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1、2013 年 全 国 大 学 生 电 子 设 计 竞 赛简易旋转倒立摆及控制装置（C 题）2013 年 9 月 7 日此处贴密封纸，然后掀起并折向报告背面，最后用胶水在后面粘牢。摘 要 简易旋转倒立摆系统是非线性、强耦合、多变量和自然不稳定的系统。此系统包括机械部分和控制部分。机械部分包括固定台、旋转臂、摆杆、转轴等。控制部分包括主控芯片、精密变阻器、电机等。主控芯片选用 MSP430 单片机，其输出 PWM（脉冲调宽）和 DIR（方向）信号到电机驱动电路，使旋转臂转动，并带动摆杆运动，精密变阻器 WDD35D-4 测量旋臂和摆杆的偏转角度的信号变化，送给主控芯片，经过 A/D 转换后，根据一
2、定的状态反馈控制算法计算出控制律，单片机根据拟定的控制律计算出必要的数字控制信号，经过 D/A 转换,调节 PWM 和 DIR 的输出，使电机转动，带动旋转臂运动，使摆杆转动。经测试，整体功能齐全，灵敏度、抗干扰性、准确度等各项性能指标均达到设计要求。关键字：旋转倒立摆系统、MSP430 单片机、精密变阻器 WDD35D-4I目 录1 系统方案 .11.1 处理器的论证与选择 .11.2 传感器的论证与选择 .11.3 电机的论证与选择 .11.4 电机驱动的论证与选择 .22 系统理论分析与计算 .32.1 电机选型的分析 .32.1.1 直流电机模型 .32.1.2 PWM 电机调速原理
3、.32.1.3 直流电机的选定 .42.2 摆杆状态检测的计算 .52.2.1 摆杆摆起的算法 .52.2.2 摆杆保持平衡的算法 .62.2.3 抗干扰 .62.3 PID 控制算法的计算 .62.3.1 PID 控制原理如图 .62.3.1 比例环节 .62.3.2 积分环节 .62.3.3 微分环节 .73 电路与程序设计 .83.1 电路的设计 .83.1.1 旋转倒立摆系统总体框图 .83.1.2 硬件电路子系统框图与电路原理图 .83.1.3 光电传感器子系统框图与电路原理图 .93.1.4 电源 .103.2 程序的设计 .113.2.1 程序功能描述与设计思路 .113.2.2 程序流程图 .124 测试方案与测试结果 .164.1 测试方案 .164.2 测试条件与仪器 .174.3 测试结果及分析 .184.3.1 测试结果(数据) .184.3.2 测试分析与结论 .18参考文献 .19附录 1：电路原理图 .20附录 2：源程序 .
