電子設計大賽培訓簡易旋轉倒立擺及其控制裝置(編輯修改稿)
2025-07-10 09:22 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 06A5V1024 編碼器卻更容易控制，且抗干擾，數(shù)據(jù)可靠，適合本設計對角度傳感器的要求，故我們選擇方案二。 2 硬件設計及理論分析 PID 控制算法理論分析 系統(tǒng)要實現(xiàn)倒立功能，單片機對角度數(shù)據(jù)的處理是為重要的。本系統(tǒng)采用位置式 PID 控制算法對編碼器所測角度數(shù)據(jù)進行處理，并以此作為參數(shù)調(diào)節(jié)電機的轉速，最終實現(xiàn)擺桿倒立。 PID 調(diào)節(jié)是一種線性調(diào)節(jié)，它將給定值與實際輸 出值的偏差的比例、積分、微分通過線性組合構成控制量，對控制對象進行控制。當被控對象的結構和參數(shù)不能完全掌握或得不到精確的數(shù)學模型，控制理論和其他技術難以采用時，系統(tǒng)控制器的結構和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應用 PID 技術最為方便，即使當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或是不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，也適合采用 PID 控制技術， PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分進行計算。 在本系統(tǒng)中被控對象為擺桿，其數(shù)學模型以及理論計算并不容易，故我們采用位置式 PID 控制算法對編碼器所 測角度數(shù)據(jù)進行處理其中 P 為比例系數(shù)； I 為角度誤差的積分系數(shù)； D 為微分系數(shù)。 輸出量 =P*角度誤差 n+D/dt*（角度誤差 n角度誤差 n1） 4 系統(tǒng)控制框圖如 21 所示。 單片機 驅動 伺服電機 旋轉臂擺桿編碼器圖 21 系統(tǒng)控制框圖 單片機控制模塊設計 基于 MSP430F149 單片機的主控電路， MSP430F149 是德州儀器開發(fā)的一種超低功耗微控制器， 16 位的 CPU 集成寄存器和常數(shù)發(fā)生器，實現(xiàn)了最大化的代碼效率。 MSP430F149 單片機還 具有處理能力強，功耗低，執(zhí)行能力強，中斷源多等優(yōu)點。在整個系統(tǒng)中由 MSP430F149 單片機控制實現(xiàn)編碼器數(shù)據(jù)的采集，角度數(shù)據(jù)的的處理，電機的驅動。 圖 22 為 MSP430F149 單片機最小系統(tǒng)電路圖。 圖 22 MSP430F149 單片機最小系統(tǒng)電路圖 5 電機驅動模塊設計 本系統(tǒng)采用 ACS606 驅動模塊驅動 BLM57180 伺服電機作為系統(tǒng)的執(zhí)行機構。單片機接收編碼器所測得的擺桿轉角，采用 PID 控制算法對此數(shù)據(jù)處理，輸出 PFM波控制 ACS606 驅動模塊驅動電機。 ACS606 是雷賽一款簡化接口的交流 伺服驅動器，其在控制接口方面提供了脈沖、方向、使能三個信號，專為位置控制模式設計，最高速度可達 3500rpm，克服了步進丟步，發(fā)熱，噪音等問題。圖 23 為驅動與電機及單片機連接的電路圖。 圖 23 驅動與電機及單片機連接的電路圖
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