畢業論文-二級倒立擺系統設計(終稿)(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 51單片機 增量式編碼器 2 電機驅動模塊 電機 旋轉臂 擺桿 4 程序與電路的設計 11 計 程序功能描述與設計思路 根據本設計方案要求 [11]，該系統程序的任務如下：對擺桿位置進行檢測的編碼器 1的輸入信號進行方向的辨別和計數，根據擺桿的擺動角度發出的信號來控制 PWM 波進而控制脈沖寬度實現對電機調速的控制 [12]，同時又接受外部計數器對旋轉臂速度檢測反饋回來的信息。綜合兩個反饋信息，根據物理模型得到的減速直流電機控制電壓計算公式，控制電機給擺桿一個適當的加速度，但對于 不同的控制算法實現相應的功能也是可以的，例如起振，圓周運動，倒立平衡等。 程序流程圖 圖 43 主程序與子程序框圖 開始 檢測按鍵 按下按鍵 2 按制擺桿倒立平衡狀態 按下按鍵 2 輸 出 控制 信號 調 節電 機電壓正反饋 按下按鍵 4 按下按鍵 3 使擺桿起振達到倒立平衡狀態 擺桿保持倒立平衡且旋轉臂旋轉 白城師范學院本科畢業論文 12 否 是 圖 44 “ 起擺做圓周運動” 子程序流程圖 否 是 圖 45“起擺并達到倒立 平衡狀態”子程序流程圖開始 檢測擺桿角度 查表計算電機加速度并輸出控制信號 相鄰兩次檢測到的擺桿速度是否反號或一次為 0 查表計算電機加速度并輸出反方向的控制信號 結束 開始 檢測擺桿角度 計算加速度并發出控制信 號 是否接近 180平衡位置 計算加速度 測量旋轉臂的速度 給出控制信號 5 測試方案與測試結果分析 13 5 測試方案與測試結果 分析 硬件軟件 的調試 [13]，通過 STC 下載軟件線連接單片機，以便于在程序執行后實時觀測控制算法中多個變量，如擺桿擺動的角度，擺桿的方向，電機的速度以及加速度等。 通過開關來選擇不同程序的運行，以達到不同的功能。相互功能之間沒有任何的干擾。在實現其它功能的時候需要將單片機復位并重新運行程序。并記錄下每次實現不同功能的指標。 測試條件與儀器 測試條件： 支架水平放置于桌面上，保證擺桿處于自然下垂狀態，除電機外無其他外力對擺桿造成干擾（空 氣阻力，摩擦力等不算在內）。 測試儀器： 直流穩壓電源， 數字示波器，數字萬用表 ，秒表，量角器。 測試結果及分析 測試結果 (數據 ) 測試功能一，擺桿起振測試擺桿在起振時擺桿擺動的角度大于 60 度的時間。測試參數如表 51 所示。 表 51 擺桿起振測試 測試次數 1 2 3 4 5 6 擺動幅度（度） 60 60 60 60 60 60 擺動時間（ s） 2 1 4 3 3 4 測試功能二，擺桿完成圓周運動，以完整的完成一個圓周運動的時間為計時標準。測試參數如表 52 所示。 表 52 擺桿完成 圓周運動 測試次數 1 2 3 4 5 6 7 8 完成時間（ s） 2 2 2 2 1 2 1 1 測試功能三，擺桿擺動到倒立平衡狀態并保持 5s 以上，且旋轉臂旋轉的轉動角度不大于 90 度的測試效果。測試參數如表 53 所示。 白城師范學院本科畢業論文 14 表 53 擺桿擺動到倒立平衡 測試次數 1 2 3 4 5 6 7 8 保持時間（ s） 2 3 2 3 2 4 3 2 旋轉臂最大轉動角（度） 90 90 90 90 90 90 90 90 測試功能四，從擺桿處于自然下垂狀態開始， 控制旋轉臂做往復旋轉運動，盡快使擺桿擺起倒立，保持倒立時間不小于 10s。測試參數如表 54 所示。 表 54 擺桿自然下垂到擺動到倒立并保持的時間表 測試次數 1 2 3 4 5 6 7 8 擺起時間（ s） 2 3 1 2． 5 1 4 保持時間（ s） 10 10 0 10 10 10 10 10 測試功能五，在擺桿保持倒立狀態下，施加干擾后擺桿能繼續保持倒立或 2s 內恢復倒立狀態。測試參數如表 55 所示。 表 55 擺桿在倒立狀態下施加干擾后繼續保持平衡表 測試次數 1 2 3 4 5 6 7 8 能否保持 能 能 否 否 能 否 能 否 恢復時間（ s） 2 3 4 3 3 4 5 4 測試功能六，在擺桿保持倒立狀態的前提下，旋轉臂做圓周運動，并盡快使單方向轉過角度達到或超過 360 度。測試參數如表 56 所示。 表 56 在倒立狀態下旋轉臂旋轉 360 度 測試次數 1 2 3 4 5 6 7 8 旋轉臂轉過 360 度時間（ s） 5 5 5 5 5 5 5 5 測試分析與結論 根據上述測試數據， 該系統基本上能夠達到旋轉倒立平衡的狀態但由于機械結果的原因有一些誤差 ，由此 可以得出以下 結論 ： 電機的性能不是很理想，聯軸器有些松動，長時間運行兩者有些脫節，起振達到平衡很困難， 雙環控制需要時間上的配合，加入的時間和參數很重要。 好的硬件電路時成功的奠基石。 綜上所述，本設計 基本 達到設計要求。結論 15 結論 我的論文設計研究的是基于單片機的旋轉倒立單擺及其控制系統設計，是一種以單片機 STC89C51 為控制中心，以旋轉編碼器和直流減速電機以及 AD/DA 轉換模塊為控制單元的一種系統設計，再結合 PWM 控制的 PID 算法設計 ， 并且該設計系統在選擇 各種模塊時經過了一系列的計算和測試最終選擇了增量式旋轉編碼器 、 直流減速電機 、 L298N電機驅動模塊 、 AD/DA 轉換模塊 為控制單元 ， 在程序調試的過程中最終選擇 PID 算法 是因為該算法控制過程中，比例環節快速響應，積分環節實現基本無靜查，微分環節減少過調，加快動態的響應。