【正文】 Val=PIDControl(0,g_fAngle)。 int result。amp。如果每次修改參數(shù)都要重新下載程序，效率將會大大降低。 高級發(fā)碼 在實際使用中，串口發(fā)送或接收的信息要以幀形式發(fā)送，而不同情況下可能需要不同的幀格式。比如接收到下位機發(fā)送格式為“幀頭 +角度值 +角速度值”的幀，為了獲得角度值和角速度值，根據(jù)協(xié)議設定幀頭，然后在通道 0 中別名填入“角度值”，來源選擇“提取每一幀”，數(shù)據(jù)格式中的首地址為角度值在每一幀中的位置；單雙字節(jié)則根據(jù)角度值占用的字節(jié)數(shù)選擇；如果雙字節(jié)數(shù)據(jù)高 8 位在前，則勾選高位在前；如存在負數(shù)，勾選帶符號位。上位機使用的是串口獵人這款軟件。 uint8 u8Element。比如，想要觀測當前擺桿的角度值，吉林工程技術師范學院畢業(yè)論文 25 可以將數(shù)據(jù)測得的擺桿角度值存在 unionx 類型的數(shù)據(jù)HanterChannel[x].s16Element 中，再調用 void superior_send(uint8 DataCount, ptrunionx Ptr)。但是倒立擺的系統(tǒng)參數(shù)多為浮點型數(shù)據(jù)，串口不能直接發(fā)送浮點型數(shù)據(jù)，而把浮點型數(shù)據(jù)轉換成十六進制形式又太過復雜，并且十六進制數(shù)據(jù)也不易于修改。 將字符串“ ”作為參數(shù)傳遞給 str2f 函數(shù)， str2f 函數(shù)將轉換成浮點型數(shù)據(jù) 返回。實際優(yōu)化參數(shù)需要通過一定的工程步驟最終確定，這個過程稱為參數(shù)整定。 標定這些參數(shù)需要考慮輸入輸出參數(shù)的單位量綱。 UART 不僅可以提高程序的下載，同時在上位串口監(jiān)控程序的協(xié)助下來顯示程序運行過程中發(fā)送的串口字符，便 于調試程序。通過觀察各通道的采集值，確認各傳感器工作狀態(tài)，信號動態(tài)范圍以及各通道噪 聲的影響。 角位移 AD 值 第六章 系統(tǒng)調試 30 角位移傳感器的最大值和最小值可以用來確定角位移傳感器對應角度的比例值 ： m a x m in1 8 0 ( )zR Z Z??。當該參數(shù)過大時，會引起擺桿本身的震動。然后適當減小微分參數(shù)，然后逐步增加比例積分參數(shù)，直到擺桿又開始震蕩，這樣便可以確定比例參數(shù)的最大值。死區(qū)常數(shù)為 0 時，擺桿會在靜止狀態(tài)出現(xiàn)來回小幅度的來回運動。 （ 4）通過無線電控制字符來設置和查詢機器人的工作狀態(tài)，簡單地實現(xiàn)了遠程控制。 （ 1）系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲空間不足，一些功能無法加載到系統(tǒng)中，可以通過使用存儲器實現(xiàn) 。 （ 2）上位機可采用 Labview、 VC、 VB 等開發(fā)系統(tǒng)的開發(fā)專業(yè)的調試、監(jiān)控界面； （ 3）采用卡爾曼濾波算法，實現(xiàn)傳感器融合，獲取倒立擺運行姿態(tài)。 AD_init()。 lite_printf(Please Update the GVAL\n)。 以上問題都是可以實現(xiàn)的，它們的解決需要進一步學習和花更多的精力，使系統(tǒng)更加完善、更加人性化。 （ 3）對通信控制和顯示數(shù)據(jù)管理沒有做到優(yōu)化。制定了系統(tǒng)實現(xiàn)方案，并完成了硬件選型及外圍電路設計， STC5410AD， MMA7260， ENC03 等外圍接口設計。