簡(jiǎn)易旋轉(zhuǎn)倒立擺及控制裝置論文

1、此處貼密封紙，然后掀起并折向報(bào)告背面，最后用膠水在后面粘牢。2013年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽簡(jiǎn)易旋轉(zhuǎn)倒立擺及控制裝置（c題）2013年9月7日摘 要 簡(jiǎn)易旋轉(zhuǎn)倒立擺系統(tǒng)是非線性、強(qiáng)耦合、多變量和自然不穩(wěn)定的系統(tǒng)。此系統(tǒng)包括機(jī)械部分和控制部分。機(jī)械部分包括固定臺(tái)、旋轉(zhuǎn)臂、擺桿、轉(zhuǎn)軸等?？刂撇糠职ㄖ骺匦酒?、精密變阻器、電機(jī)等。主控芯片選用msp430單片機(jī)，其輸出pwm（脈沖調(diào)寬）和dir（方向）信號(hào)到電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，使旋轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)擺桿運(yùn)動(dòng)，精密變阻器wdd35d-4測(cè)量旋臂和擺桿的偏轉(zhuǎn)角度的信號(hào)變化，送給主控芯片，經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換后，根據(jù)一定的狀態(tài)反饋控制算法計(jì)算出控制律，單片機(jī)根據(jù)擬定的控

2、制律計(jì)算出必要的數(shù)字控制信號(hào)，經(jīng)過d/a轉(zhuǎn)換,調(diào)節(jié)pwm和dir的輸出，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)臂運(yùn)動(dòng)，使擺桿轉(zhuǎn)動(dòng)。經(jīng)測(cè)試，整體功能齊全，靈敏度、抗干擾性、準(zhǔn)確度等各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 關(guān)鍵字：旋轉(zhuǎn)倒立擺系統(tǒng)、msp430單片機(jī)、精密變阻器wdd35d-4目 錄1系統(tǒng)方案11.1 處理器的論證與選擇11.2 傳感器的論證與選擇11.3 電機(jī)的論證與選擇11.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)的論證與選擇22系統(tǒng)理論分析與計(jì)算32.1電機(jī)選型的分析32.1.1 直流電機(jī)模型32.1.2 pwm電機(jī)調(diào)速原理32.1.3 直流電機(jī)的選定42.2 擺桿狀態(tài)檢測(cè)的計(jì)算52.2.1 擺桿擺起的算法52.2.2 擺桿保持平衡

3、的算法62.2.3 抗干擾62.3 pid控制算法的計(jì)算62.3.1 pid控制原理如圖62.3.1 比例環(huán)節(jié)62.3.2 積分環(huán)節(jié)62.3.3 微分環(huán)節(jié)73電路與程序設(shè)計(jì)83.1電路的設(shè)計(jì)83.1.1旋轉(zhuǎn)倒立擺系統(tǒng)總體框圖83.1.2 硬件電路子系統(tǒng)框圖與電路原理圖83.1.3 光電傳感器子系統(tǒng)框圖與電路原理圖93.1.4電源103.2程序的設(shè)計(jì)113.2.1程序功能描述與設(shè)計(jì)思路113.2.2程序流程圖124測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果164.1測(cè)試方案164.2 測(cè)試條件與儀器174.3 測(cè)試結(jié)果及分析184.3.1測(cè)試結(jié)果(數(shù)據(jù))184.3.2測(cè)試分析與結(jié)論18參考文獻(xiàn)19附錄1：電路原理圖20

4、附錄2：源程序21簡(jiǎn)易旋轉(zhuǎn)倒立擺及控制裝置（c題）1系統(tǒng)方案本系統(tǒng)主要由處理器模塊、傳感器模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電源模塊組成，下面分別論證這幾個(gè)模塊的選擇。1.1 處理器的論證與選擇方案一：arm處理器。采用arm 處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，arm處理器處理數(shù)據(jù)比較高，、而且端口比較多，可以處理多個(gè)任務(wù)。但是價(jià)格高，入門比較困難，熟練掌握比較困難，學(xué)習(xí)周期比較長(zhǎng)，而且在旋轉(zhuǎn)倒立擺工作過程中，處理的數(shù)據(jù)量不是很大，過多的io口反而不利于控制。方案二：采用at89s52單片機(jī)作為系統(tǒng)控制中心。51系列單片機(jī)是單片機(jī)中的經(jīng)典,是8位單片機(jī),具有32個(gè)i/o接口,雖然價(jià)格低廉、性能穩(wěn)定、使用方便、外圍電路成熟

