簡(jiǎn)易旋轉(zhuǎn)倒立擺及控制裝置-電子設(shè)計(jì)大賽論文(編輯修改稿)
2025-07-03 11:53 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 制算法。本系統(tǒng)采用 PID控制， 1） 比例控制 (P) 比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸入與輸出誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（ Steadystate error）。 2） 積分控制（ I） 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn) 圖示： PID控制 入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則成這個(gè)系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)（ System with Steadystate Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即使誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而增加，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例 +積分控制器可以使系 統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。 3)微分控制（ D） 在微分控制中，控制器的輸入與輸出誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。自動(dòng)控系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大的慣性組件或有滯后組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后與誤差的變化，解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō)，在控制器中引入“比例”往往是不夠的，比例項(xiàng)的中作用僅僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，他不能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)， 這樣，具有比例 +微分的控制器就能夠提前使抑制 誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)，從而避免了被控制的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例 +微分控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。 5 倒立擺框架的選擇與設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)要求倒立擺的穩(wěn)定性、精確性、快速性和平衡能力較高，因此，以木板作為底座，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，以鋼質(zhì)軌道作為旋轉(zhuǎn)臂，將直流伺服電機(jī)固定在木制支架上側(cè)接擺桿，帶動(dòng)擺桿在旋轉(zhuǎn)臂上運(yùn)動(dòng)，保證控制的精確性和快速性。直流伺服電機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力根據(jù)擺桿的擺角的變化而在旋轉(zhuǎn)臂上轉(zhuǎn)動(dòng)，使擺桿在豎直平面內(nèi)擺動(dòng)并達(dá)到動(dòng)態(tài)倒立狀態(tài)。 本系統(tǒng)采用 12 伏電壓給伺服電動(dòng)機(jī)供電，配有 5伏 穩(wěn)壓模塊給單片機(jī)和角度傳感器供電。 圖示 :穩(wěn)壓電路 我們選擇單圈的 10K 精密電位器 它具有線性度好、易于調(diào)整阻值、可以在 0360 范 圍內(nèi)周而復(fù)始的旋轉(zhuǎn)等特點(diǎn)，電位器旋轉(zhuǎn)到每一角度對(duì)應(yīng)一定的阻值，電位器接基準(zhǔn)的 電壓，通過(guò)單片機(jī)的 ADC
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