【正文】 } else if (result =OUT_MAX){result = OUT_MAX。 int result。 g_fLeftMotorOut = fLeft。 uint8 i。 ADC_CONTR=ADC_POWER|ADC_SPEEDHH。amp。 } else if((TestPin0==0)amp。 //角度控制 MotorOutput()。 //角位移電壓值 HanterChannel[1].s16Element=(int16)g_fCarAngle。（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(diào)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)。（4）通過無線電控制字符來設(shè)置和查詢機器人的工作狀態(tài)，簡單地實現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制。然后適當(dāng)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。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(yīng)角度的比例值：。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(diào)試程序。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。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(zhuǎn)換成十六進制形式又太過復(fù)雜，并且十六進制數(shù)據(jù)也不易于修改。 uint8 u8Element。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(shè)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(fù)數(shù)，勾選帶符號位。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。 int result。角度的值的正負(fù)區(qū)分了擺桿的方向。函數(shù)代碼均采用通用的C 語言，單精度浮點運算。然后重新進入擺桿倒立可調(diào)狀態(tài)判斷過程。這樣設(shè)置后雖然數(shù)據(jù)存儲區(qū)的空間大了，但是默認(rèn)方式下變量會存放在xdata中，而xdata的尋址速度會比data區(qū)慢。本系統(tǒng)用到的是24V開關(guān)電源和LM7805穩(wěn)壓電路。 姿態(tài)傳感器電路擺桿在不同角度時，利用角位移傳感器測出不同的模擬電壓輸出，經(jīng)過算法處理后可以獲得擺桿的傾角，姿態(tài)傳感器電路如圖35所示。圖33 單片機最小系統(tǒng) 角位移傳感器本系統(tǒng)所使用的是精密導(dǎo)電塑料電位器，型號為WDD35D4。一般情況下,i=1時,即是單電機驅(qū)動控制系統(tǒng)。倒立擺控制系統(tǒng)可以應(yīng)用微分幾何方法進行分析,因為它是一種典型的放射非線性系統(tǒng)。該項成果已達(dá)到國際先進水平甚至國際領(lǐng)先水平。2005年7月,北京師范大學(xué)復(fù)雜系統(tǒng)智能控制實驗室在李洪興教授的帶領(lǐng)下采用“變論域自適應(yīng)模糊控制理論”成功實現(xiàn)了對平面三級倒立擺實物系統(tǒng)的控制,這代表了世界范圍內(nèi)平面倒立擺系統(tǒng)領(lǐng)域的最先水平。使用電位器作為姿態(tài)測量傳感器不斷測量擺桿的的姿態(tài)信息，通過轉(zhuǎn)換這些模擬信息傳送給作為控制核心的8位單片機，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，單片機通過驅(qū)動電路將控制信號以PWM方式去驅(qū)動直流電機的，達(dá)到調(diào)節(jié)擺桿姿態(tài)的目的。在設(shè)計的基礎(chǔ)上，通過牛頓力學(xué)對這個系統(tǒng)進行數(shù)學(xué)建模，得到系統(tǒng)的狀態(tài)空間方程。倒立擺系統(tǒng)的控制策略與雜技表演頂桿的控制技巧相似,很多抽象的控制理論都能夠通過倒立擺控制系統(tǒng)來表現(xiàn),比如系統(tǒng)的穩(wěn)定性、魯棒性等,因此倒立擺系統(tǒng)因其成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點,成為驗證某一控制理論或控制方法的理想實驗平臺。此外,以中國科學(xué)院易建強等、清華大學(xué)王中大等、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)張冬軍等、上海交通大學(xué)付瑩、哈爾濱工業(yè)大學(xué)柏桂珍等為代表的研究團隊均在倒立擺系統(tǒng)的控制研究方面取得了重要的突破性成就。(4)不確定性。 環(huán)形一級倒立擺系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型忽略各種摩擦力、空氣阻力等,將環(huán)形倒立擺系統(tǒng)抽象成水平桿和勻質(zhì)擺桿組成的剛體系統(tǒng)。其標(biāo)稱阻值為1KΩ，電阻公差177。