2013年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽文檔(倒立擺)(精)

摘要PID，實(shí)現(xiàn)了倒立擺在一定的角度范圍Abstracttheencodersystemvariables,theapplicationofPIDcontrolalgorithm,theinvertedpenduluminacertainrangeofanglesandcircularmotiondynamicKeywords:AVRmega328PannularinvertedpendulumPID 1第一章系統(tǒng)方案論證與選擇整個(gè)系統(tǒng)分為系統(tǒng)模塊、編碼器模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電機(jī)模塊、電源模塊、鍵塊顯示模塊編碼器模塊鍵盤模塊控制模塊圖1.1系統(tǒng)框圖2方案一：普通直流伺服電機(jī)3方案一：增量型編碼器4第二章理論分析與計(jì)算2.1電動(dòng)機(jī)選型步進(jìn)電機(jī)在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和(1)步距角：步進(jìn)電機(jī)的定子繞組每改變一次通電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱步距角。9=bM*Z*C(2)扭矩與轉(zhuǎn)速關(guān)系5P*1000=π/30*T*n30000/3.1415926*P=T*n圖2.2環(huán)形倒立擺結(jié)構(gòu)圖o1表1環(huán)形倒立擺物理參數(shù)01擺桿質(zhì)心到轉(zhuǎn)軸的距離l1 水平桿的質(zhì)量m0擺桿的質(zhì)量m1水平桿的長(zhǎng)度L00.308kg0.2535m620200 jTTT001T00000θ1jj111T1 10T1TTT0T 21002100011( 1 10T(2)旋轉(zhuǎn)一級(jí)倒立擺系統(tǒng)的勢(shì)能T:VV11θ7TB點(diǎn)有：內(nèi)部集VMB、VMA為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源引腳，應(yīng)接入瓷片去耦電容和電解電容穩(wěn)壓。8TT)]|TT)]|「K|LTxiT(0id「K|L1TiTi21i-2」9第三章機(jī)械與電路及程序設(shè)計(jì)1旋轉(zhuǎn)臂桿與擺桿轉(zhuǎn)動(dòng)。LM開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片機(jī)集成電路，能夠輸出3A的驅(qū)動(dòng)電版本有3.3V、5V、12V，可調(diào)版本J圖3.3按鍵電路圖3.5液晶顯示電路(1)當(dāng)系統(tǒng)上電后，LCD與LED點(diǎn)陣屏分別顯示各自的開機(jī)界面，與此同時(shí)AVR設(shè)定起擺設(shè)定角度否是否過設(shè)定角度否是否圓周運(yùn)動(dòng)是手動(dòng)起擺是否倒立是開始計(jì)時(shí)快速起擺是否倒立是是否設(shè)定圓周否開始計(jì)時(shí)是否是是是否圓周運(yùn)動(dòng)是顯示所用時(shí)間序流程圖(3)鍵盤初始化，判斷是否有按鍵按下，無鍵按下，重新進(jìn)行鍵盤掃描；有鍵按鍵盤初始化判斷按鍵按下是調(diào)讀鍵盤子程序調(diào)用鍵盤顯示程序功能模塊程序否第四章測(cè)試結(jié)果與分析方法(1)測(cè)試儀器(2)測(cè)試方法表1手動(dòng)倒立模式測(cè)試表1234起始角度(度)果成功成功成功成功表2快速起擺模式測(cè)試表442五章參考文獻(xiàn)[6]蘇凱、劉慶國(guó).MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)[M].北京:冶金工業(yè)出版[7]徐建軍主編.MCS-51系統(tǒng)單片機(jī)應(yīng)用及接口技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2003[8]謝冬菊.環(huán)形倒立擺控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真[D].四川：西南石油大學(xué)精密儀器研究附錄A主要元器件明細(xì)表序號(hào)品名型號(hào)、規(guī)格單位數(shù)量1電阻50Ω?jìng)€(gè)202電阻100Ω?jìng)€(gè)203電阻100KΩ?jìng)€(gè)204電阻200KΩ?jìng)€(gè)205電解電容104個(gè)66電解電容100uF個(gè)17MOS管irf3205個(gè)28MOS管Irf4905個(gè)29單排串口插針十六針個(gè)310步進(jìn)電機(jī)42HS6315A4個(gè)111單片機(jī)芯片AVRmega328P片112芯片LM2596片113芯片TB6560片114芯片74LS32片115芯片8523片116液晶顯示屏12864個(gè)117編碼器Mini1024J個(gè)2附圖一主控板擴(kuò)展電路PCB圖附錄D系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序代碼neneneneCSdelayTime1#include<TimerOne.h>#definePULSEWIDTH50#defineSTEPPER_DDR#defineSTEPPER_PORTBTB#defineSTEPPER_CLK1//PB1,arduinopin9#defineSTEPPER_DIR0//PB0,arduinopin8#definePULSE_PER_ROUND1600#defineMAX_SPEED(PULSE_PER_ROUND*3)#defineMIN_SPEED(-PULSE_PER_ROUND*3)#definesetBit(val,bitn)(val|=(1<<(bitn)))#defineclearBit(val,bitn)(val&=~(1<<(bitn)))#definegetBit(val,bitn)(val&(1<<(bitn)))charstate;nvoidsetup(){Serial.begin(57600);Serial.print("testbegin\ndelay2s\n");delay;for(i=0;i<=16;i++){SISerial.println(temp);lay}ISR(TIMER2_OVF_vect){TIMSK2|=(0<<TOIE2);TCNT2=131;//reloadthetimerr//estimatevelocityFIRangleocityangleangleLastnglerrorpe{}myspeed=-(kp*error_p+kd*error_d+ki*error_i/10);FIRmyspeedmys