《单级倒立摆》word版

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1、摘要本系统以atmega16为平台，主要由机械倒立装置及单片机自动控制组成，将装在摆杆的角度传感器GY-61得到的数据进行处理，利用摆杆倒立摆动过程中受力的分析和实验数据总结对摆杆板调节一定的角度，提高了倒立摆装置自动控制的稳定性。通过PWM技术动态控制电机的转速、方向和PID控制调节，实现装置设计的各种要求，达到了设计目的，完成了设计功能。关键词：角度传器；电动机；倒立摆；反馈；倒立控制；PID控制AbstractThesystemtakingATmega16astheplatform,mainlycomposedofamechanicaldeviceandmicrocomp

2、uterautomaticcontrolsystem,forprocessingwillbeinstalledintheGY-61pendulumanglesensordata,summarizethependulumplateadjustingcertainanglebyanalysisandexperimentdataforcependuluminvertedtheoscillatingprocess,improvesthestabilityofinvertedswingdeviceforautomaticcontrol.Byadjustingthespeed,contro

3、lthedirectionandPIDdynamicPWMtechnologytocontrolthemotor,toachieveavarietyofdevicedesignrequirements,achievethedesignpurpose,completedthedesignfunction.Keywords:Anglesensor；Motor；Invertedpendulum；invertedcontrol；Feedback；PIDcontrol目录1方案论证11.1电机的选择32总体方案33电路设计43.1Atmega16及其AD电路43.2内部PWM发生模式53

4、.3直流电机驱动电路73.4PID控制84软件设计95系统测试96误差分析与改进方法107小结10参考文献11附录一：元件明细表11附录二：仪器设备清单11附录三：电路图图纸121方案论证方案一：AT89C51为8位单片机，具有一定算术运算功能，编程软件灵活、自由度大；具有功耗较低、体积小、技术成熟和成本低等优点，得到了广泛应用；使用AT89C51与AD采集芯片PCF8591，通过AD采集芯片PCF8591对角度传感器信号进行采集传给单片机，单片通过PID控制算法使定时器产生变化的PWM波及波形持续时间，输入电机驱动板控制电机的转速和角度。运算速度较慢。引脚图，如下图1-1:图

5、1-18051引脚图缺点：51单片内部资源有限，内部没有集成的A/D转换器，在一些需要数据采的应用场合，需要外扩A/D转换器，硬件连接较复杂，给系统设计过程带来不便。方案二：使用atmega16内部集成了10位A/D转换器，可对角度传感器信号进行采集与处理，还集成了PWM的功能，硬件电路连接较简单，系统运行稳定。运算速度较快。Atmega16简介:ATmega16是基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。ATmega16

6、AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与运算逻单元(ALU)相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期第16页共19页内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的数据吞吐率。ATmega16有如下特点:16K字节的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力，即RWW)，512字节EEPROM，1K字节SRAM，32个通用I/O口线，32个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器(T/C),片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件

7、检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP封装)的ADC，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。工作于空闲模式时CPU停止工作，而USART、两线接口、A/D转换器、SRAM、T/C、SPI端口以及中断系统继续工作；停电模式时晶体振荡器[1]停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态；ADC噪声抑制模式时终止CP