基于单片机控制的旋转倒立摆系统毕业论文

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1、基于单片机控制的旋转倒立摆系统毕业论文目录摘要IVABSTRACTV第一章绪论11.1引言11.2研究背景及意义11.2.1选题意义11.2.2工程背景21.3倒立摆分类以及特性21.3.1倒立摆分类21.3.2倒立摆的特性31.4国内外研究现状概述41.5本文的设计任务及基本要求51.5.1设计任务51.5.2基本要求51.6系统总体方案设计6第二章方案的比较与论证72.1控制器模块的论证与选择72.2电机驱动的论证与选择72.3电机的论证与选择82.4角度传感器模块的论证与选择82.5电源的选择与论证82.6显示模块的选择与论证82.7旋转倒立摆系统总体框图8第三章系统理论分析与计

2、算103.1基于状态反馈控制理论103.2PID控制算法103.2.1PID控制简介103.2.2PID控制各部分的特点113.2.3PID控制器的参数整定123.2.4PID控制原理图123.3摆杆运动状态的分析及思路143.3.1摆杆起振143.3.2摆杆达到倒立平衡143.3.3摆杆做圆周运动143.4摆杆状态检测的计算143.4.1摆杆摆起的算法14743.4.2摆杆保持平衡的算法163.4.3抗干扰16第四章硬件模块设计174.1控制器模块设计174.2电机驱动模块194.3步进电机模块214.4显示模块224.5时钟振荡电路244.6复位电路254.7电源模块25第五章软件

3、设计275.1软件实物调试275.1.1调试软件KeilC51简介275.1.2调试步骤275.2程序功能描述与设计思路295.2.1程序功能描述295.2.2程序设计思路295.3程序流程图295.3.1倒立摆摆杆摆动子程序流程图295.3.2摆杆做圆周运动子程序流程图305.3.3保持倒立平衡子程序流程图315.4总程序设计33第六章测试结果及分析346.1测试仪表346.2测试方案与结果346.3结果分析35总结与展望36参考文献37致谢38附录A：原理图39附录B：外文文献40附录C：中文翻译53附录D：源程序6574太原理工大学现代科技学院毕业设计（论文）第一章绪论1.1引言

4、日常生活中，我们经常能见到一些支点在上而重心在下的摆，如挂钟的摆，这种称为顺摆。还有一种支点在下而重心在上，恒不稳定的系统或装置，这就是倒立摆。倒立摆的稳定性控制是控制理论与应用的典型问题。在稳定性问题上，倒立摆既具有普遍性又具有典型性，倒立摆系统作为一种控制装置，它结构简单、价格低廉、便于模拟和数学实现多种不同的控制方法。作为一个被控制对象，它是一个高阶次、不稳定、多变量、非线性、强耦合的快速系统。它在控制过程中能有效地反映控制中的许多关键问题，如非线性问题、系统的鲁棒性问题、随动问题、镇定问题及跟踪问题等。倒立摆系统可用多种理论和方法来实现其稳定控制，如PID、自适应、状态反馈、智

5、能控制、模糊控制及人工神经元网络等，都能在倒立摆系统控制上得到实现。由于倒立摆系统的运动特性与运载火箭稳定运行和双足步行机器人关节运动有很大的相似之处，可以把它作为一个控制算法的研究平台，利用它来验证控制算法的可行性。所以对倒立摆的研究具有重要的实践意义，一直受到国内外学者的广泛关注。1.2研究背景及意义1.2.1选题意义在控制理论发展的过程中，某一理论的正确性及实际应用中的可行性需要一个按其理论课程设计的控制器去控制一个典型对象来验证。 倒立摆就是这样一个被控对象。倒立摆系统具有多变量、快速、非线性和绝对不稳定等特性，在控制过程中能有效反映许多关键问题，如非线性问题、系统的鲁棒性问题

6、、随动问题、镇定问题及跟踪问题等。倒立摆系统的控制效果可以通过其稳定性直观地体现，也可以通过摆杆角度、小车位移和稳定时间直接度量，其实验效果显著、直观。当新的控制理论与方法出现以后，可以用倒立摆对其正确性和实用性加以物理验证，并对各种方法进行快捷、有效、生动的比较。74太原理工大学现代科技学院毕业设计（论文）倒立摆是一个在学术界备受关注的重点研究的高阶次系统，正是由于此系统是一个非线性系统，在控制领域中，也体现出了他们各自的价值。它不仅可以作为实验性设备，而且可以还是一个代表性的数学模型。在进行研究解析之后，很多控制界的问题得以解决，这些一直困扰研究者的理论问题和实践上遇到的技术问题。

7、它能够把电学、力学和数学联系到一起，共同运用到这个系统中。倒立摆系统被人们用来验证试验研究的对象，曾被以为是最佳的理论方法，广泛应用于机器人学、伺服控制、航天、军工等领域，因而研究倒立摆系统不仅具有很强的理论意义，而且它又具有很强的工程意义。众所周知，自然界的许多系统都不稳定的，其中最具有代表性的就是本文研究的倒立摆系统，我的目的就是选择一个行之有效的控制方法来设计一个控制器，使不稳定的一级倒立摆受控对象变成一个趋于稳定的控制系统。到目前为止，