5、,但是內(nèi)部資源相對(duì)較少,運(yùn)行速度慢,功能較為單一，rom空間不足。方案三：采用msp430系列單片機(jī)作為系統(tǒng)控制中心。msp430系列單片機(jī)是一個(gè)16位,具有精簡(jiǎn)指令集,低功耗的混合型單片機(jī),功能相比51系列單片機(jī)要強(qiáng)大,運(yùn)行速度要快,但內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,它只能用在3.3v環(huán)境下,與一些5v器件相連需要考慮電平是否兼容的問題。 綜合以上分析，msp430功耗小、運(yùn)行速度快、內(nèi)存大，更適合設(shè)計(jì)要求，所以選擇方案三。1.2 傳感器的論證與選擇方案一：精密變阻器。旋轉(zhuǎn)臂和擺桿通過精密變阻器相連，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)臂運(yùn)動(dòng)，變阻器轉(zhuǎn)軸改變，從而改變電壓，送到主控芯片，通過相應(yīng)運(yùn)算轉(zhuǎn)換，來控制擺桿擺動(dòng)的角

6、度。精密變阻器數(shù)據(jù)比較穩(wěn)，易于控制，靈敏度也較高。方案二：角度傳感器。它的身體中有一個(gè)孔，可以安裝一個(gè)軸，軸沒轉(zhuǎn)動(dòng)一次，角度傳感器就會(huì)計(jì)數(shù)一次，往一個(gè)方向轉(zhuǎn)時(shí)，計(jì)數(shù)增加，往相反方向轉(zhuǎn)時(shí)，計(jì)數(shù)減少。角度傳感器的精度不夠高。綜合以上分析，由于角度傳感器不如精密傳感器靈敏度高，且精密傳感器阻值可選、線性度可選，精度較高，所以選擇方案一。1.3 電機(jī)的論證與選擇方案一：采用步進(jìn)電機(jī)，它是通過輸入脈沖信號(hào)來進(jìn)行控制的、電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定、電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定，雖然其轉(zhuǎn)動(dòng)角度容易控制，但在轉(zhuǎn)軸連接外部重物較重時(shí)步進(jìn)電機(jī)容易失步現(xiàn)象，且工作時(shí)震動(dòng)較大，不利于平衡。方案二：采用普通小型直

7、流電機(jī)。普通直流電機(jī)，調(diào)速范圍廣，且易于平滑調(diào)節(jié)，起動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大易于控制，可靠性高，轉(zhuǎn)動(dòng)靈敏且轉(zhuǎn)速易于控制，調(diào)速時(shí)的能量損耗較小。綜合以上分析，直流電機(jī)力矩大，易于調(diào)節(jié)，更適合于旋轉(zhuǎn)倒立擺，所以選用方案二。1.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)的論證與選擇方案一：采用大功率晶體管組合電路構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路，這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低、易實(shí)現(xiàn)，但由于在驅(qū)動(dòng)電路中采用了大量的晶體管相互連接，使得電路復(fù)雜、抗干擾能力差、可靠性下降。電路如下圖所示： 圖1-1 大功率晶體管組合電路構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路圖方案二：采用互補(bǔ)硅功率達(dá)林頓管tip142實(shí)現(xiàn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)采用該方法電路連接比較簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，成本低廉，但不足之處是由于使用分立元件，安

8、裝和調(diào)試相對(duì)麻煩。方案三：采用專用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片l298n，由于它內(nèi)部已經(jīng)考慮到了電路的抗干擾能力，安全、可靠性，所以我們?cè)趹?yīng)用時(shí)只需考慮到芯片的硬件連接、驅(qū)動(dòng)能力等問題就可以了，所以此種方案的電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性好。電路如下圖所示： 圖1-2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片l298n電路綜合以上分析，電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片l298n電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性好，所以選擇方案三。2系統(tǒng)理論分析與計(jì)算2.1電機(jī)選型的分析 2.1.1 直流電機(jī)模型 圖2-1 直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型如圖2-1所示為直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，由此可見，電機(jī)的電刷電動(dòng)勢(shì)ea正方向與電刷電流ia的方向相反，ea為反電動(dòng)勢(shì)；電磁轉(zhuǎn)矩t的正

