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时间:2020-06-07
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1、旋转倒立摆设计方案器件:角度测量使用绝对式编码器(HN3806A5V1024)电机采用( maxonDCmotorRE25)电机驱动采用L298N,可以承受24V的电压,驱动能力强。主控为STM32F103其中硬件搭建要注意稳定性,电机的瞬间扭力很大,如果底座不稳定的话会给接下来的软件调试带来很大的麻烦。系统框图程序设计思想:绝对式编码器不断的读取摆杆实时的角度值,单片机将采集到的角度值与之前预设的值的差经过PID算法,输出一个矫正值,不同矫正值对应这不同的PWM占空比,矫正值的符号与电机的转向相同。经过这一闭环调节,可以实现摆杆直立。PID调试经验总结:本次设计核心部分为PID算法
2、,PID的程序是固定的,但是三个参数的不同搭配,会产生各种各样的变化。因此当PID算法的三个参数选择合适,可以实现理想的效果,我们最后做的效果可以达到摆杆一直不倒,用手轻触,在力不大的情况下可以实现抗干扰,但是由于电机驱动能力等问题,并不能在力较大的情况下实现抗干扰。P(比例)调节作用,P是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减小偏差。比例作用大,可以加快调节,减小误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。I(积分)调节作用,I是系统消除稳态误差,提高无差度,因为有误差,积分调节就进行,直至无差,几分调节停止,积分调节输出一常值
3、。积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强。反之Ti大则积分作用弱,加大积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。D(微分)调节作用,微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能遇见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已经被微分调节作用消除,因此微分调节可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适的情况下,可以减少超调,减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰能力不利,除此之外,微分反应的是变化率,而当没有变化时,微分作用输出为0。微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合。由于PID三
4、个参数协同作用又相互干扰,因此最困难的一步就是参数的整定,在试验中我们先用Matlab做了PID的控制数据模型,先任意给一组数据(三个参数都给),观察曲线的收敛发散情况。然后从P开始每次步进减少或增加,看效果,然后再调节I,最后是D,在调节的过程中借助串口,将角度值发送到电脑端,用Matlab画出曲线,然后与理论进行比较,不断尝试。在实验中发现I越大,调节频率越快,抖动越厉害,但是杆稳定。整定曲线:实物图:
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