度分析與計算 3 4 4 4 4 擺桿控制量的分析與計算 4 擺桿起振狀態(tài)分析 4 擺桿進入開始調(diào)整倒立平衡的角度范圍 53電路與程序設(shè)計 6 6 6 系統(tǒng)電路原理圖 6 電機驅(qū)動模塊的電路設(shè)計 6 7 7 74測試方案與測試結(jié)果 11 11 測試條件與儀器 11 測試結(jié)果及分析 11(數(shù)據(jù)) 11 125總結(jié) 12附件1：系統(tǒng)電路原理圖 14附件2：電機控制源程序 15簡易旋轉(zhuǎn)倒立擺及控制裝置（C題）【本科組】1系統(tǒng)方案本系統(tǒng)主要由主控模塊、角度傳感器模塊、機械結(jié)構(gòu)模塊、電源模塊等幾部分組成，下面分別論證這幾個模塊的選擇。方案二：采用增量式編碼器。方案一：采用步進電機。舵機為隨動系統(tǒng)，運動時可以外接較大的轉(zhuǎn)動負載，輸出扭矩大，而且抗