9、方向與轉(zhuǎn)速n的方向相同，為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩；軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩t2與空載轉(zhuǎn)矩t0均與轉(zhuǎn)速n相反，是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。根據(jù)基爾霍夫第二定律，得到電樞電壓電動(dòng)勢(shì)平衡方程式： （2-1）直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為： （2-2）由上述兩式得： （2-3）由上式可以看出，已經(jīng)制造好的一個(gè)電機(jī)，當(dāng)勵(lì)磁電壓和負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，它的轉(zhuǎn)速由加在轉(zhuǎn)速兩端的電壓決定，電樞電壓越高，電機(jī)轉(zhuǎn)速就越快，電樞電壓降低到零時(shí)，電機(jī)就停止轉(zhuǎn)動(dòng)；改變電樞電壓的極性，電機(jī)就反轉(zhuǎn)。 2.1.2 pwm電機(jī)調(diào)速原理 圖2-2 pwm脈動(dòng)電壓對(duì)直流電機(jī)來說，如果加在電樞兩端的電壓為如圖4所示的脈動(dòng)電流壓，可以看出在t不變的情況下，改變t1、t2的寬度，得到的電壓將

10、會(huì)發(fā)生變化。設(shè)電機(jī)加全電壓u時(shí)，其轉(zhuǎn)速最大為。若施加到電樞兩端的脈動(dòng)電壓占空比為 （2-4）則電樞的平均電壓為：； （2-5）由上式得到： （2-6） （2-7） （2-8） 圖2-3為占空比與轉(zhuǎn)速的關(guān)系圖：圖2-3 占空比與轉(zhuǎn)速的關(guān)系圖 由圖2-3看出，占空比與轉(zhuǎn)速并不是完全的線性關(guān)系（圖中實(shí)線），原因是電樞本身有電阻，不過，一般直流電機(jī)的內(nèi)阻較小，可近似為線性關(guān)系。由此可見，改變施加在電樞兩端電壓就可以改變轉(zhuǎn)速，這就是直流電機(jī)pwm調(diào)速原理。2.1.3 直流電機(jī)的選定 正確選用直流電機(jī)，首先考慮直流電機(jī)的電壓、轉(zhuǎn)速、功率，進(jìn)行直流電機(jī)的初步選型。 根據(jù)輸出軸功率，最終選定電機(jī)型號(hào)zga25

11、rp200.。電機(jī)供電電壓12v,額定轉(zhuǎn)速rpm=2002.2 擺桿狀態(tài)檢測(cè)的計(jì)算 2.2.1 擺桿擺起的算法圖2-4倒立擺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)該圖為簡(jiǎn)化后的力學(xué)模型，由一個(gè)水平旋轉(zhuǎn)臂和擺桿組成，在擺起前，擺桿處于下垂靜止?fàn)顟B(tài)，正常工作狀態(tài)時(shí)，擺桿平衡點(diǎn)為=0，擺桿的保持在一定范圍內(nèi)。設(shè)j0表示水平桿對(duì)z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，l0為水平桿的桿長(zhǎng)；m1和l1分別表示擺桿的質(zhì)量和擺桿質(zhì)心到轉(zhuǎn)軸o1的距離，t為加到水平桿上的控制力矩。設(shè)c0、c1分別為水平桿和擺桿的摩擦力矩系數(shù)；、分別為旋轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)角和角速度，、分別為擺桿的角和角速度。（1）旋轉(zhuǎn)臂的動(dòng)能、勢(shì)能和耗散能分別為： （2-9）v0=0 （2-10）； （2-

