電賽論文-風(fēng)力擺控制系統(tǒng)(編輯修改稿)
2025-07-11 05:56 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 傳感器 模塊、電源模塊組成，下面分別論證這幾個(gè)模塊的選擇。 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 的論證與選擇 方案一： 采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制，通過開關(guān)的切換對(duì) 軸流風(fēng)機(jī) 的速度進(jìn)行調(diào)整。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡單，缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間慢、機(jī)械結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較短、可靠性不高。 方案 二 ： 以 N 溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管為核心，基于 H 橋 PWM 控制的驅(qū)動(dòng)控制電路，對(duì)直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制及速度的調(diào)節(jié)具有良好的工作性能。并且直流電機(jī)控制電路的運(yùn)行穩(wěn)定可靠，電機(jī)調(diào)節(jié)響應(yīng)速度快，滿足大功率直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制，結(jié)構(gòu) 簡單、驅(qū)動(dòng)力強(qiáng)、功耗低。 綜合以上 二 種方案，選擇方案 二 。 角度傳感器 的論證與選擇 方案一： 采用 WDD35D5 角度傳感器。 其原理相當(dāng)于可調(diào)電位器，根據(jù) 風(fēng)力擺 傾斜角度產(chǎn)生相應(yīng)的阻值，通過 AD 轉(zhuǎn)換處理后從而算出相應(yīng)的角度，但是該方案需要 AD轉(zhuǎn)換、不易放置、僅能直接得到角度等問題。 方案二： 采用 MPU6050 加速度陀螺儀。 該模塊整合了 3 軸陀螺儀和 3 軸加速度器，輸出六軸旋轉(zhuǎn)矩陣、四元數(shù)、 Euler 角的融合演算數(shù)據(jù)，通過處理后可檢測到 風(fēng)力擺 傾斜角度及其加速度，以便于對(duì)擺桿的控制。 綜合以上 二 種方案，選擇方案 二 。 控制系統(tǒng)的論證與選擇 方案一： 采用 STC89C52 單片機(jī)作為主控芯片， STC89C52 單片機(jī)是 STC89C51 單片機(jī)的增強(qiáng)板，是 STC 公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能 8 位微控制器，具有 8k 可編程Flash 存儲(chǔ)器，總共有 32 位 I/O 口線， 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 4 個(gè)外部中斷，全雙工串行口等資源。雖然最小系統(tǒng)簡單，編程較易，但是工作頻率過低無法滿足該設(shè)計(jì)的高速運(yùn)算要求。 方案二： 采用 STM32F103VCT6 作為主控芯片， STM32 系列單片機(jī)是基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計(jì) 的 ARM CortexM3 內(nèi)核。它具有512K 片內(nèi) FLASH,64K 片內(nèi) RAM ,片內(nèi) FLASH 支持在線編程 (IAP)，多達(dá) 80 個(gè)IO(大部分兼容 5V邏輯 ),4 個(gè)通用定時(shí)器 ,2 個(gè)高級(jí)定時(shí)器 ,2 個(gè)基本定時(shí)器 ,3 路 SPI接口 ,2路 I2S 接口 ,2 路 I2C 接口 ,5 路 USART 等豐富的資源，較高的工作頻率可滿足該設(shè)計(jì) 2 所需的高速運(yùn)算及數(shù)據(jù)處理。 綜合以上 二 種方案，選擇方案 二 。 二、 系統(tǒng)理論分析與計(jì)算 風(fēng)力擺狀態(tài) 的分析 從陀螺儀 DMP 直接讀出四元數(shù)，然后計(jì)算出歐拉角，最后通過歐拉角確定陀螺儀的姿態(tài) 。 通過風(fēng)擺姿態(tài)變化可以分析出風(fēng)擺 實(shí)時(shí)的位置還有速度信息，再 由主控系統(tǒng)通過PID 算法分析后 控制軸流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)控制風(fēng)力擺運(yùn)動(dòng)。 四元數(shù)與 姿態(tài) 的計(jì)算 （ 1） 四元數(shù) 四元數(shù) 是簡單的 超復(fù)數(shù) 。 復(fù)數(shù) 是由 實(shí)數(shù) 加上虛數(shù)單位 i 組成，其中 i^2 = 1。 相似地， 四元數(shù) 都是由實(shí)數(shù)加上三個(gè)虛數(shù)單位 i、 j、 k 組成，而且它們有如下的關(guān)系： i^2 = j^2 = k^2 = 1， i^0 = j^0 = k^0 = 1 , 每個(gè)四元數(shù)都是 i、 j 和 k 的線性組合，即是四元數(shù)一般可表示為 a + bk+ cj + di，其中 a、 b、 c 、 d是實(shí)數(shù)。 對(duì)于 i、 j、 k 本身的幾何意義可以理解為一種旋轉(zhuǎn)，其中 i 旋轉(zhuǎn)代表 X軸與 Y 軸相交平面中 X軸正向向 Y軸正向的旋轉(zhuǎn)， j 旋轉(zhuǎn)代表 Z軸與 X 軸相交平面中 Z軸正向向 X軸正向的旋轉(zhuǎn)， k 旋轉(zhuǎn)代表 Y軸與 Z 軸相交平面中 Y軸正向向 Z
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