简易旋转倒立摆及控制装置论文.doc

PAGEI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\uHYPERLINK\l_Toc257191系统方案PAGEREF_Toc257191HYPERLINK\l_Toc111421.1处理器的论证与选择PAGEREF_Toc111421HYPERLINK\l_Toc213661.2传感器的论证与选择PAGEREF_Toc213661HYPERLINK\l_Toc182981.3电机的论证与选择PAGEREF_Toc182981HYPERLINK\l_Toc159741.4电机驱动的论证与选择PAGEREF_Toc159742HYPERLINK\l_Toc239142系统理论分析与计算PAGEREF_Toc239143HYPERLINK\l_Toc161132.1电机选型的分析PAGEREF_Toc161133HYPERLINK\l_Toc165972.1.1直流电机模型PAGEREF_Toc165973HYPERLINK\l_Toc248832.1.2PWM电机调速原理PAGEREF_Toc248833HYPERLINK\l_Toc4292.1.3直流电机的选定PAGEREF_Toc4294HYPERLINK\l_Toc1122.2摆杆状态检测的计算PAGEREF_Toc1125HYPERLINK\l_Toc298872.2.1摆杆摆起的算法PAGEREF_Toc298875HYPERLINK\l_Toc211142.2.2摆杆保持平衡的算法PAGEREF_Toc211146HYPERLINK\l_Toc92212.2.3抗干扰PAGEREF_Toc92216HYPERLINK\l_Toc243532.3PID控制算法的计算PAGEREF_Toc243536HYPERLINK\l_Toc37782.3.1PID控制原理如图PAGEREF_Toc37786HYPERLINK\l_Toc195692.3.1比例环节PAGEREF_Toc195696HYPERLINK\l_Toc80352.3.2积分环节PAGEREF_Toc80356HYPERLINK\l_Toc280342.3.3微分环节PAGEREF_Toc280347HYPERLINK\l_Toc116343电路与程序设计PAGEREF_Toc116348HYPERLINK\l_Toc125833.1电路的设计PAGEREF_Toc125838HYPERLINK\l_Toc215413.1.1旋转倒立摆系统总体框图PAGEREF_Toc215418HYPERLINK\l_Toc140223.1.2硬件电路子系统框图与电路原理图PAGEREF_Toc140228HYPERLINK\l_Toc272063.1.3光电传感器子系统框图与电路原理图PAGEREF_Toc272069HYPERLINK\l_Toc171663.1.4电源PAGEREF_Toc1716610HYPERLINK\l_Toc37253.2程序的设计PAGEREF_Toc372511HYPERLINK\l_Toc234183.2.1程序功能描述与设计思路PAGEREF_Toc2341811HYPERLINK\l_Toc50303.2.2程序流程图PAGEREF_Toc503012HYPERLINK\l_Toc181044