一種環(huán)形倒立擺穩(wěn)擺控制器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了 一種環(huán)形倒立擺穩(wěn)擺控制器，包括主控芯片、驅(qū)動(dòng)電路和信號(hào)處理電路。主控芯片為XE164FN，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的電機(jī)控制、磁鏈估算以及信號(hào)采樣及處理電機(jī)；驅(qū)動(dòng)電路用的由mosfet組成全橋電路；倒立擺的旋轉(zhuǎn)桿和擺桿處各有一個(gè)電位器，利用單片機(jī)的數(shù)模轉(zhuǎn)換部分將電位器采集到的模擬角度轉(zhuǎn)換成數(shù)字角度，經(jīng)過運(yùn)算可以得到旋轉(zhuǎn)桿和擺桿的角度和角速度，然后再將角度和角速度信號(hào)帶入到控制算法中可以得到控制量，然后利用捕獲比較單元將控制量轉(zhuǎn)換成PWM信號(hào)控制電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了環(huán)形倒立擺的自動(dòng)起擺以和穩(wěn)擺控制。
【專利說明】一種環(huán)形倒立擺穩(wěn)擺控制器
所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種穩(wěn)擺控制器，尤其是基于能量反饋和BVP算法控制的一種環(huán)形倒立擺穩(wěn)擺控制器。

【背景技術(shù)】
[0002]倒立擺系統(tǒng)是現(xiàn)代控制理論研宄中的典型的研宄對(duì)象一個(gè)典型的多變量、不穩(wěn)定的非線性系統(tǒng)。倒立擺具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉的特點(diǎn)，便于使用各種方法進(jìn)行控制，是控制理論和實(shí)際應(yīng)用研宄中的熱點(diǎn)，常被用來檢測(cè)控制方法。由于倒立擺系統(tǒng)并不穩(wěn)定，所以它的穩(wěn)定性一直是控制理論中的典型的問題。其在控制理論中作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置，成本低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)多種不同的控制方式；倒立擺作為一個(gè)被控對(duì)象，又是相對(duì)復(fù)雜的，倒立擺是不穩(wěn)定的、多變量且非線性的系統(tǒng)，只有在采取了有效的控制方法后才能使倒立擺穩(wěn)定。倒立擺系統(tǒng)的控制效果可以用他的穩(wěn)定性很直觀的體現(xiàn)出來，也可以用擺桿角度、旋轉(zhuǎn)桿角度和穩(wěn)定時(shí)間直接測(cè)量，倒立擺的實(shí)驗(yàn)效果比較直觀，當(dāng)新的控制理論和方法出現(xiàn)后可以用倒立擺驗(yàn)證控制理論和方法的正確性和實(shí)用性，或是和其他的控制理論和方法進(jìn)行比較。
[0003]簡(jiǎn)單的倒立擺系統(tǒng)是現(xiàn)代控制理論教學(xué)中較為成熟的產(chǎn)品，在各個(gè)高校的實(shí)驗(yàn)室中，倒立擺系統(tǒng)基本是不可缺少的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。許多典型的多輸入系統(tǒng)，例如倒立擺系統(tǒng)模型建立、最優(yōu)化的控制、以及極點(diǎn)配置、非線性系統(tǒng)等控制理論中的許多方面的問題都可以用倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行檢驗(yàn)。倒立擺系統(tǒng)看起來結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，卻是一個(gè)不穩(wěn)定的、不易控制的系統(tǒng)，一級(jí)倒立擺相相對(duì)控制難度較小。在控制復(fù)雜的倒立擺系統(tǒng)時(shí)，通過引入人工智能，如模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，可以進(jìn)行有效的簡(jiǎn)化和操作，在較復(fù)雜倒立擺控制系統(tǒng)中起到了比較大的作用。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]一種環(huán)形倒立擺穩(wěn)擺控制器，其特征在于:該系統(tǒng)由主控芯片、倒立擺、驅(qū)動(dòng)電路和信號(hào)處理電路組成。
[0005]所述主控芯片為XE164FN，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的電機(jī)控制、磁鏈估算以及信號(hào)采樣及處理電機(jī)；所述驅(qū)動(dòng)電路用的由mosfet組成全橋電路；所述倒立擺上設(shè)有旋轉(zhuǎn)桿和擺桿，旋轉(zhuǎn)桿和擺桿處各有一個(gè)電位器。利用單片機(jī)的數(shù)模轉(zhuǎn)換部分將電位器采集到的模擬角度轉(zhuǎn)換成數(shù)字角度，經(jīng)過運(yùn)算可以得到旋轉(zhuǎn)桿和擺桿的角度和角速度，然后再將角度和角速度信號(hào)帶入到控制算法中可以得到控制量，然后利用捕獲比較單元將控制量轉(zhuǎn)換成PWM信號(hào)控制電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了環(huán)形倒立擺的自動(dòng)起擺以和穩(wěn)擺控制。