圖35 姿態(tài)傳感器電位器檢測擺桿擺角的信號要經(jīng)過許多環(huán)節(jié)的處理,最終計算出PWM輸出脈寬控制電機轉(zhuǎn)速和方向。24V開關(guān)電源輸入220V電壓輸出24V電壓。為了保證執(zhí)行效率，所以要對應(yīng)關(guān)鍵的或要經(jīng)常訪問調(diào)用的變量和函數(shù)進行處理。 按鍵值獲取、擺桿角度值獲取計算、擺桿倒立狀態(tài)控制都是在中斷程序中完成。 角度函數(shù)本程序讀取DSC 的AD采用數(shù)值，然后計算擺桿的傾角。獲取擺桿角度反饋值，通過PID算法計算出PWM輸出，控制電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。 backvalue=abs(backvalue)。俗話說，磨刀不誤砍柴工。同樣方法將通道1設(shè)置成提取角速度值的通道。 int16 s16Element。所以事先規(guī)定上位機通過串口傳來的指令、參數(shù)全部以字符串的形式發(fā)送，“”，這樣只要下位機串口只要接收字符串就可以了。整個調(diào)試中涉及到的參數(shù)和部件非常多，而且這些參數(shù)之間還有著緊密的相互影響。 測試PWM輸出在單片機軟件可以進行開發(fā)下載基礎(chǔ)之上，編寫單片機 PWM 輸出控制程序。通過這個比例可以將角位移傳感器的信號轉(zhuǎn)換成角度信號，單位是度。然后適當(dāng)減小比例參數(shù)。（5）完成了倒立擺系統(tǒng)的硬件設(shè)計。（4）選用添加USB存儲設(shè)備，實現(xiàn)大容量讀寫數(shù)據(jù)，實現(xiàn)一定的信息存儲功能。 //上擺角度 HanterChannel[2].s16Element=(int16)G_LeftVal。 //電機方向+電壓輸出 } else {PWM(0)。amp。(TestPin1==0)amp。//特殊功能寄存器入量通道選擇 delay_ms(200)。 for (i=0。 MotorSpeedOut()。 backvalue=abs(backvalue)。} return (result)。} if (result=OUT_MIN){result = OUT_MIN。 float fP,fD,fI。 fLeft = g_fAngleControlOut。}uint16 averageAD(uint8 Channel,uint8 Count)small{ uint16 Average。在P1M0，P1M1中對相應(yīng)的位進行設(shè)置。 } else if((TestPin0==1)amp。(TestPin2==0)) { key_value=1。g_fCarAngle35) //滿足角度閉環(huán)控制 { AngleControl()。) {//==================向上位機發(fā)送數(shù)據(jù)方便觀測================== HanterChannel[0].s16Element=(int16)g_VoltageZ。（1）設(shè)計系統(tǒng)時的充分考慮器件的性能和成本。（3）對于語音識別系統(tǒng)和語音播報系統(tǒng)進行了大量的實驗調(diào)試，語音識別技術(shù)可拓展應(yīng)用于智能家居等領(lǐng)域。增大微分參數(shù)直到擺桿開始共振，這樣就可以確定微分參數(shù)的最大值了。通過旋轉(zhuǎn)角位移傳感器的轉(zhuǎn)軸，測得角位移傳感器最大值為1024，最小值為0。該單片機在出場后內(nèi)部就有一個自舉編程(Bootloader)程序，通過 UART 串口便可以將用戶程序下載下去。但是由于受到倒立擺模型精度的影響，計算所得到的參數(shù)也只能夠作為參考值——調(diào)試的起始范圍。 下位機的高級收碼程序設(shè)計為了后期調(diào)試方便，提高調(diào)試效率，采用上位機調(diào)試參數(shù)。typedef union _uinonx{ uint16 u16Element。幀結(jié)束判定根據(jù)下位機的協(xié)議設(shè)定，8個通道可以同時提取同一幀中的8個信息。 }43第五章 上位機修改參數(shù)為了使倒立擺系統(tǒng)實現(xiàn)倒立并具有良好的穩(wěn)定性，調(diào)試過程中需要修改很多參數(shù)。 float fP,fD,fI。 擺干角度} 倒立控制函數(shù)在角度函數(shù)中,我們得到了擺桿的傾角。} 本節(jié)將對主要控制函數(shù)進行說明。失去倒立可調(diào)狀態(tài)判斷可以通過擺桿傾角是否超過一定范圍進行確定，一旦擺桿失去倒立可調(diào)狀態(tài)，則停止倒立擺運行?？紤]到整個程序中用到的變量比較多，所以在keil軟件中的options for Target中要將Target選項卡里的Memory Model和Code Rom Size選擇為Large模式。（2）穩(wěn)壓電路：LM7805穩(wěn)壓電路的功能是在不超過額定輸入電壓的親提下得到所需的低于輸入電壓的穩(wěn)定電壓值，維持輸出電壓的穩(wěn)定，使之不隨負(fù)載的變化而變化。圖34 角位移傳感器主要技術(shù)參數(shù)：，工作溫度范圍大，自帶信號調(diào)節(jié)；，適應(yīng)不良環(huán)境（振動、沖擊、潮濕、鹽霧等，出色的溫度穩(wěn)定性）；（100%行程）：~；、直流輸出。