當死區(qū)常數(shù)過大時，會出現(xiàn)擺桿電機震動現(xiàn)象。在這些參數(shù)附近進行試驗，直到尋找到一組擺桿倒立的控制最優(yōu)參數(shù)。微分參數(shù)過大時會使得擺桿在電機的驅動下產生擺桿的共振。 倒立控制參數(shù)整定 角度控制參數(shù)包括比例、積分和微分三個參數(shù)。圖 62 是通過上微機顯示的角位移傳感器采集的波形。通過控制電機轉速，驗證驅動電路的正確性。效果圖如圖 61 所示。如果對于其中的物理過程認識不清，有沒有正確的調試步驟，那么在調試過程中出現(xiàn)的各種錯誤現(xiàn)象就會掩蓋正確的原因，影響整個調試進 程。然后將指針 pBufferTemp 作為參數(shù)傳遞給str2f 函數(shù)，然后將 str2f 函數(shù)的返回值賦值給需要修改值的變量。使用浮點型數(shù)據(jù)時再將字符串轉換成浮點型數(shù)據(jù)即可。 HanterChannel[0].s16Element=(int16) (g_fCarAngle*)。 int8 s8Element。軟件發(fā)送的為字符串，所以下位機程序需要將字符串轉換成浮點型數(shù)據(jù)。單擊啟動高級收碼后，將在歷史數(shù)據(jù)區(qū)看到接收吉林工程技術師范學院畢業(yè)論文 23 到的角度值和角 速度值，該值是轉換成人們常用的 10 進制的結果。在高級發(fā)碼 中，有幀格式設置一欄，可以設置幀格式。在調試智能車之前，實現(xiàn)上位機通過串口修改參數(shù)，單片機將接收到的參數(shù)保存的 EEPROM 中。fI=0。 取絕對值 第四章 倒立擺的軟件設計 20 fDeltaNew=setvalue+backvalue。 PWM1(Val)。從而使擺桿處于倒立狀態(tài)。(g_VoltageZ=1024)) { g_fGravityAngle =(g_VoltageZZ_OFFSET)*GRAVITY_ANGLE_RATIO。 對于讀取的角位移傳感器數(shù)值需要減去零偏值。 for(。 按 鍵 值 獲 取開 始返 回A D C 采 集角 度 值 計 算倒 立 控 制 圖 41 中斷服務程序流程圖 圖 41 中，使用 T0 定時器，產生 50 毫秒的周期中斷。按鍵值 2, 從擺桿處于自然下垂狀態(tài)開始，盡快增大擺桿的擺動幅度，直至完成圓周運動；按鍵值 3，在擺桿處于自然下垂狀態(tài)下，外力拉起擺桿至接近 165176。函數(shù)使用 SMALL 存儲模式的好處是局部變量和函數(shù)參數(shù)保存在8051 內部 RAM。 單片機的資源配置 STC12C5410AD 單片機內部有 10K 字節(jié)的 FLASH 程序存儲區(qū)， 512 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲區(qū)，定時器 T0 和 T1， PCA 定時器 4 路，一個 UART 串口， 2K字節(jié)的 EEPROM， 8 路 AD 轉換。吉林工程技術師范學院畢業(yè)論文 15 第四章 倒立擺的軟件設計 根據(jù)設計的方案，還需要通過編寫控制軟件實現(xiàn)相關算法及功，才能實現(xiàn)自倒立擺的穩(wěn)定運行。這里主要介紹 LM7805 穩(wěn)壓電路?？紤]到最終得到的是 PWM 輸出脈寬。 該傳感器采用特殊形狀的轉子和線繞線圈，模擬線性可變差動傳感器（ LVDT）的線性位移，有 較高的可靠性和性能，轉子軸的旋轉運動產生線性輸出信號，圍繞出廠預置的零位移動 177。介質耐壓 5OOV，獨立線性度%~1%，分辨精度為 %。 單片機最小系統(tǒng)電路 作為控制系統(tǒng)最重要的部分，單片機最小系統(tǒng)需要采集擺桿的運動狀態(tài)，并對采集的信息進行處理計算，控制電機實現(xiàn)擺桿的穩(wěn)定倒立，同時還要完吉林工程技術師范學院畢業(yè)論文 9 成與上位機之間的通信，所以單片機最小系統(tǒng)會影響車模的控制效果。 