【正文】 泰山學院本科畢業(yè)論文（設計） 19 參考文獻 [1]陳伯時 .電力拖動自動控制系統(tǒng) [M].北京：機械工業(yè)出版社 ,20xx： 3540. [2]王建輝，楊自厚 . 自動控制原理 [M].北京：清華大學出版社， 20xx： 2224. [3]馮智勇，曾瀚，張力 .基于陀螺儀及加速度計信號融合的姿態(tài)角度測量 [J].西南大學 . [4]桑勝舉 ,沈丁 . 單片機原理及應用 [M].北京：中國鐵道出版社 ,20xx： 4552. [5]盛珣華 .計算機控制系統(tǒng) [M].北京：北京交通大學出版社 ,20xx： 1051. [6]洪利，章?lián)P，李世寶 .MSP43單片機與應用實例詳解 [M].北京：北京航空航天大學出版社 ,20xx： 3257. [7]魏小龍 .MSP430 系列單片機接口技術(shù)及系統(tǒng)設計實例 [M].北京：北京航空航天大學出版社 ,20xx： 7796. [8]王建東，王亞飛，張晶 .基于卡爾曼濾波器的運動目標跟蹤算法 [J].重慶大學 . 泰山學院本科畢業(yè)論文（設計） 20 。自平衡系統(tǒng)無論在生活中，還是在航海、航天、導彈等領(lǐng)域有較廣闊的發(fā)展空間。為自己今后的繼續(xù)的學習和工作打下了基礎(chǔ)，并且增加了在自動化領(lǐng)域繼續(xù)探 討的信心與激情。我們在今后的工程實踐中要學會進行理泰山學院本科畢業(yè)論文（設計） 18 論分析，擁有正確的理論依據(jù)，實踐將是高效的。但是，理論也是必不可少的，理論是指導實踐的基礎(chǔ)。 5 結(jié)論 這次畢業(yè)設計從準備導師實踐的過程使自己學到了多。可知在本系統(tǒng)里面 ^kx 即為偏角 ? 。設 k時刻的狀態(tài)估計值為： | 1 | 1^ ^ ^()k k k k k k k kx x K y c x??? ? ?，卡爾曼濾波的遞推步驟如下是所示： 狀態(tài)一步預測值： 1 | | 1^^k k k k kxx???? 預測誤差方差： | 1 1 | 1 1 | 1 1 1k k k k k k k k k kTTP P G Q G? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 濾波增益： | 1 | 1 1()k k k k k k k k kTTK P c c P c R?? ??? 最佳濾波值： | 1 | 1^ ^ ^()k k k k k k k kx x K y c x??? ? ? 濾波誤差方差： |1()k k k k kP I K c P ??? 以上即為集中式卡爾曼濾波的基本方程。 泰山學院本科畢業(yè)論文（設計） 17 1) k? ， kv 為零均值白噪聲，滿足 ? ? ? ?0 , , ,k k f k f k k fTE Co v E Q? ? ? ? ? ???? ? ???和1 | | 1 | 1| 1 1 | 1 1 | 1 1 1^ ^ ^()k k k k k k k k k kk k k k k k k k k kTTx x K y c xP P G Q G? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?0 , , ,k k f k f k k fTE v Co v v v E v v R ???? ? ???，其中 kQ 為系統(tǒng)過程噪聲 k? 的對稱非負定型方差矩陣， kR 位系統(tǒng)觀測噪聲 kv 的對稱正定方差陣，均為可知的，而 kf? 為 1（當 k =f 時）或 kf? 為 0（當 k ? f 時）?？柭鼮V波的一般方程在許多文獻中有詳細討論，本文直接引用其結(jié)論 [8]。帶有積分限幅和輸出限幅的位置式數(shù)字 PI調(diào)節(jié)程序框圖如圖 44所示 [5]。在這里我們是利用位置式來分析的設計的，而位置式必須同時設積分限幅和輸出限幅，缺一不可。 在控制系統(tǒng)中，為了安全起見，常須對調(diào)解器的輸出實行限幅。 保 護 現(xiàn) 場允 許 測 速 嗎 ？