[0006]本實(shí)用新型的目的在于設(shè)計(jì)一種環(huán)形倒立擺穩(wěn)擺控制器。本設(shè)計(jì)通過對(duì)倒立擺的位置狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，再對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)倒立擺系統(tǒng)位置的控制。
[0007]本實(shí)用新型的有益效果:該實(shí)用新型針對(duì)環(huán)形倒立擺，設(shè)計(jì)一種起擺和穩(wěn)擺控制器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單方便，易于實(shí)現(xiàn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖；
[0009]圖2為本實(shí)用新型的系統(tǒng)程序流程圖；
[0010]圖3為信號(hào)處理電路原理圖；
[0011]圖4為功率驅(qū)動(dòng)電路圖原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的原理和具體連接關(guān)系做更詳細(xì)地描述:
[0013]結(jié)合圖1，圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖；本實(shí)用新型包括主控芯片、驅(qū)動(dòng)電路和信號(hào)處理電路。主控芯片為XE164FN，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的電機(jī)控制、磁鏈估算以及信號(hào)采樣及處理電機(jī)；驅(qū)動(dòng)電路用的由mosfet組成全橋電路；倒立擺的旋轉(zhuǎn)桿和擺桿處各有一個(gè)電位器，利用單片機(jī)的數(shù)模轉(zhuǎn)換部分將電位器采集到的模擬角度轉(zhuǎn)換成數(shù)字角度，經(jīng)過運(yùn)算可以得到旋轉(zhuǎn)桿和擺桿的角度和角速度，然后再將角度和角速度信號(hào)帶入到控制算法中可以得到控制量，然后利用捕獲比較單元將控制量轉(zhuǎn)換成PWM信號(hào)控制電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了環(huán)形倒立擺的自動(dòng)起擺以和穩(wěn)擺控制。
[0014]圖2為本實(shí)用新型的系統(tǒng)程序流程圖。當(dāng)系統(tǒng)上電后開始進(jìn)行系統(tǒng)的初始化，主要包括PWM輸出設(shè)置、中斷設(shè)置、定時(shí)器設(shè)置、I/O接口設(shè)置、ADC設(shè)置的初始化；然后碼盤測(cè)量角位移，并將角位移信號(hào)傳給數(shù)字信號(hào)處理模塊；數(shù)字信號(hào)處理模塊根據(jù)角位移的大小判斷環(huán)形倒立擺進(jìn)行起擺或是穩(wěn)擺；最后通過單片機(jī)控制PWM模塊對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，完成起擺或是穩(wěn)擺動(dòng)作。
[0015]結(jié)合圖3和圖4，它們是系統(tǒng)的部分電路原理圖。圖3為信號(hào)處理電路原理圖，倒立擺旋轉(zhuǎn)桿和擺桿的角度信號(hào)通過ADC模塊對(duì)電位器的電壓采集得到的，輸出信號(hào)經(jīng)過調(diào)理進(jìn)入單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，包括信號(hào)放大和濾波；圖4為功率驅(qū)動(dòng)電路圖原理圖，電路輸出端VCC電壓為15V，輸入信號(hào)VDD電壓為5V，C6、C7是自舉電容，電容值是luf，Dl、D2的防止高電壓進(jìn)入電路輸出VCC造成芯片損壞。
【權(quán)利要求】
1.一種環(huán)形倒立擺穩(wěn)擺控制器，其特征在于:由主控芯片、倒立擺、驅(qū)動(dòng)電路和信號(hào)處理電路組成；所述主控芯片為XE164FN，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的電機(jī)控制、磁鏈估算以及信號(hào)采樣及處理電機(jī)；所述驅(qū)動(dòng)電路用的由mosfet組成全橋電路；所述倒立擺上設(shè)有旋轉(zhuǎn)桿和擺桿，旋轉(zhuǎn)桿和擺桿處各有一個(gè)電位器。
【文檔編號(hào)】G05B19/19GK204215226SQ201420522068
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月12日
【發(fā)明者】李相武, 王瑛, 李忠喜 申請(qǐng)人:哈爾濱恒譽(yù)名翔科技有限公司