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1、风力摆系统摘要风力摆系统是一种利用风力对物体进行位置控制的设备，在我国虽然还没有成品的销售与应用，但这种控制理论已经应用于方方面面。目前的普遍问题风力摆系统的自动控制水平不高。本设计将设计一款智能的风力摆控制系统。主要控制程序由STM32来实现。通过三轴陀螺仪进行角度采集，采集过来的角度值在进行卡尔曼滤波处理，最后将其应用到风力摆系统的控制程序中。主要实现对风力摆进行偏角的收集和计算、控制其运动轨迹，包括其角加速度的控制。风力摆所控制的系统会对各传感器测得的数据进行处理和计算，使对应的设备器件得到有效的、良好的控制，从而使得系统能安全有效地运行。本设计主控制器利用STM32作为开发硬件系统。它
2、能够对系统进行良好的操控，包括控制与监测风力摆的运动状态、角度值、加速度和平衡参数。轴部是通过万向节连接的，整体运动自如是通过它来实现。系统整体架构清晰，便于操控。关键词:风力摆;STM32;陀螺仪;卡尔曼滤波AbstractWindpendulumsystemisakindofmicrocontrolequipment,thoughnotyetfinishedproductsalesandapplicationinourcountry,butthiskindofcontroltheoryhasbeenusedineveryaspect.Atpresentthecommonproblemsof
3、windpowersystemautomaticcontrollevelisnothigh.Thisdesignwilldesignaintelligentwindpendulumcontrolsystem.Themaincontrolprogramimplementedbythestm32.AcquisitionthroughthetriaxialgyroAngle,theAngleofthecollectedvaluesinthekalmanfilterprocessing,theAnglevalueshavebeenobtainedthroughcomparingtheAnglevalu
4、esbeforeandafterjudgmentaftertheoscillationamplitude,windpendulumswingwillneedthesizeoftheforceisconvertedintoPWMvalue,thenoutputtothemotordrive,ofcourse,whenthemotortodrivetheoutputtoneedtoaddtheprotectionlightcouplingforphotoelectricisolation.Controlsystemtoprocessthedataofeachsensormeasurementand
5、calculation,thecorrespondingequipmentdeviceeffectively,goodcontrol,thesystemcanrunsafelyandeffectively.ThisdesignusesSTM32asmaincontrollerhardwaresystemdevelopment.Itcancarryonthegoodcontrolofthesystem,includingthecontrolandmonitoringwindpendulummotionstate,Angle,acceleration,andbalanceparameters.Ax
6、isisthroughuniversaljointconnection,andtheoverallfreelyistoachievethroughit.Overallsystemstructureclear,easytocontrol.Keywords:STM32,microwindpendulumcontrollightcouplinggyroscopeContents TOC o 1-3 h z u 摘要IIAbstractIIICONTENTSVI第1章绪论81.1课题背景81.2课题的来源91.3课题的国内外现状91.4本课题研究的内容10第2章总体方案的设计112.1系统功能、要求及
7、原理分析122.1.1设计任务122.1.2系统机械结构122.2控制方式选择132.2.1角度测量方案的论证与选择132.2.2直流风机驱动模块的论证与选择142.2.3控制系统的论证与选择142.2.4风力摆运动控制方案的选择与论证152.2.5电源方案的论证与选择152.2.6电机速度控制162.2.7控制算法的选择162.2.8理论分析与计算162.3控制系统方案17第3章风力摆控制系统硬件设计173.1芯片选用183.2控制流程图203.3角度采集控制设计203.4程序滤波设计223.5光电隔离设计223.6系统主电路设计243.7电机控制设计243.8电源以及稳压模块设计273.8
8、.1LM2596S电源模块273.8.2LM7805稳压芯片及应用电路28第4章控制系统程序设计294.1程序需求304.2主程序流程图304.3控制程序流程图304.4PWM输出设计314.4.1Pwm构成314.5PID及其应用344.5.1模拟PID控制规律及实现方法354.5.2数字PID控制364.5.3增量式PID374.5.4PID参数整定374.5.5PID控制分析384.6圆形轨迹摆动控制39致谢40参考文献41CONTENTS TOC o 1-3 h z u AbstractI摘要IIAbstractIIICONTENTSVI第1章绪论81.1课题背景81.2课题的来源91
9、.3课题的国内外现状91.4本课题研究的内容10第2章总体方案的设计112.1系统功能、要求及原理分析122.1.1设计任务122.1.2系统机械结构122.2控制方式选择132.2.1角度测量方案的论证与选择132.2.2直流风机驱动模块的论证与选择142.2.3控制系统的论证与选择142.2.4风力摆运动控制方案的选择与论证152.2.5电源方案的论证与选择152.2.6电机速度控制162.2.7控制算法的选择162.2.8理论分析与计算162.3控制系统方案17第3章风力摆控制系统硬件设计173.1芯片选用183.2控制流程图203.3角度采集控制设计203.4程序滤波设计223.5光电
10、隔离设计223.6系统主电路设计243.7电机控制设计243.8电源以及稳压模块设计273.8.1LM2596S电源模块273.8.2LM7805稳压芯片及应用电路28第4章控制系统程序设计294.1程序需求304.2主程序流程图304.3控制程序流程图304.4PWM输出设计314.4.1Pwm构成314.5PID及其应用344.5.1模拟PID控制规律及实现方法354.5.2数字PID控制364.5.3增量式PID374.5.4PID参数整定374.5.5PID控制分析384.6圆形轨迹摆动控制39致谢40参考文献41绪论课题背景风力在能源方面的应用最早可追溯到古代世纪初，那时人们利用风吹
11、动帆，在海上驾驭大型船只。而后，有衍生出很多有关风的应用。如那时候人们发明出风车，用风车带动下方连接的磨盘来研磨各种豆类。而这么精妙的结构只不过是风力的一个简单的应用而已。对我们而言，一提到风力的应用，我们首先就会想到风车，风筝，风力发电等。而这些我们所提到的东西都是利用自然风去影响或者改变其他事物，将风转化成另外一种形式的能。多用到的多半是自然风。而我们这一课题则利用的是另外一种形式，即产生风后，利用风对空气的压力或推力对物体的位置进行控制。这个理论听起来简单，实际却并不是特别容易。举几个简单的例子：直升机，利用发动机带动螺旋桨产生风力，这种风力带动周围的空气对某一方向的空气进行挤压，从而产
12、生反作用力作用回螺旋桨。从而带动飞机，使其能够自由升降和飞行。这一控制理论极为复杂，因为各种环境因素众多，系统有着非线性、多变性等特点。而正因为如此，其应用前景也相当之大，就飞行器来说，这一理论的研究有着极为重要的意义。而我国，更是对它有着众多的需求，其人才缺口在近几年也是比较大的。空气动力学、传动与控制理论、都叙述了其在控制领域的地位与发展。对这一学科的探索，应该寻觅到人对弹药和生物在飞行时的所受到的力各种设想。到了17世纪的中期， HYPERLINK http:/ t http:/ 芬兰的一名学者名叫惠斯首先算出了物体在空气中运动时所受到的阻碍力。由此可见，风力在人们的生活中无处不在，与人们的日常生活息息相关。对其研究的进一步深入，将有助于提升我国的综合国力，为中华航天事业乃至空气动力学添砖加瓦使我们责无旁贷的义务。课题的来源此设计的灵感来源于2015年的全国大学生电子
