风力摆控制系统设计论

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1、论文题目:风力摆控制系统设计学生：庞刚学号：201206070422院（系）：电气与信息工程学院专业：自动化124指导教师：郑恩让2016年1月4日9风力摆控制系统庞刚（陕西科技大学电气与信息工程学院，陕西西安710021）摘要：本组选择的是2015年大学生电子竞赛B题——风力摆控制系统。针对于题目基础部分与发挥部分要求，设计了一个以飞思卡尔公司单片机MK60为控制单元、2对垂直放置的轴流风机组为执行器单元、陀螺仪传感器和加速度传感器以信息融合方式实现的（角度）传感器单元形成了一个三维空间的闭环控制系统（风力

2、摆控制系统）。在此基础上首先利用空间矢量法将被控量投影到X和Y两个独立坐标上，分别利用相互独立的PID、FUZZY等控制方法实现风力摆系统系列动作。实验表明：本竞赛小组设计制作的风力摆系统能够以较高的精度完成各种任务。关键词：风力摆，MK60，轴流风机，角度传感器，空间矢量法，PIDWindpendulumcontrolsystemPANGGang(ShaanxiUniversityofScience&Technology,Academyofelectronicinformationandelectrical

3、engineering,ShanXiXi’an710021)Abstract:TheUndergraduateElectronicCompetitioninthisgroupchoseBquestion-Windpendulumcontrolsystem.Forthebaseportionandplayinthetitlepartoftherequirements,wedesignedaFreescalemicrocontrollerMK60controlunit,twopairsofverticallydi

4、sposedaxialairunitsfortheactuatorunit,agyrosensorandanaccelerationsensorinformationfusionwaytoachieve(angle)sensorunitsformaclosedloopcontrolsystemofathree-dimensionalspace(windpendulumcontrolsystem).Firstly,onthebasisofspacevectorwillbechargedtheamountproj

5、ectedontoXandYcoordinatesoftwoseparate,independentofoneanother,respectivelyPID,FUZZYandothercontrolmethodstoachieveawindpendulumseriesofactions.Experimentalresultsshowthat:Theraceteamdesignedawindpendulumsystemwithhighaccuracycancompletevarioustasks.Keyword

6、s:Windswing,MK60,axialfans,anglesensors,spacevector,PID91方案论证首先我们对该系统的结构及风力摆运动控制方案的比较论证。91.1系统结构由图可知，风力摆的整体结构由控制单元MK60，执行单元轴流风机组，传感器单元mpu9250以及人机交互模块和其他必要外设构成。该系统结构简单，电路易于实现，功能完善，且稳定性高，精度高，性能好。1.2系统方案比较论证1.2.1控制芯片的选择方案一：利用飞思卡尔公司XS128芯片作为微控制器。方案二：利用飞思卡尔公司MK6

7、0芯片作为微控制器。通过对两者的比较，MK60相较于XS128的频率要高很多，且前者为32位，后者为16位。MK60相较于XS128的运算速率要快很多，反应快，精度高。通过比较，选择MK60作为系统的控制单元，可以获得更快的运算速度，更灵敏过的反应，同时应为MK60具有更丰富的管脚，可以设计更完善的外设，增强系统的功能。1.2.2轴流风机的选择根据竞赛题目要求轴流风机为5-10cm，5-12V。我们现有符合要求的轴流风机的型号为80*80、0.5W；80*80、16W；90*90、54W三种类型。如此电机的选

8、择便有三种方案。方案一：用四个80*80、0.5W的轴流风机组成机组。通过实验发现该机组的功率太小，无法满足系统的要求。方案二：用四个80*80、16W的轴流风机组成机组。通过实验，该机组能够达到本系统的驱动能力，满足要求。方案三：用四个90*90、54W的轴流风机组成机组。通过实验发现该机组本身的重量太重，满占空比驱动机组效果和方案二效果相仿，但是有该电机额定电流为4.5A，增加了驱动电路的负担。