文档介绍：平衡车材料倒立摆系统是学习与研究现代控制理论最理想的实验装置之一。作为一个被控对象,它具有典型的快速响应、多变量、非线性、开环不稳定的特点,必须施加一定的控制手段才能使之稳定;作为一种实验装置,倒立摆直观、形象、简单、而且其外观形状和机械参数都易于改变,具有挑战性的问题,许多新的控制理论,都通过倒立摆控制实验加以验证,许多抽象的控制概念如系统稳定性、可控性,系统收敛速度和系统抗干扰能力,都可以通过倒立摆直观地表现出来。从工程背景来讲,日常生活中所见到的各种重心在上、支点在下的物体的稳定问题,例如机器行走,过程中的平衡控制、火箭发射中的垂直度控制和卫星的姿态控制等,均涉及到倒置问题。角度传感器角度传感器模块由两个部分组成一个是ADXL320的加速度IC和一个IDG300的陀螺仪。如下图,其中LP2980只是一个电源管理IC,它把输入模块的5V电压稳压在3V,供电给陀螺仪和加速度传感器使用。 ADXL320是两轴的加速度传感器,它的作用是测量重力的方向,重力本身就是一个加速度,加速度单位我们用g来表示,1g为米/秒。我们的模块供电电压为3V,查数据手册得知它的灵敏度为174mV/g,零点位置时的输出电压为,也就是说转动ADXL320让它某个轴受到重是正负一个g时,它的输出电压变化在到。 IDG300是测量角速度的传感器,可以测量两个轴向上的角速度变化的大小,当它的角速度增大时输入电平越高,当反向转动时输出电平变低。角度变化速率可达500o/sec,可测量的带宽限制在140Hz,其灵敏度为2mV/度/秒,静态输出。也就是说,假如它一秒种转动了1度,输出电压则为。但一般的陀螺仪输出都会随温度而漂移,这多少会影响些程序上的计算。之所以要使用陀螺仪,因为加速度传感器不仅是测量了重力,还会测量到车体的振动和受车体加速度的干扰,所以我们的算法是用加速度的积分值与角速度的微分值相加,让它们数据整合生成一个角度值。 PID控制 PID是工业控制上的一种控制算法,其结构简单、各个参数有着明显的物理意义、调整方便等特点,在各种控制领域仍然被广泛的使用,计算机控制是一种采样控制,它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量。因此在计算机PID控制器中。应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史,它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型时,控制理论的其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象,或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,最适合用PID控制技术。PID控制,实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差,利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。比例控制比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。积分控制在积分控制中,控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统,如果在进入稳态后存在稳态误差,则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差,在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分,随着时间的增加,积分项会增大。这样,即便误差很小,积分项也会随着时间的增加而加大,它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小,直到等于零。因此,比例+积分(PI)控制器,可以使系统在进入稳态后无稳态误差。微分控制在微分控制中,控制器的输出与输入误差信号的微分成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件或有滞后(delay)组件,具有抑制误差的作用,其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”,即在误差接近零时,抑制误差的作用就应该是零。这就是说,在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的,比例项的作用仅是放大误差的幅值, 而目前需要增加的是“微分项”,它能预测误差变化的趋势,这样,具有比例+微分的控制器,就能够提前使抑制误差的控制作用等于零,甚至为负值,从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象,比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。总成本:2500,因为要调试,加上无线通信模块硬件,加上浪费,加上学习支出,备件等。比如电钻,和单下机下载器这类不上车的东西。净成本:只算上车元件花的费用,不算手工制造费1700元。制作时间:在3-5月份做的小车,5月份起到今天做的载人平衡车。现在只是做到了平衡,不能转向,只有一个PID CPU先后用过LPC2368,LPC2478和AVR