倒立摆.doc

简易旋转倒立摆及控制装置摘要倒立摆是理想的自动控制理论研究实验平台,许多抽象的控制概念如系统稳定性、可控性、抗干扰能力等,都可以通过倒立摆直观地表现出来。因此,对倒立摆的控制研究不仅具有理论意义而且具有实际意义。本装置就以简易旋转倒立摆为研究对象,建立了简易旋转倒立摆的物理模型。 Abstract: Inverted pendulum is an ideal experimental platform of automatic control theory research, many abstract concepts such as the control of system stability, controllable, anti-interference ability, etc., can be displayed visually through the inverted pendulum. Therefore, research on the control of the inverted pendulum not only has theoretical significance and practical significance. This device is simple and rotational inverted pendulum as the research object, established the simple physical model of rotational inverted pendulum. 一. 系统方案 1. 系统结构简易旋转倒立摆包括摆杆, 电机、传动部件、支架及其控制系统,摆杆通过传动部件与电机轴相连;传动部件为一刚性旋臂,其一端与电机轴固接、另一端与摆杆铰接,电机轴为水平方向,旋臂和摆杆的回转面均为竖直方向。该装置主要由转轴电机、旋转臂及摆杆三部分构成, 2. 方案比较与选择 1. 测量角度的传感器选择(1) 加速度传感器(2) 角速度传感器(3) 光电编码器(4) 本装置使用的传感器—— MPU6050 角速度传感器 2. 单片机的选择(1) AT 单片机 AT 系列 51 单片机是 USA 的产品,品种单一,功能少, 运行速度慢, RAM/ROM 小,性能还不够稳定; 而且 AT系列单片机一般用下载器进行烧写程序,理论上可以直接用单片机的几根 I/O 口接并口线,但如果电路板没做好,可能会连带把计算机并口烧坏, 因此 AT 系列单片机无法完成我们设计的要求。(2) STC 系列 12C5A60S2 STC 系列单片机功能多, 运行速度高, RAM/ROM 大,性能稳定, 低功耗,可以有效的抵抗静电和干扰,并且使用串口进行烧写程序,用单片机的 和P3. 1 两个口接 MAX232 芯片即可。故应用 STC 系列 12C5A60S2 这个电路设计相对比较简单, 3. 驱动电路的选择(1) 全桥电路驱动(2) 半桥电路驱动(3) 本装置使用的驱动电路——步进电机驱动 4. 电机的选择方案一:选用直流电机直流电动机是一种旋转式电动机器,它将电能转变为机械能, 只要加上合适的电压就会旋转,而且转得圈数和角度难以精确控制,无法记录转子旋转的脉冲数以及转轴所转的角度,以致无法控制轻杆所