簡易旋轉(zhuǎn)倒立擺及控制裝置倒立排設(shè)計報告-展示頁
2024-10-20 13:02本頁面
【正文】 角度 ， 從而控制擺桿角度。對于脈寬調(diào)制信號的脈寬變換，常用的一種方法是采用調(diào)制信號獲取有源濾波后的直流電壓，但是需要 500Hz(周期是2ms)的信號，這對運放器件的選擇有較高要求，從電路體積和功耗考慮也不易采用 5mV 以上的控制電壓的變化就會引起電機的抖動，對于機載的測控系統(tǒng)而言，電源和其他器件的信號噪聲都遠大于 5mV，所以濾波電路的精度難以達到電機的控制精度要求 方案三： 采用 DSP， DSP 具有 強大數(shù)據(jù)處理能力和高運行速度 ，且具有可編程性， 需要模數(shù)轉(zhuǎn)換 ,采樣頻率的限制，處理頻率范圍有限數(shù)字系統(tǒng)由耗電的有源器件構(gòu)成，沒有無源設(shè)備可靠。 FPGA 內(nèi)部具有獨立的 I/O 接口和邏輯單元，使用靈活，適用性強，且相對單片機來說，還有速度快，外圍電路少，集成度高的特點，因此特別適用于復(fù)雜邏輯電路設(shè)計。； （ 4）其他。位置，外力 撤除同時，啟動控制旋轉(zhuǎn)臂使擺桿保持倒立狀態(tài)時間不少于 5s；期間 旋轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)動角度不大于 90176。 ~ +60176。 0 1 題目及要求 題目： 簡易旋轉(zhuǎn)倒立擺及控制裝置 圖 11 旋轉(zhuǎn)倒立擺結(jié)構(gòu)示意圖 要求 1．基本要求 （ 1）擺桿從處于自然下垂狀態(tài)（擺角 0176。）開始，驅(qū)動電機帶動旋轉(zhuǎn)臂作 往復(fù)旋轉(zhuǎn)使擺桿擺動，并盡快使擺角達到或超過 60176。； （ 2）從擺桿處于自然下垂狀態(tài)開始，盡快增大擺桿的擺動幅度，直至完成 圓周運動； （ 3）在擺桿處于自然下垂狀態(tài)下，外力拉起擺桿至接近 165176。 2．發(fā)揮部分 （ 1）從擺桿處于自然下垂狀態(tài)開始，控制旋轉(zhuǎn)臂作往復(fù)旋轉(zhuǎn)運動，盡快使 擺桿擺起倒立，保持倒立狀態(tài)時間不少于 10s； 1 （ 2）在擺桿保持倒立狀態(tài)下，施加干擾后擺桿能繼續(xù)保持倒立或 2s內(nèi)恢復(fù) 倒立狀態(tài)； （ 3）在擺桿保持倒立狀態(tài)的前提下，旋轉(zhuǎn)臂作圓周運動，并盡快使單方向 轉(zhuǎn)過角度達到或超過 360176。 方案比較 1． 控制系統(tǒng)方案的比較與選擇方案 方案一： 采用大規(guī)模 可編程邏輯器件 。但是 FPGA 的成本偏高，算術(shù)運算能力不強，而且由于本設(shè)計對輸出處理的速度要求不高，所以 FPGA 高速處理的優(yōu)勢得不到充分體現(xiàn) 方案二 ： 用 模擬電路 來產(chǎn)生電機的控制信號。 雖然 其優(yōu)點遠遠超過缺點 ， 但價格昂貴而且我們對其并不熟悉 方案 四 ： 用 單片機 作為電機的控制單元。但因數(shù)據(jù)更新慢，無法正確反饋角度 ，當電機啟動，擺桿擺動，切向方向有加速，影響 X軸方向的加速度， 數(shù)據(jù)從而無法精確控制擺的角度，而且受外界干擾比較大，所以放棄此方案 。該方案線性好，數(shù)據(jù)更新快，實時反映角度，從而精確擺角。 圖 22 角度傳感器方案 減速電機 搖臂 擺桿 控制板 軸承 三軸加速度傳感器 減速電機 角度傳感器 搖臂 擺桿 控制板 3 鑒于上面分析，角度傳感器采用 方案二 。 方案二 :采用 步進電機 的優(yōu)點是價格便宜，缺點是動態(tài)性能很差， 扭力小，所以加速度小，而且有震動， 放棄此方案。 4．電機驅(qū)動 選擇方案 方案一： LM298 電機驅(qū)動 控制原理簡單，輸出波動小， 線性好，對鄰近電路影響小。 方案二 : 場效應(yīng)管 電機驅(qū)動電路 具有內(nèi)阻極小、 驅(qū)動功率大， 開關(guān)速度快等諸多優(yōu)點。角度傳感器采集擺桿角度反饋給主控芯片，電機閉環(huán)控制，實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)控制。 主控芯片 減速電機 LCD 顯示器 角度傳感器 控制 反饋 顯示信息 矩陣鍵盤 掃描 5 單元模塊的設(shè)計 單片機最小系統(tǒng) ：單片機最小系統(tǒng)作為系統(tǒng)的控制中心 ，此次單片機采用STM32F103RCT6，本系統(tǒng)用到 TIM1 的 定時中斷， A/D 轉(zhuǎn)換 。 圖 32 單片機最小系統(tǒng) 電路原理圖 PA0WKUP14PA115PA216PA317PA420PA521PA622PA723PA841PA942PA1043PA1144PA1245PA13/TJMS/SWDIO46PA14/TTCL/SWCLK49PA15JTDI50PB026PB127PB2/BOOT128PB3/JTDO55PB4/JNTRST56PB557PB658PB759PB861PB962PB1029PB1130PB1233PB1334PB1435PB1536PC08PC19PC210PC311PC424PC525PC637PC738PC839PC940PC1051PC1152PC1253PC13TAMPERRTC2PC14/OSC32IN3PC15/OSC32OUT4OSC_IN/PD05OSC_OUT/PD16PD254BOOT060NRST7VBAT1VDD132VDD248VDD364VDD419VDDA13VSSA12VSS131VSS247VSS363VSS418U2STM32F103RBT612Y1XTAL100pFC9100pFC10GNDRSTVCCGND1KR3Res2100pFC11VCCGNDS1SWPBRSTBOOT01KR4GNDBOOT0VCCTXDRXD1 23 4P4Header 2X2GND5V1 23 45 67 89 1011 1213 1415 1617 1819 20P6Header 10X2TRSTTDITMSTCKTDORSTVREF VREFGNDGNDGNDGNDGNDGNDGNDGNDGND1KR2Res2VCCGNDTRSTTDITMSTCKTDO100pFC4100pFC5100pFC6100pFC7100pFC8VCCGNDPA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PA8PA9PA10PA11PA12PA13PA14PA15PB0PB1PB3PB4PB5PB6PB7PB8PB9PB10PB11PB12PB13PB14PB15PC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7PC8PC9PC10PC11PC12PD2VBATBOOT11 23 4P7Header 2X2VCC1KR55V VCCGND100pFC1Cap Pol1100pFC2Cap Pol1100p
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