在硬件設備上我們主要采用了鋼板作為底座和中空的碳纖維作為擺桿 。 最后通過理論分析和實驗驗證，該旋轉倒立擺的控制系統可以獲得良好的控制目的，在實驗教學上也有很大的幫助。 參考文獻 16 參考文獻 [1] 張炎主編 . 機械工程測試技術 . 北京：高等教育出版社 , . [2] 趙先仲主編 . 機電一體化系統 . 北京：高等教育出版社 , . [3] 全國大學生電子設計競賽組委會編 . 2021 年全國大學生電子設計競賽獲獎作品選編 .北京 :北京理工大學出版社 , 2021 [4] 王靜霞主編 , 單片機應用技術 . 北京：電子工業出版社 , 2021. [5] 鐘約先，林亨編著 . 機械系統計算機控制 . 北京：清華大學出版社 , [6] 王永廉主編 . 材料力學 . 北京：機械工業出版社 , [7] 王迎旭主編 .單片機原理與應用 . 北京：機械工 業出版社 , [8] 戴仙金主編 . 51 單片機及其 C 語言的程序開發實例 . 北京 :清華大學出版社 , 2021. [9] 彭珍瑞 , 董海棠主編 . 控制工程基礎 . 北京 :高等教育出版社 , [10] 夏德鈴主編 . 自動控制理論 . 北京：機械工業出版社 , 1998. [11] 張陽主編 . 單片機原理及嵌入式系統開發 .電子工業出版社 , 2021. [12] 李建忠 主編 . 單片機原理及應用 . 西安：西安電子科技大學 , 2021. [13] 劉經燕 . 測試技術與應用 [M]. 廣州：華南理工大學出 版社 , 2021. 致謝 17 致謝 經過近三個月的忙碌和工作，本次畢業設計已經接近尾聲，在這里首先要感謝我的指導教師李罡老師還有學院各位領導、老師，是你們的諄諄教誨和嚴格要求，讓我在四年中無論是在技能、知識還是做人上都有了更深一步的認識，為以后的生活和事業打下堅實的基礎。 育我成才者老師者也，這篇論文是在李老師的悉心指導與鼓勵下完成的。李老師為我提供了良好的實驗條件，在申請和展開項目、撰寫論文等方面提供了很多專業行的指導。李老師淵博的知識、嚴謹的治學態度、精益求精的工作作風和誨人不倦的高尚師德，都深深地感染和鼓勵著 我。 伴我成長者同學者也，感謝 11 級機械學院的同學們，四年來是你們讓我的大學生活更加充實，更加豐富多彩，我們一起親歷了大學別樣生活，愿同窗友誼長存。 白城師范學院本科畢業論文 18 附 件 1： 系統電路原理圖 致謝 19 您好，為你提供優秀的畢業論文參考資料，請您刪除以下內容， O(∩_∩)O 謝謝?。?！A national survey was recently launched to evaluate the eye health of Chinese children June 6, China39。s annual National Day for Eye Care, the China Youth Development ServiceCenter and Zhejiang Medicine, a leading listed Chinese pharmaceutical pany, jointlyannounced the kickoff of the surve about one month, a questionnaire piled by top eye care medical experts in China willbe distributed through multiple online partners, including , as well asthrough offline survey events held in universities, middle schools and primary schools acrossthe report will be released based on the survey statistics and analysis, and most importantly,guidelines for parents and youth on how to care for the eyes and prevent myopia — agrowing problem in China39。s digitized society, will also be attached on the report.Myopia is not only a disease that makes people see things blurrily, but also leads to severeplications, such as glaua (increased pressure within the eyeball), and can causeblindness, said Zhou Yuehua, an established eye care specialist with Beijing TongrenHospital.It is very important for parents and children to know about the risk and care for