設(shè)計應(yīng)用《.簡易旋轉(zhuǎn)倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計西華師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院曾敬滕軍陸曉燕[摘要]本設(shè)計以STC89S52單片機為控制核心，通過角度傳感器得到系統(tǒng)變量，利用PWM分別對電機轉(zhuǎn)動角度與速度進行控制，進而實現(xiàn)倒立擺在一定的角度范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)控制。[關(guān)鍵詞]倒立擺;角度傳感器; STC89S52倒立擺系統(tǒng)是一-個典型的單輸入多輸出、感器檢測到的擺桿位置，做出相應(yīng)的電機轉(zhuǎn)速復(fù)雜的、非線性的不穩(wěn)定系統(tǒng)。它在軍事、航的調(diào)節(jié)，從而使擺桿達到預(yù)定的狀態(tài)。系統(tǒng)的、機器人和各類工業(yè)領(lǐng)域都有著廣泛的用srce9s52。電機驅(qū)動主程序流程如圖3所示。四、測試結(jié)果的工程意義。本設(shè)計是基于AT89S52的單片機本系統(tǒng)從以下三個方面對倒立擺進行了測簡易旋轉(zhuǎn)倒立擺控制系統(tǒng)。其主要構(gòu)造包括旋編碼培測角度+臂、擺桿、直流電機等裝置。其中直流電機為圖2電路設(shè)計總體框圖1.擺桿從處于自然下垂?fàn)顟B(tài)(擺角0°)開執(zhí)行機構(gòu)，可由專門的電機驅(qū)動芯片如L298N始，驅(qū)動電機帶動旋轉(zhuǎn)臂作往復(fù)旋轉(zhuǎn)使擺桿擺L 開始驅(qū)動。根據(jù)-定的算法計算將信號提供給驅(qū)動動，并盡快使擺角達到或超過60°~ +60*;芯片，以驅(qū)動直流電機轉(zhuǎn)動，從而帶動旋臂旋系院物始化2. 從擺桿處于自然下垂?fàn)顟B(tài)開始，盡快增轉(zhuǎn)，最終實現(xiàn)控制倒立擺運動的效果。被晶顯示大擺桿的擺動幅度，真至完成圓周運動: 8。I、倒立接算法分析擺桿至接近165"位置，外力撤除同時，啟動控.鍵盤輸入模糊控制。所謂模糊控制。就是在控制方法上制施車壁體理桿保持倒?fàn)钐珪r間不小平5S.應(yīng)用模糊集理論、模糊語言變量及模糊邏輯「 噴式選擇推理的知識來模擬人的模糊思維方法,用計算EYs測試結(jié)果如表1所示機實現(xiàn)與操作者相同的控制。該理論以模糊電機減速撐臂>80度1「團周運動1測試結(jié)果如表1倒立擺測試表集合、模糊語言變量和模糊邏輯為基礎(chǔ),用比測試項且測試要求測試結(jié)果口較簡單的數(shù)學(xué)形式直接將人的判斷、思維過擺桿擺動角度在-60°~+60完成，可擺動程表達出來。本設(shè)計中涉及的狀態(tài)變量共有圖3主程序流程圖擺桿旋轉(zhuǎn)角度圓周運動兩個圓周運動4個，每個變量的論域作7個模糊集的模糊劃三、系統(tǒng)軟件流程分，這樣，完備的推理規(guī)則庫會包含7=2401由于系統(tǒng)使用的是直流減速電機，所以「 保持倒立時間不少于個推理規(guī)則，但如此多的規(guī)則是很難實現(xiàn)控制方法相對較為簡單，只需給電機的控制擺桿接近165°5s， 旋轉(zhuǎn)臂角度不大10次測試，完時保持倒立時間成了7次。的，而二維模糊控制器的控制性能較好，所線加上適當(dāng)?shù)碾妷杭纯墒闺姍C轉(zhuǎn)動起來，電壓于90° .以一般選擇增量算法作為模糊控制器的輸出越高則電機轉(zhuǎn)速越快。對于直流電機的速度五、結(jié)論變量，模糊控制基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。調(diào)節(jié)，可以采用PWM調(diào)速方法?？刂齐姍C的時倒立擺是一個很好的控制實驗裝置，由候，電源并非連續(xù)的向電源供電，而是在一于其結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、對于控制效果檢驗特定的頻率下以方波脈沖的形式提供電能。能力強等特點，在控制方法的實驗和研究上有同占空比的方波能對電機起到調(diào)速作用。這是很 重要的地位。設(shè)計者可以利用所學(xué)的控制理因為電機實際上是一個大電感，它有阻礙輸入論，自行設(shè)計多種控制算法，并在本該系統(tǒng).上電流和電壓突變的能力。因此，脈沖輸入信號進行驗證。 本系統(tǒng)具有制作方法簡單，系統(tǒng)操圖1模糊控制的基本結(jié)構(gòu)被平均分配到作用時間上，這樣，改變在始能作控制方 便，擺桿倒立持續(xù)時間長等特點，基二、系統(tǒng)總體設(shè)計框圖端輸入方波的占空比就能改變加在電機兩端本達到了設(shè)計要求。本系統(tǒng)主要由主控模塊、角度傳感器模的電壓大小， 從而改變了轉(zhuǎn)速。用軟件方式塊、機械結(jié)構(gòu)模塊、電源模塊、電機驅(qū)動模塊實現(xiàn)時，可以通過執(zhí)行軟件延時循環(huán)程序交替參考文獻等幾部分組成。為了讓擺桿有更大的慣性，帶改變端 口某個二進制位輸出邏輯狀態(tài)以產(chǎn)生脈(川何為民 低功耗單片微機系統(tǒng)設(shè)計M.北京:北京航空動擺桿旋轉(zhuǎn)更大的角度，在設(shè)計中，我們設(shè)定寬調(diào)制信號。