基于stm32 低功率风力摆控制系统的研究

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1、基于stm32低功率风力摆控制系统的研究张祥庆尹庆庆张浩然刘沂青葛伟楠山东师范大学山东济南250358【文章】　　系统采用STM32F103V系统板作为控制中心，与万向节、摆杆、2波给轴流风机，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防止脱离运动轨迹。控制方式采用PID算法加快动态响应。从而使该系统具有很好的稳定性。【关键词】STM32F103V；ucos；2PU6050；PID0引言众所周知，轴流风机功率越大，其机动性越强，受控制能力越好，所需要的算法难度也会降低；而如果轴流风机功率很小，那么它的可控性

2、就会降低，所需要的算法难度大大增加。目前，在这种控制领域一般采用40ARGIN:5pt0cm"class=Pa5>1控制方案1.1控制系统我们采用STM32F103V单片机做为主控芯片，移植ucos操作系统，用加速度计陀螺仪模块MPU6050来计算角度和风机状态，用轴流风机带动摆杆运动。当MPU6050检测到摆杆的角度时，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，单片机会控制P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。在此过程中，单片机做出A/D采样，防止发生轨迹偏移。1.2数据处理通过加速度

3、计陀螺仪模块MPU6050检测风力摆摆杆的倾角数据。MPU6050集成了3轴MEMS陀螺仪。MPU6050和所有设备寄存器之间通信采用I2C接口，实现高速通信。内置卡尔曼滤波器，精确测量风力摆当前姿态角。MPU6050对陀螺仪和加速度计分别采用了16位的ADC，将其测量的模拟量转化为可输出的数字量，通过DMP处理器读取测量数据然后通过串口输出。2软件设计2.1PID算法基本原理系统采用PID算法来控制风机转动的速度，风机开始工作后，MPU6050不断采集当前摆杆摆脚状态，并与之前的状态进行比较，使得摆杆运动状态趋于稳定。PID算法控制器由4个

4、风机速度分配比例P角度误差积分I角度微分D组成。其输入e(t)与输出U（t)关系为：传递函数为：2.2主体算法设计算法设计要考虑风机二维的运动和三维的运动并加。采用闭环控制，设定一个阈值，单片机检测到阈值，控制轴流风机，维度不同做出不同的反应。无论二维还是三维，都需要使用PID算法控制，提高轴流风机的稳定性。为了克服轴流风机动力不足的问题，需要在接入主体控制算法之前进行强制动力拉升，持续一段时间，然后接入PID算法，使得风机快速稳定下来。由于移植了操作系统ucos，配合ARM单片机，使得程序的稳定性大大增强。2.3法实际效果稳定性：移植了uc

5、os的新系统的稳定性大大增强，并且在控制上没有滞后的问题，灵敏度大大增强。功耗：功耗为大功率直流无刷电机的0.5%到1%，发热降低，可持续工作时间大大延长，而且节约了能源。噪音：无啸叫声。安全性：安全性较无刷电机大为提高。3结语综上所述，本系统基本实现了测试要求，并且具有低噪音、低功耗、安全系数高的特点。高性能的单片机和操作系统、好的算法，起到至关重要的作用，弥补了低功率风机动力的不足，并且大大增加了稳定性。【