简易旋转立摆及控制装置论文.docVIP

PAGE 4PAGE 1此处贴密封纸，然后此处贴密封纸，然后掀起并折向报告背面，最后用胶水在后面粘牢。2013年全国大学生电子设计竞赛简易旋转倒立摆及控制装置（C题）2013年9月7日摘 要 简易旋转倒立摆系统是非线性、强耦合、多变量和自然不稳定的系统。此系统包括机械部分和控制部分。机械部分包括固定台、旋转臂、摆杆、转轴等。控制部分包括主控芯片、精密变阻器、电机等。主控芯片选用MSP430单片机，其输出PWM（脉冲调宽）和DIR（方向）信号到电机驱动电路，使旋转臂转动，并带动摆杆运动，精密变阻器WDD35D-4测量旋臂和摆杆的偏转角度的信号变化，送给主控芯片，经过A/D转换后，根据一定的状态反馈控制算法计算出控制律，单片机根据拟定的控制律计算出必要的数字控制信号，经过D/A转换,调节PWM和DIR的输出，使电机转动，带动旋转臂运动，使摆杆转动。经测试，整体功能齐全，灵敏度、抗干扰性、准确度等各项性能指标均达到设计要求。 关键字：旋转倒立摆系统、MSP430单片机、精密变阻器WDD35D-4目 录 TOC \o 1-3 \h \z \u HYPERLINK \l _Toc25719 1系统方案 PAGEREF _Toc25719 1 HYPERLINK \l _Toc11142 1.1 处理器的论证与选择 PAGEREF _Toc11142 1 HYPERLINK \l _Toc21366 1.2 传感器的论证与选择 PAGEREF _Toc21366 1 HYPERLINK \l _Toc18298 1.3 电机的论证与选择 PAGEREF _Toc18298 1 HYPERLINK \l _Toc15974 1.4 电机驱动的论证与选择 PAGEREF _Toc15974 2 HYPERLINK \l _Toc23914 2系统理论分析与计算 PAGEREF _Toc23914 3 HYPERLINK \l _Toc16113 2.1电机选型的分析 PAGEREF _Toc16113 3 HYPERLINK \l _Toc16597 2.1.1 直流电机模型 PAGEREF _Toc16597 3 HYPERLINK \l _Toc24883 2.1.2 PWM电机调速原理 PAGEREF _Toc24883 3 HYPERLINK \l _Toc429 2.1.3 直流电机的选定 PAGEREF _Toc429 4 HYPERLINK \l _Toc112 2.2 摆杆状态检测的计算 PAGEREF _Toc112 5 HYPERLINK \l _Toc29887 2.2.1 摆杆摆起的算法 PAGEREF _Toc29887 5 HYPERLINK \l _Toc21114 2.2.2 摆杆保持平衡的算法 PAGEREF _Toc21114 6 HYPERLINK \l _Toc9221 2.2.3 抗干扰 PAGEREF _Toc9221 6 HYPERLINK \l _Toc24353 2.3 PID控制算法的计算 PAGEREF _Toc24353 6 HYPERLINK \l _Toc3778 2.3.1 PID控制原理如图 PAGEREF _Toc3778 6 HYPERLINK \l _Toc19569 2.3.1 比例环节 PAGEREF _Toc19569 6 HYPERLINK \l _Toc8035 2.3.2 积分环节 PAGEREF _Toc8035 6 HYPERLINK \l _Toc28034 2.3.3 微分环节 PAGEREF _Toc28034 7 HYPERLINK \l _Toc11634 3电路与程序设计 PAGEREF _Toc11634 8 HYPERLINK \l _Toc12583 3.1电路的设计 PAGEREF _Toc12583 8 HYPERLINK \l _Toc21541 3.1.1旋转倒立摆系统总体框图 PAGEREF _Toc21541 8 HYPERLINK \l _Toc14022 3.1.2 硬件电路子系统框图与电路原理图 PAGEREF _Toc14022 8 HYPERLINK \l _Toc27206 3.1.3 光电传感器子系统框图与电路原理图 PAGEREF _Toc27206 9 HYPERLINK \l _Toc17166 3.1.4电源 PAGEREF _Toc17166 10 HYPERLINK \l _Toc3725 3.2程序的设计 PAGEREF _Toc3725 11 HYPERLINK \l _Toc23418 3.2.1程序功能描述与设计思路