基于stm32风力摆控制系统设计与实现电子设计竞赛论文.docxVIP

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基于stm32风力摆控制系统设计与实现电子设计竞赛论文

基于stm32的旋转倒立摆 PAGE  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;PID Abstract This system adopts the STM32F103V development board as the control center, and the universal joint, swinging rod, dc fan (brushless motor + blades), laser, feedback device together form the swinging rod motion state and fan speed distribution of the double closed loop speed regulation system. MCU output variable PWM waves to the motor speed, control four directions wind speed of the fan, to produce different size. Using accelerometer module MPU6050, accurately measure the position of swinging rod mobile and center position, the relationship between the sampling after feedback to the single chip microcomputer, the fan timely correction, prevent from the trajectory. Use the compass module judging direction, deviation control system to a specified direction. Using PID algorithm control method, proportion link for quick response, integral element to realize astatic, differential link decrease overshoot, speed up the dynamic response. So that the system has good performance, which can well realize the pendulum movement, fast brake static, circle, specify the direction deviation, has a good stability. Keywords:STM32F103;Hollow cup motor;MPU6050;PID 1引 言    风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???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 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

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