簡易旋转倒立摆及控制装置毕业论文.docVIP

2013年全国大学生电子设计竞赛 【组】 20年9月6日 摘 要 目 录 1系统方案 1 1.1 电源模块的论证与选择 1 1.2 电机驱动模块的论证与选择 1 1.3 角度检测模块的论证与选择 1.4 显示模块的论证与选择 1.5 电机的论证与选择 1.6 控制系统的论证与选择 1 2系统理论分析与计算 1 2.1 系统可行性的分析 1 2.1.1 控制方案分析 1 2.1.2 角度传感器的分析 1 2.1.3 电机速度控制分析 1 2.2 摆杆角度有关的计算 1 2.2.1 电位计信号与摆角的换算 1 2.2.2 角度输出与PWM的换算 1 2.3 控制摆动时间的计算 2 2.3.1 单摆周期的计算 2 3电路与程序设计 2 3.1电路的设计 2 3.1.1系统总体框图 2 3.1.2 单片机子系统框图与电路原理图 2 3.1.3 电机驱动子系统框图与电路原理图 2 3.1.4 稳压电源子系统图与电路图 3.1.5电源 2 3.2程序的设计 2 3.2.1程序功能描述与设计思路 2 3.2.2程序流程图 3 4测试方案与测试结果 3 4.1测试方案 3 4.2 测试条件与仪器 3 4.3 测试结果及分析 3 4.3.1测试结果(数据) 3 4.3.2测试分析与结论 4 附录1：电路原理图 5 附录2：源程序 6 【组】 本系统主要模块、模块、模块、模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。 1.1 的论证与选择 方案一： 方案二： 方案三： 综合以上三种方案，选择方案三。 1.2 的论证与选择 方案一： 方案二： 综合以上种方案，选择方案。 1.3 的论证与选择1.4 显示模块的论证与选择1.5 电机的论证与选择 方案一 方案二： 综合考虑采用。控制系统的论证与选择 2系统理论分析与计算 2.1 的分析 2.1.1 2.1.2 角度传感器的分析 由于编码器比较贵，而且现有的条件我们不容易安装，所以选择了WDD35 D4电位计，价格比较合适，比较熟悉控制方法，而且该传感器能够３６０度无限圈旋转，这就满足该旋转单级倒立摆的调试过程及其测试要求，但是该传感器有一个盲区，０～１０Ｋ分界线处出现跳转，这一部分我们最初很不幸放在了最上面，似的在测试保持倒立时的ＰＩＤ参数时，电机响应太快摆杆刚有一很小角度，电机对应的ＰＷＭ值出现跳转，这时电机的速度很大，摆杆来不及保持倒立，转轴Ｄ已经旋转较大角度，摆杆摆出绝对值小于１６５度的范围，电机不再反应，不能保持倒立，但是将盲区移开上面－１６５°～＋１６５°时就可以解决电机响应过快这个问题，电机就可以按照控制的要求作出相应的响应速度。而且该电位计是塑料的比较轻，可以降低机械损失，方便系统的调试工作。 2.2 摆杆角度的计算 2.2.1 电位计两个端子接GND和+5V，旋转一周360度， 5V/360°即为单片机读到的角度最小单位值。 2.2.2 角度输出与ＰＷＭ的换算 通过摆臂旋转将经A/D转换后的电压值运用PID自动控制理论进行数据处理，可得到一个可作为PWM占空比，以此换算出PWM占空比，赋予电机，实现控制电机转速的目的。 2.3 控制摆动时间的计算 2.3.1 由于需要尽快摆动，达到系统要求的角度，所以需要对单摆的周期进行理想的计算然后考虑误差再做估计。2∏√L／g=0.897s，（L=20cm，g=9.8）我们最终取0.9s作为参考值进行电机的控制应用。 3电路与程序设计 3.1电路的设计 3.1.1系统总体框图 系统总体框图如图所示 图 系统总体框图 3.1.2 子系统框图与电路原理图图 单片机子系统框图 图 单片机子系统 3.1.3 电机驱动子系统框图与电路原理图 电机驱动子系统框图 图 电机驱动子系统框图 2、子系统电路 图 电机驱动子系统电路 3.1. 图 稳压电源子系统框图 图 稳压电源子系统电路 电源 3.2程序的设计 3.2.1程序功能描述与设计思路 1、程序功能描述 2、程序设计思路 3.2.2程序流程图 1、主程序流程图 4测试方案与测试结果 4.1测试方案 1、硬件测试 2, 软件仿真测试 3、硬件软件联调 4.2 测试条件与仪器 测试条件：检查多次，仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊。 测试仪器：高精度的数字毫伏表，模拟示波器，数字示波器，数字万用表，指针式万用表。 4.3 测试结果及分