12、11）（2）擺桿的動(dòng)能、勢(shì)能和耗散能分別為： （2-12） （2-13） （2-14）（3）系統(tǒng)總的勢(shì)能、動(dòng)能和耗散能 （2-15） （2-16） （2-17） 根據(jù)以上公式可得出，施加的外力越大，擺桿擺起的角度就會(huì)越大，但如果施加的力過大就易導(dǎo)致系統(tǒng)紊亂，太小就不易擺起，然后逐漸加大力，最終使擺桿擺起。2.2.2 擺桿保持平衡的算法設(shè)擺桿在處的速度為，在平衡處的速度為，f為施加的外力，l為擺桿距離旋轉(zhuǎn)臂的垂直距離，分別為擺桿的角和角速度。動(dòng)能定理： （2-18）動(dòng)量定理： （2-19）由精密變位器測(cè)量的擺桿和旋轉(zhuǎn)臂的角度變化信號(hào)，輸入到主控芯片，來調(diào)節(jié)pwm的高低電平和程序中的延時(shí)函數(shù)，來改

13、變外力f和時(shí)間t，以此來調(diào)節(jié)擺桿的角度和角速度使擺桿保持在平衡狀態(tài)，在進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)死角，采用一個(gè)濾波電路將多余的雜波濾除掉，避免死角的出現(xiàn)。2.2.3 抗干擾擺起電壓和控制切換點(diǎn)的選擇對(duì)擺起控制的成敗起到了關(guān)鍵性的作用。同時(shí)，倒立控制的抗干擾能力對(duì)于能否實(shí)現(xiàn)“擺起一倒立”控制也有重要影響，因?yàn)榍袚Q過程中總是存在不夠平穩(wěn)的現(xiàn)象，這需要倒立控制算法能夠克服切換產(chǎn)生的擾動(dòng)。2.3 pid控制算法的計(jì)算 2.3.1 pid控制原理如圖圖2-5 pid控制原理圖2.3.1 比例環(huán)節(jié)成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減小偏差。2.3.2 積分環(huán)節(jié)

14、主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的誤差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)，時(shí)間常數(shù)越大，積分作用越弱，反之，越強(qiáng)。2.3.3 微分環(huán)節(jié)反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)，并能在偏差信號(hào)變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。3電路與程序設(shè)計(jì)3.1電路的設(shè)計(jì)3.1.1旋轉(zhuǎn)倒立擺系統(tǒng)總體框圖旋轉(zhuǎn)倒立擺系統(tǒng)主要包括mcu處理器模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電源模塊、紅外傳感器模塊、精密變阻器、直流電機(jī)組成，系統(tǒng)總體框圖如圖3-1所示，圖3-1 旋轉(zhuǎn)倒立擺系統(tǒng)總體框圖3.1.2 硬件電路子系統(tǒng)框圖與電路原理圖1、 msp430f5529子系統(tǒng)框圖 msp430f5529子系統(tǒng)主要

15、由時(shí)鐘系統(tǒng)模塊、12位adc轉(zhuǎn)換模塊、i/o引腳模塊、四通道定時(shí)器模塊組成。 圖3-2 msp430f5529子系統(tǒng)框圖2、 msp430f5529子系統(tǒng)電路圖 圖3-3 電源模塊子系統(tǒng)電路3.1.3 光電傳感器子系統(tǒng)框圖與電路原理圖1、 用了兩個(gè)光電傳感器，一個(gè)主要用來檢測(cè)在受外力作用時(shí)，擺桿是否到達(dá)165位置；另一個(gè)用來檢測(cè)旋轉(zhuǎn)倒立擺-165位置，以免倒立擺進(jìn)入死角。圖3-4 光電傳感器子系統(tǒng)框圖2、 光電傳感器子系統(tǒng)電路 圖3-5 光電傳感器子系統(tǒng)電路圖3.1.4電源電源由變壓部分、濾波部分、穩(wěn)壓部分組成。為整個(gè)系統(tǒng)提供5v或者12v3.3v電壓，確保電路的正常穩(wěn)定工作。（1） 電源模塊

