電子設(shè)計大賽風(fēng)力擺控制系統(tǒng)論文[b-文庫吧資料
2025-06-12 09:22本頁面
【正文】 差信號變得不很大之 4 前，在系統(tǒng)中引入一個有效超前修正信號，提高風(fēng)力擺系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減小調(diào)節(jié)時間。而且，當(dāng)積分作用太強(qiáng)時，會使系統(tǒng)超調(diào)加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)震蕩。但比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，當(dāng) KP 過大時會應(yīng)引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。 圖 21 PID模型 PID 控制器是一種線性控制器，其控制算法的模擬表達(dá)式是：如圖 22所示。常規(guī)的 PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖 21 所示。 kp 越小，表示比例增益越大，比例調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)。 比例調(diào)節(jié)規(guī)律依據(jù)“偏差的大小”來動作，它的輸出變化量與輸人偏差成比例，調(diào)節(jié)平穩(wěn)，作用及時，能有效地克服 各種干擾，是最基本的調(diào)節(jié)規(guī)律，它的缺點(diǎn)是不能消除余差，因此只能用于那些對被調(diào)參數(shù)精度要求不高的場合。 綜合比較以上兩個方案，本系統(tǒng)選擇方案二。優(yōu)點(diǎn)是控制精度高 ,且算法簡單明了。模糊控制是一種基于規(guī)則的控制，它直接采用語言型控制規(guī)則，出發(fā)點(diǎn)是現(xiàn)場操作人員的控制經(jīng)驗或相關(guān)專家的知識，在設(shè)計中不需要建立被控對象的精確的數(shù)學(xué)模型，因而使得控制機(jī)理和策略易于接受與理解，設(shè)計簡單，便于應(yīng)用。 控制算法的選擇 方案一：模糊控制算法 , 模糊控制是一種非線性控制，屬于智能控制的領(lǐng)域。 電機(jī)通過大功率開關(guān)電源供給 12V電源，這樣能夠保證電機(jī)的工作電壓穩(wěn)定，同時保證了電機(jī)對大功率的要求，而且將控制電路的電源和電機(jī)的電源分開，保證電源之間不會干擾，保證控制電路不會因電機(jī)的大電流工作而燒壞。 方案二： 采用變壓、整流濾波、穩(wěn)壓的方式，輸出相應(yīng)的電壓。將鋰電池的電源端口直接接在電機(jī)驅(qū)動的功耗電壓輸入端，供給電機(jī)。 電源方案 的論證與選擇 方案一： 電源的穩(wěn)定是保證整個系統(tǒng)正常工作的前提， 系統(tǒng)的電源包括控制電路的電源 ,有 5V和 ， 12V。同時 STM32 的可靠性較高，外部晶振經(jīng)分頻可達(dá) 72MHZ，有著較高的數(shù)據(jù)處理能力，同時芯片的功耗較低，完全滿足系統(tǒng)對實(shí)時性，可靠性、處理速率的要求。 2 使用 51 系列單片機(jī)作為控制芯片，有著較高的可靠性，能夠保證驅(qū)動大功率電機(jī)時單片機(jī)不易損壞，但是 51 單片機(jī)處理的速度較慢，內(nèi)部可用的資源太少，需要很多的程序來模擬相應(yīng)的控制資源，比較麻煩 。 綜合以上 兩 種方案，選擇方案 二 。這種方案控制方式同樣的較為復(fù)雜，使用了三個風(fēng)機(jī)使得系統(tǒng)的質(zhì)量加重。 圖 11 系統(tǒng)方案 系統(tǒng)控制方案 的論證與選擇 方案一：使用兩個軸流風(fēng)機(jī)，簡單的兩個的軸流風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn) 畫直線、畫圓，兩個直流風(fēng)機(jī)的安裝要保證能夠畫圓、所以直流風(fēng)機(jī)的安裝不能是同一個軸的方向，要保證有一定的角度，兩個風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速一個保證偏離固定的角度、另一個保證偏離固定的橫滾角度，這種方案得優(yōu)點(diǎn)是使用的風(fēng)機(jī)個數(shù)較少，同時底部風(fēng)機(jī)的質(zhì)量不太大，只要保證風(fēng)機(jī)的驅(qū)動能力，就能夠?qū)崿F(xiàn)基本的要求；但是這種方式對控制算法的要求較高，算法較為復(fù)雜，同時也不能保證較好的穩(wěn)定性，對于要求較復(fù)雜的控制，不一定能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的控制。如圖 11 所示。 ......................... 7 （ 3）畫圓測試 ................................................ 7 （ 4）測試分析與結(jié)論 .......................................... 7 五、結(jié)論與心得 ...................................................... 8 六、參考文獻(xiàn) ........................................................ 8 附錄 1：電路原理圖 .................................................. 9 附錄 2：源程序 ..................................................... 10 1 一、 系統(tǒng)方案 本系統(tǒng)主要有 STM32F103 最小系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動模塊、陀螺儀 加速度計傳感器MPU6050、軸流風(fēng)機(jī)、顯示屏、機(jī)械結(jié)構(gòu)、電源模塊構(gòu)成。具有良好的人機(jī)交互界面，各參數(shù)可動態(tài)調(diào)整，基本實(shí)現(xiàn)風(fēng)力擺系統(tǒng)的自動控制。 2021 年全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽 風(fēng)力擺控制系統(tǒng) （ B 題） 參賽隊號： 2021 2021 年 8 月 15 日 I
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