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單片機在倒立擺控制系統的應用

時(shí)間:2019-01-16 14:38:05來(lái)源:不詳 作者:admin 點(diǎn)擊:次
倒立擺作為一種典型的控制系統實(shí)驗裝置，具有非線(xiàn)性、自然不穩定等特性，常用來(lái)作為檢驗某種控制理論或方法是否合理的典型方案。一階倒立擺系統能用多種理論和方法來(lái)實(shí)現其

　　其中：ｕ（ｋ）為第ｋ個(gè)采樣時(shí)刻的輸出；ｅ（ｋ）為第ｋ個(gè)采樣時(shí)刻的偏差值；Ｔ為采樣周期；ＫＰ為比例放大系數；ＴＩ為積分時(shí)間常數；ＴＤ為微分時(shí)間常數。

　　在實(shí)時(shí)性要求較高的倒立擺系統中，積分作用常常使系統對偏差的調節變慢，使動(dòng)態(tài)相應變慢。因此要盡量弱化或者消除積分作用，使用ＰＤ調節規律即可。在該系統中，輸入變量為給定值與實(shí)際檢測到角度的差值，輸出變量控制所產(chǎn)生的ＰＷＭ波形的占空比。由于旋臂、擺桿以及電動(dòng)機的各項參數很難準確把握，且干擾較多，難以建立精確的數學(xué)模型，因此采用試驗法整定參數的數值，即根據系統表現出的狀態(tài)，調節各參數的數值，直至系統達到穩定。

　�。常渤绦蛄鞒虉D

　　倒立擺系統主程序流程圖見(jiàn)圖６。其中，Ｕ為ＰＩＤ運算的輸出值，為輸出ＰＷＭ波形的占空比，由于所選單片機不具備專(zhuān)用ＰＷＭ輸出引腳，需要利用定時(shí)器Ｔ０模擬其波形輸出，定時(shí)器Ｔ０中斷子程序流程圖見(jiàn)圖７。在本系統中，采樣周期選擇為１０ｍｓ，由定時(shí)器Ｔ１控制，定時(shí)器Ｔ１中斷子程序流程圖見(jiàn)圖８。



　�。聪到y測試

　　本系統測試所用到的倒立擺模型為自制簡(jiǎn)易模型，測試過(guò)程如下：外力將擺桿拉起至接近倒立狀態(tài)（與倒立狀態(tài)相差２０°左右）；給系統上電，同時(shí)撤去外力，觀(guān)察到擺桿迅速呈倒立狀態(tài)，經(jīng)過(guò)幾次調整，即可長(cháng)時(shí)間保持倒立狀態(tài)。系統達到穩定狀態(tài)的效果如圖在擺桿保持倒立狀態(tài)時(shí)，施加一擾動(dòng)，即輕碰擺桿或旋臂，系統經(jīng)過(guò)短時(shí)間的調整之后，仍可以自動(dòng)調節至穩定狀態(tài)，說(shuō)明該系統具備較強的魯棒性。

　�。到Y論

　　本系統采用單片機作為一階旋轉倒立擺系統的控制器，執行了數據采集、數據處理（ＰＩＤ運算）、控制直流電機運行狀態(tài)等操作，成功使該系統穩定，其經(jīng)濟性和實(shí)用性得到了很好的展現。同時(shí)也體現了經(jīng)典ＰＩＤ控制理論在一階倒立擺系統中使用時(shí)良好的控制效果。

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