2013年全国大学生电子设计竞赛文档(倒立摆)(精)

摘要PID，实现了倒立摆在一定的角度范围Abstracttheencodersystemvariables,theapplicationofPIDcontrolalgorithm,theinvertedpenduluminacertainrangeofanglesandcircularmotiondynamicKeywords:AVRmega328PannularinvertedpendulumPID 1第一章系统方案论证与选择整个系统分为系统模块、编码器模块、电机驱动模块、电机模块、电源模块、键块显示模块编码器模块键盘模块控制模块图1.1系统框图2方案一：普通直流伺服电机3方案一：增量型编码器4第二章理论分析与计算2.1电动机选型步进电机在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和(1)步距角：步进电机的定子绕组每改变一次通电状态，转子转过的角度称步距角。9=bM*Z*C(2)扭矩与转速关系5P*1000=π/30*T*n30000/3.1415926*P=T*n图2.2环形倒立摆结构图o1表1环形倒立摆物理参数01摆杆质心到转轴的距离l1 水平杆的质量m0摆杆的质量m1水平杆的长度L00.308kg0.2535m620200 jTTT001T00000θ1jj111T1 10T1TTT0T 21002100011( 1 10T(2)旋转一级倒立摆系统的势能T:VV11θ7TB点有：内部集VMB、VMA为步进电机驱动电源引脚，应接入瓷片去耦电容和电解电容稳压。8TT)]|TT)]|「K|LTxiT(0id「K|L1TiTi21i-2」9第三章机械与电路及程序设计1旋转臂杆与摆杆转动。LM开关电压调节器是降压型电源管理单片机集成电路，能够输出3A的驱动电版本有3.3V、5V、12V，可调版本J图3.3按键电路图3.5液晶显示电路(1)当系统上电后，LCD与LED点阵屏分别显示各自的开机界面，与此同时AVR设定起摆设定角度否是否过设定角度否是否圆周运动是手动起摆是否倒立是开始计时快速起摆是否倒立是是否设定圆周否开始计时是否是是是否圆周运动是显示所用时间序流程图(3)键盘初始化，判断是否有按键按下，无键按下，重新进行键盘扫描；有键按键盘初始化判断按键按下是调读键盘子程序调用键盘显示程序功能模块程序否第四章测试结果与分析方法(1)测试仪器(2)测试方法表1手动倒立模式测试表1234起始角度(度)果成功成功成功成功表2快速起摆模式测试表442五章参考文献[6]苏凯、刘庆国.MCS-51系列单片机系统原理与设计[M].北京:冶金工业出版[7]徐建军主编.MCS-51系统单片机应用及接口技术[M].北京：人民邮电出版社，2003[8]谢冬菊.环形倒立摆控制系统的设计和仿真[D].四川：西南石油大学精密仪器研究附录A主要元器件明细表序号品名型号、规格单位数量1电阻50Ω个202电阻100Ω个203电阻100KΩ个204电阻200KΩ个205电解电容104个66电解电容100uF个17MOS管irf3205个28MOS管Irf4905个29单排串口插针十六针个310步进电机42HS6315A4个111单片机芯片AVRmega328P片112芯片LM2596片113芯片TB6560片114芯片74LS32片115芯片8523片116液晶显示屏12864个117编码器Mini1024J个2附图一主控板扩展电路PCB图附录D系统设计程序代码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