简易旋转倒立摆及控制装置实验报告

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1、简易旋转倒立摆及控制装置实验报告摘要：PID控制是工控领域内的一种重要控制方法，将PID算法应用到以51单片机为核心的控制系统中，能产生良好的控制效果。基于PID算法的简易旋转倒立摆及控制系统采用目前性价比较高的精密电位计作为检测变送器，通过键盘向单片机输入选择项，单片机将角度偏差进行PID运算后，实现倒立摆装置的平衡。整个系统的电路结构简单，可靠性能高。经实验测试，该系统无震荡现象，响应时间短，稳态误差小，基本实现稳、准、快的指标。关键词：PID；STC12C5A60S2；精密电位计；PWMAbs

2、tract:thePIDcontrolisakindofimportantcontrolmethodsinthefieldofindustrialcontrol,thePIDalgorithmisappliedtothe51single-chipmicrocomputerasthecoreofcontrolsystem,canproduceagoodcontroleffect.SimplerotaryinvertedpendulumbasedonPIDalgorithmandthecontrolsy

3、stemadoptsthecurrenthighcostperformanceofprecisionpotentiometerasthedetectingtransducer,theoptiontothemicrocontrollerthroughthekeyboardinput,singleAngledeviationafterthePIDoperationtorealizethebalanceoftheinvertedpendulumdevice.Thecircuitofthewholesyst

4、emhassimplestructure,reliableperformanceishigh.Afterexperimentaltest,thesystemnooscillationphenomenonandshortresponsetimeandsteady-stateerrorsmall,basicimplementationindexofsteady,accurateandfast.Keywords:PID;STC12C5A60S2;Precisionpotentiometer.PWM一．方案

5、论证和比较1.整体采用方案分析：1）单片机的选择：方案一：采用AT89C52单片机，AT89C52单片机是一种低功耗，高性能的CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。方案二：采用STC12C5A60S2增强型51单片机，STC12C5A60S2是STC生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换，针对电机控制，强干扰

6、场合。方案三：采用Stm32单片机，STM系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M3内核。方案论证：89C51单片机运行速度缓慢，不能使用PWM进行调速，难以使倒立摆平衡。STC12C5A60S2增强型51单片机运行速度有所提高，并且可以使用PWM进行调速，经过调试，可以完成任务。Stm32单片机运行速度大大提高，作为大一学生，专业课没有系统的学习，比赛时间紧，为了确保完成任务，选择了方案二。2）电机的选择：方案一：采用直流电机，它具有启动推理大，传动刚度高

7、，动态响应快，形程长度不受限制等优点。方案二：采用步进电机，步进电机是数字控制电动机，它将电脉冲信号转变为角位移，即给一个脉冲，步进电机就转一个角度，在非超载的情况下，电机的转速，停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数。方案三：采用直流减速电机，直流减速电机拥有定位精度高的优点，运行平稳。方案论证：直流电机转速快，难以进行精确控制。步进电机可以解决这个问题，经过反复实验，发现步进电机抖动大，难以平稳运行。最后选择了直流减速电机，并运用PWM进行调速，很好地解决了问题。3）电机驱动的选择：方案一：使

8、用BTS7960驱动电路，BTS7960是半桥驱动芯片，就是说需要2个芯片来驱动一个电机，电流最高43A，其内阻很小，散热不是很厉害。方案二：使用298驱动电路，L298M是一种高电压，大电流的电机驱动芯片，最高工作电压可达46V，峰值电流可达3A，持续工作电流为2A。可以通过I/O口提供信号方便地控制直流电机或步进电机。方案论证：BTS驱动电路对电机的驱动能力比298驱动电路强，是个理想的选择，但电子市场没有找到芯片，以前的比赛中，多次使用298驱动电路，技术比较成