简易旋转倒立摆及控制装置-电子设计大赛论文(编辑修改稿)

简易旋转倒立摆及控制装置-电子设计大赛论文(编辑修改稿)内容摘要：

制算法。 本系统采用 PID控制， 1） 比例控制 (P) 比例控制是一种最简单的控制方式。 其控制器的输入与输出误差信号成比例关系。 当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（ Steadystate error）。 2） 积分控制（ I） 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。 对一个自动控制系统，如果在进 图示： PID控制 入稳态后存在稳态误差，则成这个系统是有稳态误差的或简称有差系统（ System with Steadystate Error）。 为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。 积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。 这样，即使误差很小，积分项也会随着时间的增加而增加，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。 因此，比例 +积分控制器可以使系 统在进入稳态后无稳态误差。 3)微分控制（ D） 在微分控制中，控制器的输入与输出误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 自动控系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。 其原因是由于存在有较大的惯性组件或有滞后组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后与误差的变化，解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。 这就是说，在控制器中引入“比例”往往是不够的，比例项的中作用仅仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，他不能预测误差变化的趋势， 这样，具有比例 +微分的控制器就能够提前使抑制 误差的控制作用等于零，甚至为负，从而避免了被控制的严重超调。 所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例 +微分控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。 5 倒立摆框架的选择与设计 本设计要求倒立摆的稳定性、精确性、快速性和平衡能力较高，因此，以木板作为底座，保证结构的稳定性，以钢质轨道作为旋转臂，将直流伺服电机固定在木制支架上侧接摆杆，带动摆杆在旋转臂上运动，保证控制的精确性和快速性。 直流伺服电机产生的驱动力根据摆杆的摆角的变化而在旋转臂上转动，使摆杆在竖直平面内摆动并达到动态倒立状态。 本系统采用 12 伏电压给伺服电动机供电，配有 5伏 稳压模块给单片机和角度传感器供电。 图示 :稳压电路 我们选择单圈的 10K 精密电位器 它具有线性度好、易于调整阻值、可以在 0360 范 围内周而复始的旋转等特点，电位器旋转到每一角度对应一定的阻值，电位器接基准的 电压，通过单片机的 ADC。