16、的子系統(tǒng)框圖：圖3-6 電源模塊的子系統(tǒng)框圖（2） 電源模塊的子系統(tǒng)電路圖： 圖3-7 電源模塊的子系統(tǒng)電路3.1.5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖采用專用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片l298n，由于它內(nèi)部已經(jīng)考慮到了電路的抗干擾能力，安全、可靠性，所以我們?cè)趹?yīng)用時(shí)只需考慮到芯片的硬件連接、驅(qū)動(dòng)能力等問題就可以了，所以此種方案的電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性好。 圖3-8 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖3.2程序的設(shè)計(jì)3.2.1程序功能描述與設(shè)計(jì)思路1、程序功能描述 根據(jù)題目要求軟件部分主要實(shí)現(xiàn)擺桿的擺動(dòng)、擺桿做圓周運(yùn)動(dòng)、擺桿在外力撤 銷后保持倒立平衡狀態(tài)。 （1）擺桿的擺動(dòng)。當(dāng)按鍵1按下時(shí)，擺桿就會(huì)在電機(jī)的帶動(dòng)下做往復(fù)擺動(dòng)

17、，并盡快使擺角達(dá)到或超過-60。+60。， （2）擺桿做圓周運(yùn)動(dòng)。當(dāng)按鍵2按下時(shí)，調(diào)節(jié)pwm，盡量增大擺桿的擺動(dòng)幅度，直至完成圓周運(yùn)動(dòng)。 （3）擺桿在外力撤銷后保持倒立平衡狀態(tài)。當(dāng)按鍵三按下時(shí)，外力拉起擺桿至接近165位置，外力撤銷同時(shí)，啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)臂使擺桿保持倒立狀態(tài)，時(shí)間不少于5s。2、 程序設(shè)計(jì)思路 根據(jù)旋轉(zhuǎn)倒立擺系統(tǒng)的要求，將程序分為幾個(gè)部分，第一部分是程序的初始化模塊，第二部分為msp430f5529主控芯片來驅(qū)動(dòng)電機(jī)的pwm輸出模塊，第三部分是根據(jù)精密傳感器采集的旋轉(zhuǎn)臂和擺桿的角度變化信號(hào)，進(jìn)行pid算法的程序模塊，第四部分為判斷按鍵是否按下的鍵盤檢測(cè)模塊。3.2.2程序流程圖1、 主

18、程序流程圖 此程序主要實(shí)現(xiàn)的功能是：按鍵1按下時(shí)，擺桿開始左右擺起，并達(dá)到要求；按鍵2按下時(shí)，擺桿做圓周運(yùn)動(dòng)；按鍵3按下時(shí)，若角度達(dá)到165，則擺桿保持倒立平衡，并維持一段時(shí)間。 開始 關(guān)閉看門狗 初始化 打開中斷 否 按鍵檢測(cè)按鍵1 按鍵2按鍵3 否按鍵1按下？按鍵3按下？按鍵2按下？ 否是擺桿在165 是 是 否 擺桿做圓周運(yùn)動(dòng) 擺桿擺動(dòng) 是 擺桿保持倒立 2、 倒立擺擺桿擺動(dòng)子程序流程圖 此程序主要實(shí)現(xiàn)的功能是：先進(jìn)行函數(shù)的初始化，打開中斷，檢測(cè)是否有按鍵按下，如果按鍵1按下，則驅(qū)動(dòng)電機(jī)使擺桿擺動(dòng)，如果按鍵沒有按下，則繼續(xù)等待，一直到按鍵按下。 開始 初始化 關(guān)閉看門狗 打開中斷 按鍵檢

19、測(cè)按鍵1按下？ 否 是 擺桿擺動(dòng) 3、擺桿做圓周運(yùn)動(dòng)子程序流程圖此程序主要實(shí)現(xiàn)的功能是：先進(jìn)行函數(shù)的初始化，打開中斷，檢測(cè)是否有按鍵按下，如果按鍵2按下，按下，則判斷擺桿是否做圓周運(yùn)動(dòng)，如果沒有做圓周運(yùn)動(dòng)，則用電機(jī)調(diào)節(jié)使其達(dá)到要求。 開始 初始化 關(guān)閉看門狗 打開中斷 按鍵檢測(cè) 是 否 按鍵2按下？ 是 調(diào)節(jié)電機(jī)擺桿做 圓周運(yùn)動(dòng)？ 否 是電機(jī)停止 4、 保持倒立平衡子程序流程圖 此程序主要實(shí)現(xiàn)的功能是：先進(jìn)行函數(shù)的初始化，打開中斷，檢測(cè)是否有按鍵按下，如果按鍵3按下，按下，則判斷擺桿是否在外力作用下達(dá)到165，如果沒有達(dá)到165，則用電機(jī)調(diào)節(jié)使其達(dá)到要求，如果達(dá)到了，則使其保持倒立平衡，并維持

