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《基于stm32的风力摆控制系统的设计与实现--电子设计竞赛论文》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、基于stm32的旋转倒立摆基于stm32的风力摆控制系统的设计与实现摘要本系统采用STM32F103开发板作为控制中心，与万向节、摆杆、空心杯电机、激光头、反馈装置一起构成摆杆运动状态与风机速度分配的双闭环调速系统。单片机输出可变的PWM波给电机调速器，控制4个方向上风机的风速，从而产生大小不同的力。利用加速度计模块MPU6050，准确测出摆杆移动的位置与中心点位置之间的关系，采样后反馈给单片机，使风机及时矫正，防止脱离运动轨迹。控制方式采用PID算法，比例环节进行快速响应，积分环节实现无静差，微分环节减小超调，加快动态响应。从而使该系统具有
2、良好的性能，能很好地实现自由摆运动、快速制动静止、画圆、指定方向偏移，具有很好地稳定性。关键词：STM32F103；空心杯电机；MPU6050；PIDAbstractThissystemadoptstheSTM32F103Vdevelopmentboardasthecontrolcenter,andtheuniversaljoint,swingingrod,dcfan(brushlessmotor+blades),laser,feedbackdevicetogetherformtheswingingrodmotionstateandfansp
3、eeddistributionofthedoubleclosedloopspeedregulationsystem.MCUoutputvariablePWMwavestothemotorspeed,controlfourdirectionswindspeedofthefan,toproducedifferentsize.UsingaccelerometermoduleMPU6050,accuratelymeasurethepositionofswingingrodmobileandcenterposition,therelationshipb
4、etweenthesamplingafterfeedbacktothesinglechipmicrocomputer,thefantimelycorrection,preventfromthetrajectory.Usethecompassmodulejudgingdirection,deviationcontrolsystemtoaspecifieddirection.UsingPIDalgorithmcontrolmethod,proportionlinkfor基于stm32的旋转倒立摆quickresponse,integralelem
5、enttorealizeastatic,differentiallinkdecreaseovershoot,speedupthedynamicresponse.Sothatthesystemhasgoodperformance,whichcanwellrealizethependulummovement,fastbrakestatic,circle,specifythedirectiondeviation,hasagoodstability.Keywords：STM32F103；Hollowcupmotor；MPU6050；PID1引言 风
6、力摆控制系统是自动控制理论的重要研究平台，可对应于人工智能控制技术，因此对它的研究具有重大的实践意义和价值。目前对风力摆的研究主要分为系统力学分析及建模，控制算法及仿真，而对实现手段少有研究。文章讨论了以STM32为核心的风力摆控制器的设计与实现，它实现了经典双回路PID控制算法对风力摆的控制策略。2方案设计与论证2.1系统基本方案2.1.1控制方案设计基于stm32的旋转倒立摆为了实现题目要求我们采用STM32F103单片机做为主控芯片，用加速度计陀螺仪模块MPU6050来计算角度和风机状态，用直流风机带动摆杆运动。当MPU6050检测到摆
7、杆的角度时，可根据三角函数公式计算出摆杆现在距离中心的具体位置（方向、距离），单片机会控制PWM波的输出大小来控制风机的风速与方向，使摆杆达到在特定位置静止或按照一定的轨迹运动。当摆杆处于自然下垂状态时，给四个风机同时上电且风向都向外，此时摆杆仍处于受力平衡——静止状态。此时降低X轴上一个风机的转速，摆杆将会带动激光头在X轴上画一条直线，当达到一定的倾斜角度时，单片机可根据角度计算出此时距离中心的距离是否>=25cm，若达到要求后，此风机减速，X轴反方向上电机逐渐加速，恢复到初始速度，反方向做相同的运动。在此过程中，单片机做出A/D采样，Y轴
8、方向方向风机随时做出矫正，防止发生轨迹偏移。角度传感器控制系统框图如图1所示。图2-1控制系统框2.1.2机械结构方案设计由于摆杆长度（60cm~70cm）较长，且
