簡(jiǎn)易旋轉(zhuǎn)倒立擺及控制裝置電子設(shè)計(jì)(參考版)
2024-08-30 22:34本頁(yè)面
【正文】 自起擺功能不穩(wěn)定，由于采用了加速度 計(jì)陀螺儀方式采集擺桿角度信息，傳感器的固定使得擺桿重心難以確定，自起功能受到限制，如果采用高精度編碼器或角度傳感器則可以避免在擺桿上固定傳感器，從而比較容易地完成功能。基本完成了題目所要求的功能。可以穩(wěn)定直立，做定角度旋轉(zhuǎn)和勻速圓周運(yùn)動(dòng)，可以輕松做到旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn) 360度同時(shí)保持?jǐn)[桿直立。15 180177。 5 177。 5 177。 5 177。 10 177。 5 平衡點(diǎn) 平衡點(diǎn) 平衡點(diǎn) 擺桿 /度 180 180 180 180 180 180 180 180 180 砝碼干擾 時(shí)間 /s 0 2 4 6 8 10 12 14 16 擺臂 /度 177。 10 177。 10 177。 3 180 180 180 180 180 180 時(shí)間 /s 10 11 12 13 14 15 16 17 18 擺臂 /度 177。10 180177。 15 177。 25 177。 30 177。 30 177。 14 測(cè)試結(jié)果及分析 測(cè)量擺角 時(shí)間 /s 2 4 6 8 10 12 14 16 擺臂 /度 10 30 40 45 60 80 90 80 時(shí)間 /s 18 20 22 24 26 28 30 32 擺臂 /度 120 130 150 70 90 90 80 90 圓周運(yùn)動(dòng) 時(shí)間 /s 4 8 12 16 20 24 28 32 擺臂 /度 30 60 150 完成圓周運(yùn)動(dòng) 由 165 度直立 時(shí)間 /s 1 2 3 4 5 6 7 8 9 擺臂 /度 177。 主程序流程圖 10 關(guān)中斷硬件初始化變量初始化開(kāi)總中斷按鍵檢測(cè)讀取撥碼開(kāi)關(guān)液晶顯示發(fā)送調(diào)試信息 圖 11 主程序流程圖 中斷服務(wù) 子程序流程圖 11 計(jì)算當(dāng)前旋轉(zhuǎn)臂位置控制量時(shí)間片 1時(shí)間片 2時(shí)間片 3時(shí)間片 4YESYESNONONO進(jìn)入定時(shí)中斷采集編碼器檢查標(biāo)志位采集陀螺儀計(jì)算當(dāng)前擺桿控制量時(shí)間片 5計(jì)算當(dāng)前旋轉(zhuǎn)臂速度控制量YES控制量 PWM輸出YES時(shí)間片累加NO中斷返回時(shí)間片清零 圖 12 1ms 定時(shí)中斷中斷函數(shù)流程圖 擺桿控制 PID 子程序流程圖 12 給定角度采集陀螺儀值采集加速度計(jì)值融合角度求偏差PID 控制輸出 PWM讀取 AD 圖 13 擺桿 PID 控制算法流程圖 13 讀取當(dāng)前編碼器位置量當(dāng)前位置與給定作差得 E （ k ）比例Pp ( k )= KpE ( k )積分Pi ( k )= KiE ( k )+ Pi ( k 1 )微分Pd ( k )= Kd [ E ( k )+ E ( k 1 )]P ( k )= Pp ( k )+ Pi ( k )+ Pd ( k )轉(zhuǎn)換成電機(jī)給定量PWM 輸出 圖 14 擺角位置控制 PID 算法流程圖 4 系統(tǒng)測(cè)試 測(cè)試條件與儀器 測(cè)試條件： 硬件電路和機(jī)械構(gòu)造已經(jīng)成型。程序每隔 1ms 進(jìn)一次中斷，分別作數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理及電機(jī)控制。 圖 9 用于給 K60 芯片供電的 。同時(shí)，電路還可以提供較大的驅(qū)動(dòng)電流，可以方便地驅(qū)動(dòng)直流減速電機(jī)。 總體框圖 圖 6 電路總體框圖 8 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 子系統(tǒng)電路原理圖 圖 7 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 子電路 原理示意圖 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用 BTN7971B 芯片。這樣，如果使用編碼器就可以用計(jì)數(shù)器進(jìn)行測(cè) 量，如果使用陀螺儀 加速度計(jì)或者角度傳感器，則可以切換到 AD 接口。 我們可以通過(guò)液晶顯示器的提示，使用按鍵控制倒立擺的運(yùn)動(dòng)方式和傳感器參數(shù)。 同時(shí)由于主控芯片和部分設(shè)備要求 ，我們使用了 ASM1117 作為電壓轉(zhuǎn)換芯片。 其中核心控制板使用 K60 芯片，外接按鍵，撥碼開(kāi)關(guān)，傳感器等設(shè)備。微分具有超前的作用，適量加入微分量可以減小震蕩，加快跟隨。然后再將旋轉(zhuǎn)臂閉環(huán)，整定整體參數(shù)。 在這里我們使用了位置式 PID。 6 圖 4 推測(cè)平面圓形倒立擺極點(diǎn)配置圖 綜合考慮對(duì)于算法的熟悉程度以及現(xiàn)有條件下
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