拉格朗日方程： 3)(2 )(d iiii QqDqLqLdt ????????? ??? 其中 g 為系統(tǒng)沿廣義坐標 qi 方向上的外力。 在建立系統(tǒng)數(shù)學模型過程中 ,實際物理系統(tǒng)的方向應與所定義的坐標系原點及方向對應。 (5)欠冗余性。這既是使得控制器參數(shù)調節(jié)、控制系統(tǒng)的設計變得復雜的原因 ,也是采用單電機驅動倒立擺系統(tǒng)的原因。 吉林工程技術師范學院畢業(yè)論文 3 本文研究的主要內容 一階環(huán)形倒立擺系統(tǒng)是一種欠驅動機械系統(tǒng)，本文所研究的內容是：能否通過對電機轉速和方向的控制，保持擺桿倒立的狀態(tài)。該文采用降階觀測器這樣簡單的模擬控制器 , 實現(xiàn)了對二級倒立擺的控制 ,系統(tǒng)受到大的干擾或人為改變實際模型參數(shù)時 , 能非常穩(wěn)定的工作。倒立擺系統(tǒng)的這種特性 ,使它成為進行控制理論研究的理想實驗平臺。 Data fusion。 對該系統(tǒng)姿態(tài)的測量將直接影響自平衡控制算法的效果。許多抽象的控制概念如控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可控性、系統(tǒng)收斂速度和系統(tǒng)抗干擾能力等 ,都可以通過倒立擺系統(tǒng)直觀的表現(xiàn)出來。 本文以利用電位器檢測角度的一階倒立擺系統(tǒng)作為研究對象 ,研究了其在擺角信號含有大噪聲的情況下的平衡穩(wěn)定控制問題 ,這對解決實際工程中的相關問題有一定的指導意義。 本文主要研究自平衡運動的動態(tài)控制，利用 PID 控制，使系統(tǒng)的各項性能指標均滿足預期的要求。此后研究人員參照雙足機器人的控制系統(tǒng)設計出了二級倒立擺 ,隨著控制策略研究的深入 ,依次出現(xiàn)了三級擺、四級擺。從日常生活中所見到的空間飛行器和各種伺服云 臺的穩(wěn)定 ,到任何重心在上、支點在下的控制問題 ,都類似于倒立擺的控制 ,故對倒立擺系統(tǒng)的穩(wěn)定控制研究在實際中有很多應用 ,如火箭發(fā)射、海上鉆井平臺以及衛(wèi)星發(fā)射架的穩(wěn)定控制、化工過程控制、控制飛機安全著陸等都屬于這類問題。他們首先致力于研究一至四級直線型倒立擺實物系統(tǒng)的起擺和穩(wěn)定實時控制 ,于 20xx年 8月在世界上首次成功實現(xiàn)四級 倒立擺實物系統(tǒng)起擺和穩(wěn)定控制 。 本文運用經典力學理論首先建立倒立擺系統(tǒng)的運動力學方程，然后通過分析，推出一階環(huán)形倒立擺的數(shù)學模型。開環(huán)狀態(tài)即倒立擺豎直向上的狀態(tài) ,微小的擾動都會使系統(tǒng)進入到豎直向下的狀態(tài)中 ,所以是系統(tǒng)不穩(wěn)定的平衡點 ,豎直向下的狀態(tài)是系統(tǒng)穩(wěn)定的平衡點。 針對上述倒立擺系統(tǒng)的特性 ,在建模時一般忽略掉系統(tǒng)中一些次要的難以建模的因素 ,例如擺桿連接處質量分布不均勻、伺服電機由于安裝而產生的靜摩擦力、空氣阻力、系統(tǒng)連接處的松弛程度、傳動齒輪的間隙等等。將建立的數(shù)學模型寫成仿射非線性系統(tǒng)的形式為 : 2)(2 )( )(x)(fx??? ? ?? ?xhy uxg iii? 其中 ui 為系統(tǒng)控制量 ,x=(q,q39。在倒立擺系統(tǒng)實物控制中 ,采用水平擺桿的角加速度作為輸入即 : 0??u 。圖 32 是 28 引腳的引腳分布及引腳功能圖。旋轉負荷壽命 50106 圈 (400r/min,每隔 15min 反轉 )。