2013年全國大學生電子設計競賽文檔(倒立擺)(精)

摘要PID，實現(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系統(tǒng)分為系統(tǒng)模塊、編碼器模塊、電機驅(qū)動模塊、電機模塊、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3方案一：增量型編碼器4第二章理論分析與計算2.1電動機選型步進電機在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和(1)步距角：步進電機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)速關系5P*1000=π/30*T*n30000/3.1415926*P=T*n圖2.2環(huán)形倒立擺結構圖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水平桿的長度L00.308kg0.2535m620200 jTTT001T00000θ1jj111T1 10T1TTT0T 21002100011( 1 10T(2)旋轉(zhuǎn)一級倒立擺系統(tǒng)的勢能T:VV11θ7TB點有：內(nèi)部集VMB、VMA為步進電機驅(qū)動電源引腳，應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第三章機械與電路及程序設計1旋轉(zhuǎn)臂桿與擺桿轉(zhuǎn)動。LM開關電壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片機集成電路，能夠輸出3A的驅(qū)動電版本有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)當系統(tǒng)上電后，LCD與LED點陣屏分別顯示各自的開機界面，與此同時AVR設定起擺設定角度否是否過設定角度否是否圓周運動是手動起擺是否倒立是開始計時快速起擺是否倒立是是否設定圓周否開始計時是否是是是否圓周運動是顯示所用時間序流程圖(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試結果與分析方法(1)測試儀器(2)測試方法表1手動倒立模式測試表1234起始角度(度)果成功成功成功成功表2快速起擺模式測試表442五章參考文獻[6]蘇凱、劉慶國.MCS-51系列單片機系統(tǒng)原理與設計[M].北京:冶金工業(yè)出版[7]徐建軍主編.MCS-51系統(tǒng)單片機應用及接口技術[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)的設計和仿真[D].四川：西南石油大學精密儀器研究附錄A主要元器件明細表序號品名型號、規(guī)格單位數(shù)量1電阻50Ω個202電阻100Ω個203電阻100KΩ個204電阻200KΩ個205電解電容104個66電解電容100uF個17MOS管irf3205個28MOS管Irf4905個29單排串口插針十六針個310步進電機42HS6315A4個111單片機芯片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117編碼器Mini1024J個2附圖一主控板擴展電路PCB圖附錄D系統(tǒng)設計程序代碼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