倒立擺電子設計論文-資料下載頁
2025-07-03 19:47本頁面
【導讀】動，并且實現(xiàn)倒立功能。對此我們的作品采用自制支架，旋臂和擺桿。伺服電機，以STC12C5A60S2為控制芯片，利用精密塑料電位計測量擺桿轉(zhuǎn)角，設計并制作一套簡易旋轉(zhuǎn)倒立擺及其控制裝置。旋轉(zhuǎn)倒立擺的結構如下圖1. 電動機A固定在支架B上，通過轉(zhuǎn)軸F驅(qū)動旋轉(zhuǎn)臂C旋轉(zhuǎn)。時，帶動擺桿E在垂直于旋轉(zhuǎn)臂C的平面作自由旋轉(zhuǎn)。擺起倒立，保持倒立時間不少于10s；轉(zhuǎn)過角度達到或超過360°；其中直流減速電機為執(zhí)行機構，由電機驅(qū)動芯片L298驅(qū)動。擺桿之間由角位移傳感器連接，擺桿可繞旋臂在垂直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。I/O資源豐富、易于進行功能擴展。案不是最佳選擇。等優(yōu)點，但存在減速箱，齒輪減速存在空程，不利于實現(xiàn)精確控制。以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象。擺動方向，且價格比較昂貴，性價比低。綜上所述，選擇方案一。口較多的問題，能夠用單片機的3個I/O口控制8個數(shù)碼管。
【正文】 x???? ? ?????????? ? ? ???? ? ?? ? ? ?????? ? ? ????????? (214) （ 215） １３ PID 控制器 C語言算法 int kp,ki,kd,e2,e1,sume,u。 //PID 控制參數(shù) kp:比例系數(shù) ki:積分系數(shù) kd:微分系數(shù) //e0:當前偏差 e1:前一次偏差 e2:前二次偏差 sume:偏差累積和 int PID1() //增量式 PID 控制算法 : 只需要當前時刻以前 3個時刻的誤差， //計算誤差與精度不足時對控制量的計算影響較小 { int e0。 int u。 e0=setiStemp。 //當前偏差 =設定液位值 當前實時液位值 e2=e1。e1=e0。 u=kp*(e0e1) + ki*e0 + kd*(e02*e1+e2)。 if(u30) u=30。 //對應電壓或電機的死區(qū)范圍，需測試 if(uPWM_MAX) u=PWM_MAX10。//對應最大 PWM 限制或電壓死區(qū)，需測試 return u。//設置 PWM 脈沖數(shù)據(jù) } 程序流程圖見下圖示 １４ 開 始初 始 化自 動 起 擺模 式手 動 起 擺模 式設 定 角 度設 定 角 度設 定 角 度起 擺 起 擺起 擺 一 段時 間是 否 到 達 垂 直 線倒 立擺 是 否 到 位倒 立 一 定時 間停 擺是 否 到 達 垂 直 線停 擺停 擺是是否否是否 完 成 要 求 程序流程圖示 １５ 四、測試方案與測試結果 測試過程 根據(jù)電路圖連接好硬件電路，下載程序到 STC12C5A60S2 單片機中，觀察擺桿擺動角度，通過對程序的調(diào)試，實時調(diào)試擺桿擺動角度，以達到 技術要求，使擺桿擺動角度加大直至可以做圓周運動，且可以實現(xiàn)倒立。 測試儀器 數(shù)字示波器，穩(wěn)壓電源，精密電壓表。 測試結果 可以使達到基本要求（ 1）、（ 2），完成 60176。轉(zhuǎn)角和圓周運動，采用機理法建模和模糊數(shù)學控制，加入 PID 控制器可以完成基本要求（ 3），發(fā)揮部分（ 1）、（ 2）、（ 3），并且加入數(shù)碼管顯示，可以顯示出擺桿的角度位置。 數(shù)據(jù)處理 表 41 擺桿角度與電位器阻值關系 擺桿距中心角度差 /度 30 15 0 15 30 ADchange 值 500 465 410 365 325 由表 41 擬合出近似的曲線 １６ 誤差分析 倒立擺系統(tǒng)是非線性、強耦合、多變量和自然不穩(wěn)定的系統(tǒng)。在控制過程中，作為一個被控對象 , 它又相當復雜 , 就其本身而言 , 是一個不穩(wěn)定、多變量、非線性和強耦合系統(tǒng) , 為了準確控制倒立擺，采用機理法建立數(shù)學模型，近似化后加入 PID 控制器，這種處理方法本身會引入誤差；另外建立數(shù)學模型所需的一些數(shù)據(jù)又難以準確測量，會使誤差增加；調(diào)試過程中， PID 控制器的建立依靠大量實驗數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)本身及數(shù)據(jù)處理的誤差都是該系 統(tǒng)的誤差來源。 五、 結論、心得體會 倒立擺系統(tǒng)能夠完成基本部分和部分發(fā)揮部分的要求，運行平穩(wěn)，但是調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的抗外界干擾性較差，電機的控制不能完全達到理想狀態(tài)，我們對所有問題的考慮不完全，最后對于倒立擺的控制程序有待優(yōu)化。 通過這次競賽，我們學到了倒立擺的整體制作，意識到系統(tǒng)各個模塊的良好運行至關重要，不允許出現(xiàn)模塊的“或許“好使的現(xiàn)象，特別是硬件部分要達到一定的精確度。同時在完成題目設計要求的過程中，我們也意識到了自己和別人的差距，今后我們會再接再厲，努力達到更高的水平。 １７ 附 錄： 電路設計原理圖 最小系統(tǒng)原理圖 （串口部分） 電機驅(qū)動 L298N 原理圖 １８ 角度傳感器原理圖 數(shù)碼管顯示原理圖 １９ 元件表 12C5A60S2 芯片 1 塊 9 針串口 1 個 MAX7219 1 個 MAX232 1 個 蜂鳴器 1 個 穩(wěn)壓器 7805 3 個 驅(qū)動芯片 L298N 2 個 電位器 10K 3 個 電解電容 1uF 5 個 電解電容 3 個 電解電容 10uF 3 個 ２０ 電解電容 100uF 2 個 瓷片電容 33pF 2 個 瓷片電容 331 2 個 瓷片電容 104 12 個 排阻 1K 1 個 電阻 1K 7 個 電阻 10K 5 個 電阻 20K 3 個 按鈕開關 1 個 二極管 1N4007 8 個 晶振 1 個 覆銅板 若干 導線，排針，母插座 若干 伺服電機 1 個 蓄電池 1 塊 源程序
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