风力摆控制系统毕业论文.doc

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1、2016届毕业设计(论文)风力摆控制系统毕业论文目录前言1第一章系统方案设计与论证31.1系统整体结构31.2方案简述31.3电源选取31.4直流风机31.5三维角度传感器31.6风机驱动模块41.7风力摆结构41.8控制算法4第二章理论分析与计算52.1起摆分析52.2摆动固定长度52.3PID算法分析52.4摆角解算6第三章系统各模块电路设计93.1稳压电路模块93.2矩阵键盘模块93.3风机驱动模块10I2016届毕业设计(论文)第四章软件设计流程114.1软件结构114.2软件流程简介114.3显示模块初始化及其界面程序分析114.4MPU6

2、050的初始化及相关程序段分析15第五章测试方案与测试结果185.1测试所用仪器185.2测试方案185.3误差分析19致谢20参考文献21附录22I2016届毕业设计(论文)前言风力摆控制系统即控制做自由摆运动。自由摆是一种典型而具有代表性的运动形式，一直以来人们对单摆运动的运动规律进行了大量的研究，自由摆运行相当于是从单摆运动衍生的运动形式。风力摆系统是一个典型非线性，不稳定的系统。在经典控制理论和现代控制理论的应用是一个很具有代表性的问题。将其作为实验装置时可以测试控制理论，检验控制方法和思路。这些控制思想都能广泛应用于一般工业过程控制，所以对

3、于风力摆控制系统在控制理论的探索方面具有很重要的理论研究和实际应用价值。该系统所运用的传感器为惯性测量单元，惯性技术作为一门高科技尖端技术，它结合了机电、光学、数学、力学、控制及计算机科学的尖端技术。惯性是所有质量体的基本属性，建立在惯性原理基础上的系统不需要任何外界信息，也不会向外辐射任何信息，仅靠其系统本身就能在全天候环境下，自主的进行连续的三维定向和定位。并且能获取运载体完备的运动信息，以及具有优秀的隐蔽性。这些特点是其他导航系统所无法比拟的。运动控制系统包括的处理运动算法和信号的控制器，能增强信号、可供应执行器提供运动输出放大器；惯性测量单元

4、检测数据进行反馈，可基于输出和输入的比较值，构成闭环系统。调节器对偏差信号进行比例、积分、微分运算。微分作用加快系统动作速度，减少超调，克服振荡；积分作用消除静态误差。三种作用方式结合在一起可以达到既快速便捷，平稳准确的效果。采用这种方式构成的调节器，只需改变输入和反馈电路的内容，便能获得不同的调节规律。控制系统里的一些比较抽象的概念，反馈、稳定性、发散收敛速度和系统的抗干扰性能等，风力摆都能有很直观的表现。对于该系统典型的控制方法有，PID控制、智能控制、模糊控制等。控制理论的研究人员将风力摆系统作为研究对象，希望开拓出新的控制方法，应用在航空航天

5、等高科技领域。传统8/16位单片机，虽然在工业领域中得到了广泛运用，但是现在的越来越多的工程控制产品的需求多功能、易用界面、低功耗、多任务等等一系列任务。对于这些需求，仅仅使用传统8/16位单片机已经不足以满足。看准了这个市场，ARM公司推出了Cortex第43页共45页2016届毕业设计(论文)-M3处理器，它对微控制器和低成本应用提出优化，具有低成本、低功耗和高性能的特点，能够满足工程师进行创新设计的需求。意法半导体公司推出了基于Cortex-M3内核32位的微控制器STM32,相对于ARM7、ARM9这类速度更快的32位来说，采用最合适的内核构

6、架以及独特的开发方式。它具有性价比高和易于开发两个优势。这导致STM32一上市就以非常快的速度占据了中低端微控制器的市场。STM32的有两种开发方式。一种是与传统单片机开发方式相同的寄存器开发，就是通过对微处理器的进行直接的读写操作。使用这种方式需要对微处理器的底层寄存器以及外围电路有很深的理解。而且由于STM32的寄存器种类和数量都要比传统单片机多得多，故使用寄存器开发方式有比较高的门槛。这种方式的优点也十分明显，它十分贴近物理电路层面，这样设计出的系统，其稳定性、可靠性以及运行速度都要好得多。另外一种开发方式是库函数开发。这是一种自顶而下的方式刚

7、好与前一种方式相反，可以从上层的API一层一层跟踪到底层寄存器，从而彻彻底底的了解寄存器，了解CPU的内存分布，再到启动代码、开发环境设置等等。这种方式大大的降低了学习开发STM32的门槛，让初学者能够快快速上手，仅通过调用库里的API（应用程序接口）就能够实现一个大型程序的搭建。做出能满足各种用户需求的应用。第43页共45页2016届毕业设计(论文)第一章系统方案设计与论证1.1系统整体结构图1系统整体框图1.2方案简述本系统以超低功耗MCUSTM32F103VCT6为控制核心，风力摆采用万向节、碳素纤维管、四个直流风机构成。MCU输出PWM波经过

8、直流电机驱动控制四个风机转动，使风力摆获得摆动动力。MPU6050的三轴加速度数据和三轴角速度数据，经MCU