開 放 旋 轉(zhuǎn) 編 碼 器 脈 沖 計數(shù) 器 和 高 頻 時 鐘 計 數(shù) 器開 放 測 速 時 間 計數(shù) 器 并 允 許 中 斷禁 止 捕 捉 中 斷恢 復 現(xiàn) 場禁 止 測 速 嗎 ？關(guān) 閉 旋 轉(zhuǎn) 編 碼 器 脈 沖 計數(shù) 器 和 高 頻 時 鐘 計 數(shù) 器中 斷 返 回NYY 泰山學院本科畢業(yè)論文（設計） 15 圖 43 計數(shù)程序方框圖 PID 調(diào)節(jié)器程序設計 PI 調(diào)節(jié)器是電力拖動自動控制系統(tǒng)中最常用的一種控制器，因此，可以把PID 中的微分環(huán)節(jié)省去。通過 MSP430F149 的 TimeA 模塊的捕捉模式即可完成上述的整個過 程。待測速時間計數(shù)器到達計數(shù)值，發(fā)出停止測速信號，再次開放捕捉中斷到旋轉(zhuǎn)編碼器脈前沿再到達時停止計數(shù)。 起 始 信 號發(fā) 送 設 備 地 址 + 讀 信 號讀 出 寄 存 器 數(shù) 據(jù)接 收 應 答 信 號停 止 泰山學院本科畢業(yè)論文（設計） 14 圖 42 IIC通信程序流程圖 因此，由單片機 （ SCL）和 （ SDA）模擬實現(xiàn) IIC 通信的程序流程圖如圖 42 所示。 SCL 為高電平的期間， SDA 狀態(tài)的改變被用來表示起始和停止條件?？傂卤仨氂?MSP430（主器件）控制，主器件產(chǎn)生串行時鐘（ SCL），由 端口輸出，來控制總線的傳輸方向，并產(chǎn)生起始和停止條件。器件發(fā)送數(shù)據(jù)到總線上，則規(guī)定為發(fā)送器，器件接收數(shù)據(jù)則定義為接收器。若未收到應答信號，判斷為受控單元出現(xiàn)故障。 應答信號：接收數(shù)據(jù)的 IC在接受到 8bit 數(shù)據(jù)后，想發(fā)送數(shù)據(jù)的 IC 發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。 開始信號： SCL 為高電平， SDA 由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。 IIC總線是有數(shù)據(jù)線 SDA和時鐘線 SCL構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。由于本系統(tǒng)使用的是 MSP430F149 單片機，在于MPU6050 進行通信時，需要通過軟件模擬 IIC 實現(xiàn)。一個主控能夠控制信號的傳輸和時鐘頻率。由于接口直接在組件之上，因此 IIC 總線占用的空間非常小，減少了電路板的空間和芯片引腳的數(shù)量，降低了互聯(lián)成本。 IIC 通信程序設計 IIC（ InterIntegrated Circuit）總線是一種由 PHILIPS 公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于鏈接微控制器及外圍設備。 PWM 波形的輸出、計數(shù)程序，還有系統(tǒng)監(jiān)控程序都是通過單片機內(nèi)部的硬件模塊的實現(xiàn)的，這些程序運行時是幾乎不占用 CPU 的時間的。由此時得到的車體傾角使得控制器輸出相應占空比的 PWM 波形控制電機的運轉(zhuǎn)，而 PID 調(diào)節(jié)程序主要是調(diào)節(jié)直流電機的運轉(zhuǎn)，使得電機有一個較好的運動特性和抗干擾性。此時，MSP430F149 單片機會從 MPU6050 中讀取小車擺動的角速度和水平方向上的加速度。 圖 34 電源電路圖 4 自平衡小車軟件分析設計 系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)分析 主 程 序I I C 通 信 程 序 P W M 產(chǎn) 生 程 序 P I D 調(diào) 節(jié) 器 程 序 卡 爾 曼