圖32 單片機引腳 單片機最小系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng)包括振蕩電路、復(fù)位電路和指示電路，如圖33所示。)T為系統(tǒng)狀態(tài)變量,一般輸出為y=qt。(3放射非線性系統(tǒng)。然后又將研究目光瞄準(zhǔn)更加復(fù)雜難控的平面倒立擺系統(tǒng),將變論域自適應(yīng)模糊控制理論結(jié)合最優(yōu)控制理論和經(jīng)典PID控制理論的某些特點擴展為具有高維PID調(diào)節(jié)功能的變論域自適應(yīng)控制理論,并將該理論應(yīng)用于平面運動二級倒立擺實物系統(tǒng)控制研究,于2003年3月25日成功實現(xiàn)了平面運動二級倒立擺實物系統(tǒng)控制。依據(jù)基座的運動形式,倒立擺系統(tǒng)主要分為三大類:直線倒立擺、環(huán)形倒立擺和平面倒立擺,其中平面倒立擺是倒立擺系統(tǒng)中最復(fù)雜的一類。本文首先設(shè)計了一階環(huán)形倒立擺的模型。通過這個建模的過程，可以看出這個系統(tǒng)是一個不穩(wěn)定的非線性系統(tǒng)，也為后面的控制理論分析打下基礎(chǔ)。倒立擺系統(tǒng)是一種典型的多變量、非線性、強耦合、高階次的自然不穩(wěn)定系統(tǒng),它的控制目標(biāo)就是實現(xiàn)倒立擺系統(tǒng)各擺桿的平衡,使之沒有過大震蕩,并在加入隨機擾動的情況下系統(tǒng)能夠在擾動消失后迅速恢復(fù)平衡狀態(tài)。研究對象涵蓋直線型一級到四級倒立擺的起擺和穩(wěn)定控制,傾斜軌道的直線三級倒立擺、平面倒立擺、圓軌(環(huán)形)倒立擺等,控制理論從經(jīng)典的傳遞函數(shù)、頻率特性、根軌跡為基礎(chǔ)的頻域分析方法,發(fā)展到PID、自適應(yīng)、狀態(tài)反饋、LQR最優(yōu)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、智能控制、模糊控制及人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)。主要是指測量噪聲、建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型時的參數(shù)誤差以及機械傳動過程中的非線性因素所導(dǎo)致的難以量化的部分。一級倒立擺的結(jié)構(gòu)如圖21所示圖21 環(huán)形一級倒立擺的結(jié)構(gòu)圖5θ0為水平桿與x軸的夾角, θ1為擺桿與垂直方向的夾角表21 環(huán)形一階倒立擺的物理參數(shù)水平桿的質(zhì)量m0水平桿繞端點的轉(zhuǎn)動慣量J0擺桿的質(zhì)量m1擺桿繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量J1水平桿的長度L0擺桿質(zhì)心到轉(zhuǎn)軸的距離l1系統(tǒng)的拉格朗日算子：其中T為系統(tǒng)的總動能、L為拉格朗日算子、v為系統(tǒng)的總勢能、q為系統(tǒng)的廣義坐標(biāo)。15%，實測阻值960Ω。其中,每一個環(huán)節(jié)勢必會引入一定的噪聲與零點漂移,通過檢測每個環(huán)節(jié)的性能來計算出整個系統(tǒng)的精度是非常麻煩和復(fù)雜的。LM7805穩(wěn)壓電路輸入24V電壓輸出5V電壓。關(guān)鍵的或要經(jīng)常訪問的變量使用data關(guān)鍵字進行聲明，關(guān)鍵的或要經(jīng)常調(diào)用的函數(shù)使用SMALL 存儲模式進行聲明。圖41 中斷服務(wù)程序流程圖圖41中，使用T0定時器，產(chǎn)生50毫秒的周期中斷。 對于讀取的角位移傳感器數(shù)值需要減去零偏值。從而使擺桿處于倒立狀態(tài)。 取絕對值 fDeltaNew=setvalue+backvalue。在調(diào)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。單擊啟動高級收碼后，將在歷史數(shù)據(jù)區(qū)看到接收到的角度值和角速度值，該值是轉(zhuǎn)換成人們常用的10進制的結(jié)果。 int8 s8Element。使用浮點型數(shù)據(jù)時再將字符串轉(zhuǎn)換成浮點型數(shù)據(jù)即可。如果對于其中的物理過程認(rèn)識不清，有沒有正確的調(diào)試步驟，那么在調(diào)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(diào)試進程。通過控制電機轉(zhuǎn)速，驗證驅(qū)動電路的正確性。 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)。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)。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(shè)計，STC5410AD，MMA7260，ENC03等外圍接口設(shè)計。以上問題都是可以實現(xiàn)的，它們的解決需要進一步學(xué)習(xí)和花更多的精力，使系統(tǒng)更加完善、更加人性化。 //電機輸出PWM的值 superior_send(3, HanterChannel)。PWM1(0)。(TestPin1==1)amp。amp。 //初次打開AD轉(zhuǎn)換時