轉子的非接觸式電磁耦合使產品具有無限的分辨率，即絕對測量精度可達到零點幾度。 電機驅動電路 本系統(tǒng)的控制電機為直流電機，所以采用由驅動芯片 BTC7970B 組成的驅動電路。各濾波電容 C 滿足 RLC＝（ 3~5） T/2，其中 T 為輸入交流信號周期，RL 為整流濾波電路的等效負載電阻。 上述功能可以分成兩大類： 第一類包括 13 功能，它們屬于需要精確時間周期執(zhí)行，因此可以在一個周期定時中斷里完成。內部的 256 字節(jié)又分為低 128 字節(jié) RAM 和高 128 字節(jié) RAM，尋址方式是不同的。該程序通過讀取按鍵狀態(tài)判斷倒立擺執(zhí)行的任務項。 程序在主循環(huán)中不停發(fā)送監(jiān)控數(shù)據(jù)，在通過串口發(fā)送到上位機進行監(jiān)控。 這些任務包括： （ 1）按鍵值檢測，判定倒立擺執(zhí)行哪項任務； （ 2）啟動 AD 轉換。 //上擺角度 HanterChannel[2].s16Element=(int16)G_LeftVal。這個數(shù)值會帶有一定的誤差，往往會使得擺桿往一個方向傾斜。(g_VoltageZ=325)) { g_fGravityAngle =g_VoltageZ*GRAVITY_ANGLE_RATIO+。 if(LeftVal0) 正轉 { Val=PIDControl(0,g_fAngle)。 int PIDControl(int setvalue,int backvalue) { static float fSpeedControlIntegral=。 fDeltaOld=fDeltaNew。} 輸出限幅 else if (result =OUT_MAX){result = OUT_MAX。 基本收碼發(fā)碼 基本功能使用非常簡單，點擊“重新搜索串口”，選擇正確的端口號，再單擊“啟動串行端口”，當串口開啟狀態(tài)為綠色即表示對應的端口成功開啟。為了避免每次啟動后都要設置幀格式等，可以將配置保存，下次啟動時載入即可。當設置好高級收碼后，只要單擊“啟動波形顯示”，接收到的信息就可以在波形顯示窗口顯示出來。為了方便程序發(fā)送 uint16 型數(shù)據(jù) ,同時為了使用同一函數(shù)發(fā)送 int16,uint8,int8類型的數(shù)據(jù)，定義共同體 _uinonx。 }u8struct。 串口獵人設定好波特率，并在高級收碼的通道 0 中數(shù)據(jù)格式中設置首地址為 1，雙字節(jié)，勾選高位在前和帶符號位，在通道 1 中設置首地址為 3，其他同上。 通過高級收碼程序，將接收到 的數(shù)據(jù)保存在指針 P 指向的位置。然后調用 updatGVAL 函數(shù)，讀取 EEPROM 中的值，對倒立擺模型參數(shù)進行賦值，這樣就實現(xiàn)了上位機修改倒立擺的系統(tǒng)參數(shù)。 / 秒。設計電路中包括有 24V ， ， 5V 三種電源。 姿態(tài)傳感器采集 STC12C5410AD 單片機具有 8 個通道的 AD 轉換。確定傳感器的零點偏移量，通過測量得到角位移傳感器的零點偏移量為 857。隨著這兩個參數(shù)逐步增大，擺桿開始能夠保持倒立。說明此時比例積分參 數(shù)已經可以克服重力的影像。 電機死區(qū)常數(shù)整定 在倒立擺動力傳動系統(tǒng)中，各個環(huán)節(jié)都存在著靜止摩擦力，它會降低 擺桿靜態(tài)穩(wěn)定性。 本人在項目研究過程中所做的 工作有 : （ 1）查閱了大量的論文和資料，了解了倒立擺的發(fā)展情況，結合本項目的實際情況，確定了基于角位移傳感器的倒立擺實施方案。但由于作者本身的學識有限，系統(tǒng)設計仍然存在眾多不足。 以上問 題都是可以避免的，它們的解決需要進一步的努力。 unionx HanterChannel[8