20、一段時(shí)間。 開始 初始化 關(guān)閉看門狗 打開中斷 按鍵檢測(cè)檢測(cè)ad在165 否 是 調(diào)節(jié)電機(jī) 否擺桿倒立平衡？ 是電機(jī)停止 停擺 4測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果4.1測(cè)試方案 1、硬件測(cè)試硬件測(cè)試主要包括：msp430f5529最小系統(tǒng)板的測(cè)試、電機(jī)驅(qū)動(dòng)的測(cè)試、電源匹配值的試驗(yàn)。2、 軟件仿真測(cè)試 （1）倒立擺系統(tǒng)simulink仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖4-1 倒立擺系統(tǒng)simulink仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 （2）在i、d保持為零的情況下，改變p使系統(tǒng)穩(wěn)定下來。圖4-2 p值得仿真結(jié)果圖 可見系統(tǒng)穩(wěn)定，但響應(yīng)振蕩強(qiáng)。 （3）取kp=200,t調(diào)節(jié)ki=100，kd=0圖4-3 可見系統(tǒng)響應(yīng)震蕩減弱。 （4）取kp=20

21、0,t調(diào)節(jié)ki=100，kd=20圖4-4 可見系統(tǒng)響應(yīng)無振蕩，超調(diào)很小，滿足要求。3、 硬件軟件聯(lián)調(diào) 示波器主要用來進(jìn)行主頻的顯示讀取，采樣頻率的采集； 串口調(diào)試軟件利用上位機(jī)將精密變阻器采集到得數(shù)據(jù)顯示出來。4.2 測(cè)試條件與儀器測(cè)試條件：檢查多次，仿真電路和硬件電路必須與系統(tǒng)原理圖完全相同，并且檢查無誤，硬件電路保證無虛焊。測(cè)試儀器：高精度的數(shù)字毫伏表，模擬示波器，數(shù)字示波器，數(shù)字萬(wàn)用表，指針式萬(wàn)用表。4.3 測(cè)試結(jié)果及分析4.3.1測(cè)試結(jié)果(數(shù)據(jù)) 表4-1 設(shè)定擺起模式測(cè)量表 測(cè)量次數(shù)第一次第二次第三次第四次第五次第六次第七次第八次設(shè)定角度（度）6012045135901501551

22、65停擺時(shí)間（秒）8.18.57.37.48.38.78.88.9 表4-2 倒立模式運(yùn)行測(cè)試表測(cè)量次數(shù)第一次第二次第三次第四次第五次第六次第七次第八次動(dòng)態(tài)倒立時(shí)間（秒）43325656 表4-3 設(shè)定擺起模式測(cè)試表測(cè)量次數(shù)第一次第二次第三次第四次第五次第六次第七次第八次過水平時(shí)間（度）4.44.65.06.090150155165動(dòng)態(tài)倒立時(shí)間（秒）8.67.78.39.58.38.78.88.94.3.2測(cè)試分析與結(jié)論根據(jù)上述測(cè)試數(shù)據(jù)，由此可以得出以下結(jié)論： 1、當(dāng)按鍵1按下時(shí)，擺桿就會(huì)在電機(jī)的帶動(dòng)下做往復(fù)擺動(dòng)，并盡快使擺角達(dá)到或超過-60。+60。 2、當(dāng)按鍵2按下時(shí)，調(diào)節(jié)pwm，盡量增大

23、擺桿的擺動(dòng)幅度，直至完成圓周運(yùn)動(dòng)。 3、當(dāng)按鍵三按下時(shí)，外力拉起擺桿至接近165位置，外力撤銷同時(shí)，啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)臂使擺桿保持倒立狀態(tài)，時(shí)間不少于5s。綜上所述，本設(shè)計(jì)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。參考文獻(xiàn)1秦龍.msp430單片機(jī)常用模塊與綜合系統(tǒng)實(shí)例精講北京：電子工業(yè)出版社,2007年. 2沈建華，楊艷琴.msp430系列16位超低功耗單片機(jī)原理與.實(shí)踐.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008年.3康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分).北京：高等教育出版社，2009.4康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分).北京：高等教育出版社，2009.5張肅文.高頻電子線路.北京：高等教育出版社，2009.6劉杰.四軸飛行器研究與設(shè)

