基于52单片机的旋转倒立摆的研究和设计-论文.pdf

《基于52单片机的旋转倒立摆的研究和设计-论文.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、2014年8月廊坊师范学院学报(自然科学版)Aug．2014第l4卷第4期JournalofLang~ngTeachersCoHege(NaturalScienceEdition)Vo1．14No．4基于52单片机的旋转倒立摆的研究和设计张朝阳，魏晓费，王少峰(吉林师范大学，吉林四平136000)【摘要】提出了基于52单片机和PID控制算法采用角位移传感器控制直流力矩电机的旋转倒立摆的设计方案。实验表明该倒立摆系统稳定、结构简单、成本低、控制容易，实现摆角超过一6o度到60度及整个圆周运动，当摆杆处于倒立姿态时施加外力干扰，能在5s内恢复倒立，并且保持倒立时间超过10s。【关键词】倒

2、立摆；直流电机；L298；角位移传感器StudyandDesignoftheRotationalInvertedPendulumBasedon52MicrocontrollerZHANGChao-yang，WEIXiao-yun，WANGShao-feng【Abstract】Weputforwardthedesignschemeofrotaryinvertedpendulum，whichuse$theang~ardisplacementsensorcontrollingDCtorquemotorbasedon52MCUandPIDcontrolalgorithm．Theexperim

3、entalresultsshowthattheinvert·edpendulumhassomeadvantages，suchassystemstability，simplestructure，lowcostandeasycontrolling．Theswinganglerangeisfrom一60to60degreesandthesystemrealizesthecircularmotion．Whentheswingbarwasgivenanex—ternalforcedisturbanceintheinvertedsituation，itcanrestoretheinversion

4、in5seconds，andkeeptheinvertedtimebe-yond10seconds．【脚words】invertedpendulum；DCmotor；L298；angulardisplacementsensor[中图分类号]TP368[文献标识码]A[文章编号]1674—3229(2014)04—0049—04LCD1602上，利用PID控制算法可以控制直流电机转O引言速，让摆杆实现摆角超过一60度到60度、整个圆周倒立摆，就是将摆置于不稳定的状态，通过外力运动及倒立等功能一，其结构示意图如图1所示。把摆弄倒后，摆还可以自动恢复平衡。倒立摆是多个学科的集合体，倒立摆系

5、统是一种自然不稳定系E摆杆D转轴统。倒立摆具有很大的发展前景，例如机器人站立的姿势可以抽象成双倒立摆系统；在飞行器上运用A电动机倒立摆系统进行模拟实验；在通信卫星方面，可以为通信卫星保持一种稳定的姿态提供有价值的图1旋转倒立摆的系统结构示意图资料一引。本文设计的旋转倒立摆系统是通过单片机控制1系统的硬件设计直流电机的正转、反转，使旋转臂的转动，控制在旋转臂一端的摆杆随之左右摇摆。随着惯性的增大，摆系统主要由STC89C52单片机、机械装置、杆的摆动幅度会越来越大，此时可以通过角位移传感WDD35角位移传感器、A／D转换、L298芯片直流电器测量摆杆当前的角度，将当前的角度显示在机驱动

6、模块、字符液晶显示模块和键功能模块构成，【收稿日期】2014—06—03[基金项目】吉林省科技发展计划基金项目(201205075)[作者简介】张朝阳(1974一)，男，在读博士研究生，吉林师范大学信息技术学院副教授，研究方向：智能控制。·49·第14卷·第4期张朝阳等：基于52单片机的旋转倒立摆的研究和设计2014年8月图5是主程序流程图，其工作过程是：系统首先对定时器TO和端口进行初始化，也就是开启定时器TO，将P3端的8个端口都赋值为1，随后进入while循环中判断按键是否按下，若功能键1按下，执行实现功能一的程序，即实现左右摇摆超过60度，直至完成圆周运动；若功能键2按下，执

7、行实现功能二的程序，即摆杆保持倒立姿态超过5s。若没有键按下时，将键标志清零。3系统调试系统调试是以倒立摆的角度来确定倒立摆是否成功，因此该系统进行调试的过程如下：(1)主要采用逐次比较法的测试方案图6旋转倒立摆的实物图首先将编写好的程序下载到STC89C52单片表1摆杆起振实验数据机上，将硬件部分用导线连接好，给整个系统上电，测试次数123456观察电动机的运转情况，电动机开始运转，带动摆摆角(度)>60>60>60>60>60>60摆动时间(s)212