年全国大学生电子设计大赛论文 本科组简易旋转倒立摆及控制装置(C题).docx

:..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)【本科组】2013年9月6日Countycontinuationrecordshasexaminedandapprovedthedraft,spirit,prehensiveYearbookofzhuanglangalreadyprepareddraft,、与电机驱动模块,减速直流电机、旋转臂、摆杆、反馈装置一起构成摆杆角度和电机角速度的双闭环调速系统。由于直流电机属于一阶惯性,经分析在控制周期远小于电机时间常数的情况下建立电压与加速度的近似比例关系模型。选择减速直流电机带动旋转臂旋转,采用增量式旋转编码器测量摆杆的角度,单片机输出占空比可变的PWM波控制电机角加速度,从而控制电机的加速度和给摆杆固定轴心的扭矩,实现控制摆杆的摆动幅度并达到和保持平衡状态。控制方式采用PID控制,比例环节进行快速响应,积分环节实现无静差,微分环节减小超调,加快动态响应。从而使该系统具有良好的性能,能很好的实现起振、圆周运动、倒立、360度倒立旋转,同时具有很好的抗扰动性能。关键词:XS128直流电机加速度倒立平衡Countycontinuationrecordshasexaminedandapprovedthedraft,spirit,prehensiveYearbookofzhuanglangalreadyprepareddraft, 12理论分析与计算 53电路与程序设计 74测试方案与测试结果 (数据) 125总结 12附件1:系统电路原理图 14附件2:电机控制源程序 15Countycontinuationrecordshasexaminedandapprovedthedraft,spirit,prehensiveYearbookofzhuanglangalreadyprepareddraft,(C题)【本科组】1系统方案本系统主要由主控模块、角度传感器模块、机械结构模块、电源模块等几部分组成,下面分别论证这几个模块的选择。:采用绝对值式旋转编码器。绝对值式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码,因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关,而与测量的中间过程无关。但是绝对值式编码器体积和重量不太理想,安装后可能会对电机有较大的干扰,而且绝对值编码器相对昂贵,性价比不高。方案二:采用增量式编码器。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号,再把这个电信号转变成计数脉冲,用脉冲的个数表示位移的大小。增量式编码器不能定位,但是O位的确定可以通过软件解决,而且增量式编码器价格低廉易得,反馈的信号可以满足题目的要求。综合考虑以上两种方案,选择方案二,采用增量式编码器。:采用步进电机。步进电机将电脉冲信号转变为角位移,电机的转速,停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,因此可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度。但是步进电机在高速运转下,开环会产生丢步的情况,开环控制情况不尽如人意,不是首选的电机。方案二:采用360度旋转舵机。舵机为随动系统,运动时可以外接较大的转动负载,输出扭矩大,而且抗抖动性很好。360度旋转舵机内