24、計(jì).北京：高等教育出版社，2009.7劉煥曄.小型四旋翼飛行器飛行控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)d. 上海交通大學(xué)，2009.8楊虹,向高林,周明,陳立昱.基于msp430的智能測(cè)試儀的設(shè)計(jì).電子制作,2013,6.9胡壽松.自動(dòng)控制原理（第五版）北京：科學(xué)出版社，200710劉衛(wèi)國(guó).matlab程序設(shè)計(jì)教程.北京：中國(guó)水利出版社,2005. 附錄1：電路原理圖附錄2：源程序1、 系統(tǒng)主函數(shù)#include msp430f5529.h#include ad.h#include math.h#include uart.h#include motor_auto.h#include lcd_12864.h#de

25、fine key_h_1 p7in&bit0#define key_h_2 p7in&bit1#define key_h_3 p7in&bit2/下拉電阻#define key_h_4 p7in&bit3/下拉電阻float adc_val=0;long ad0out1=0;unsigned int num=40000;int num1=45;int num2=600;int flag;/int jiao;float pwmb,pwmf;void key_init() p7dir|=0x00; p7ren|=0xff; p7out=0x00;/下拉電阻 /p1out|=0xffvoid one

26、() unsigned int i; run(forward,num); /控制方式選擇； for(i=0;inum1;i+) printf(%fn,jiaodu); _delay_cycles(1500); stop; for(i=0;inum2;i+) _delay_cycles(2500); num2=num2+9; num1=num1+1; run(back,num); for(i=0;inum1;i+) printf(%fn,jiaodu); _delay_cycles(1500); stop; for(i=0;i=88&jiaodu71&jiaodu=80&jiaodu93&jia

27、odu=100&jiaodu180&jiaodu=1) p7out=0x01; count=0; ad0out1=0; ad0out1=adc/1; jiaodu=(float)ad0out1/11.37777778; adc=0; if(key_h_2) three(); break; / vector 6: adc12ifg0 case 8: break; / vector 8: adc12ifg1 case 10: break; / vector 10: adc12ifg2 case 12:break; case 14: break; / vector 14: adc12ifg4 cas

28、e 16: break; / vector 16: adc12ifg5 case 18: break; / vector 18: adc12ifg6 case 20: break; / vector 20: adc12ifg7 case 22: break; / vector 22: adc12ifg8 case 24: break; / vector 24: adc12ifg9 case 26: break; / vector 26: adc12ifg10 case 28: break; / vector 28: adc12ifg11 case 30: break; / vector 30:

29、 adc12ifg12 case 32: break; / vector 32: adc12ifg13 case 34: break; / vector 34: adc12ifg14 default: break; 2、 ad采集子函數(shù)#include msp430f5529.h#include ad.hvoid init_adc() p6sel|=bit0; /a0 通道adc12ctl0 = adc12on+adc12msc+adc12sht0_0; /打開adadc12ctl1 = adc12shp+adc12conseq_2; /采樣源選擇采樣定時(shí)器adc12ie = adc12ie0

30、; /中斷adc12ctl0 |= adc12enc; /轉(zhuǎn)換使能adc12mctl1 |= adc12inch_0; /通道選擇 /使用單通道adc時(shí)，以下部分放在主函數(shù)中查詢方式讀取adadc12ctl0 |= adc12sc; /開始采樣、轉(zhuǎn)換3、 電機(jī)程序#include msp430f5529.h#include motor_auto.hvoid init_motor(void) stop /* 時(shí)鐘初始化函數(shù)*/void init_clk() p5sel |= bit2+bit3; / port select xt2 ucsctl6 &= xt2off; / enable xt2 ucsctl3 |= selref_2; / fllref = refo ucsctl4 |= sela_2; / aclk=refo,smclk=dco,mclk=dco do ucsctl7 &