設(shè)置不同的延時時間會得到不同航天 大學(xué)出版社194.電機正反轉(zhuǎn)存在一定的角度差。電機轉(zhuǎn)動角度的 占空比。角度傳感器在系統(tǒng)中的主要作用是[21胡大可,李培泓,張路平, 基于單片機8051的嵌入式開差一般設(shè)定在30°以內(nèi)，如果角度差太大，會迫用來 檢測角度的。軸每轉(zhuǎn)過1/16圈， 角度傳感發(fā) 指南M.北京:電子工業(yè)出版社.2003使還處于上一個慣性狀態(tài)的擺桿改變狀態(tài)，這器就會計數(shù)一-次。 往一個方向轉(zhuǎn)動時，計數(shù)增[31張振榮,晉明武,王毅 平.MCS-51單片機原理及實用技樣將不能實現(xiàn)增大慣性作用，反而使擺桿擺動加， 轉(zhuǎn)動方向改變時，計數(shù)減少。計數(shù)與角度[用黃智偉,全國大學(xué)生電子設(shè)計竟賽電路設(shè)計[M).北京:角度變小。當(dāng)電動機驅(qū)動擺桿轉(zhuǎn)到360°， 且傳感 器的初始位置有關(guān)。當(dāng)初始化角度傳感器[4黃智 偉,全國大學(xué)生電子設(shè)計:倒立時，采用角度傳感器檢測擺桿擺動萬位，[5]劉寶延步進電機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)[M]哈爾濱:哈爾操桿倒立。在整個該過程中，為了確保由動機流程包括對AT89S52的初始化設(shè)置、角度傳成濱工業(yè)大學(xué)出版社,1972.在調(diào)整速度的同時維持系統(tǒng)穩(wěn)定，主控芯片會器TCL2543的初始化設(shè)置、液晶顯示初始化設(shè)[6周航慈 單片機應(yīng)用程序設(shè)計技術(shù)[M].北京:北京航空通過驅(qū)動電路發(fā)出脈沖指令，控制電動機作相置，按鍵設(shè)置，定時器初始化設(shè)置，占空比調(diào)航天大學(xué)出版社,1991.應(yīng)的微調(diào)，從而完成動作。本系統(tǒng)主要通過節(jié)等。程序的核心算法是基于PID的閉環(huán)控制，[7]郁有 文.傳感器原理及工程應(yīng)用[M.西安:西安電子科AT89S52單片機來控制電路的輸出，使用模糊PID控制器參數(shù)的整定步驟如下: (1)首 先預(yù)選技大學(xué)出版2008.控制算法，實現(xiàn)按鍵控制、電機轉(zhuǎn)動、倒立擺一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作: (2)僅加[8宋戈.51單片機應(yīng)用開發(fā)范例大全[M.北京人民郵電旋轉(zhuǎn)、液晶顯示等功能。角度傳感器模塊在系入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出出版社2010.統(tǒng)中的作用是檢測擺桿與水平面的夾角，進而現(xiàn)臨界振蕩，記下這時的比例放大系數(shù)和臨界將數(shù)據(jù)反饋給主控芯片，主控芯片以此來發(fā)出.振蕩周期; (3) 在一定的控制度下通過公式計作者簡介:曾敬(1982-) ，四川遂寧人，研究方控制指令。電路設(shè)計總體框圖如圖2所示。算得到PID控制器的參數(shù)。系統(tǒng)再根據(jù)角度傳向:通訊與信息技術(shù)。廣泛的應(yīng)用前景。本文以某大客車車身的初步設(shè)計提供了一種可行的分析方法，不失為一-種(3)周偉,宋 學(xué)偉.客車車身結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計].客車技設(shè)計和總布置為依據(jù)，以CAD等軟件為平臺，有效的方法。術(shù)與研究,2012()9-10.建立了客車車身拓?fù)鋬?yōu)化模型。根據(jù)汽車車身[4]ROSSOW M P,TALORJ E. A finite element method結(jié)構(gòu)的特點，參照拓?fù)鋬?yōu)化準(zhǔn)則法，提出客車參考文獻for the optimal design of variable thickness sheetsU].AIAA車身的優(yōu)化流程，包括拓?fù)鋬?yōu)化及尺寸、形狀[1]李學(xué)修,黃虎,劉長虹.拓?fù)鋬?yōu)化方法在輕卡車 身結(jié)方法。經(jīng)有限元分析，優(yōu)化的結(jié)果均滿足實際改進中的應(yīng)用小.上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)207270);11中國煤化工需要。利用優(yōu)化算法縮短了客車車身開發(fā)的時TYHCNMHG四川綿陽人，大學(xué)本間，節(jié)省了經(jīng)費，并設(shè)計出了較為合理的車身(21張葒蔚,顧 力強.基于有限元分析技術(shù)的大客車車開究方向: CAD結(jié)構(gòu)設(shè)結(jié)構(gòu)，為工程師的進--步設(shè)計提供了新的思路門結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計研究D.機械設(shè)計與研究,2002,18計與優(yōu)化。和可靠的依據(jù)。拓?fù)鋬?yōu)化分析方法為車身結(jié)構(gòu)():46-47.電子世界-159-