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摘要:倒立摆系统是机器人技术、控制理论、计算机控制等多个领域、多种技术的有机结合。在控制过程中，它能有效地反映诸如可镇定性、鲁棒性、随动性以及跟踪等许多控制中的关键问题，是检验各种控制理论的理想模型。控制器的设计是倒立摆系统的核心内容。目前典型的控制器设计理论有PID控制、根轨迹以及频率响应法、状态空间法、最优控制理论等。
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本文介绍了以单片机为控制核心，通过编码器得到系统变量，应用PID控制算法，步进电机调速对环形倒立摆进行控制，实现了倒立摆在一定的角度范围内动态倒立以及圆周运动。同时可以通过键盘设定运行模式并且读出系统当前状态，具有较好人机界面。经测试，本系统完成了题目所要求的各项基本指标，并达到了全部的发挥部分要求。21666
毕业论文关键词： 单片机,环形倒立摆,PID
Design and control device of simple rotary inverted pendulum
Abstract :Inverted endulum which includes robot technology,control heory, computer control and so on.During the control process,pendulum can effectively reflect many pivotal problems such as equanimity,robust,follow-up and track.Therefore,it is a perfec model used to testing various control theories.The design of controller is a main work of pendulum system.At present, the methods of controller design include:PID control,root locus and frequency respond,state-space method,optimal control theory and so on.
This paper introduces the AVR mega328P microcontroller core, obtained by the encoder system variables, the application of PID control algorithm, the stepper motor speed on the annular inverted pendulum control, to achieve the inverted pendulum in a certain range of angles and circular motion dynamic inverted . You can also set the operating mode via the keyboard and read the current state of the system and has good man-machine interface. After testing, the system completed all the required questions basic indicators, and reached all play a part requirements.
Keywords: CPU,inverted pendulum,PID
1 绪论 1
1.1 课题的由来 1
1.2 课题的研究现状 1
1.3 课题的意义 1
2 方案 3
2.1 课题难点 3
2.1.1 摆杆及旋臂的设计 3
2.1.2 电路设计 3
2.1.3 程序结构设计 3
2.2 方案的比较 6
2.2.1 主控系统选择 6
2.2.2 角度测量 6
2.2.3 电机选择 7
2.2.4 电机驱动电路的论证与选择 7
2.2.5 松手检测 7
2.2.6 控制算法的论证与选择 8
2.2.7 显示方案选择 8
2.2.8 电路承载体 9
2.2.9 摆臂，摆杆选择材料选择 9
2.2.10 传动方式 9
2.2.11 固定方式 9
2.3 总体方案 9
2.4 机构简图 10
2.5 方框图 11
3 主要结构参数计算 11
3.1 步进电机参数 11
3.2 电动机动态计算 12
3.3 模型建立 14
3.4 性能参数 15
4 系统程序设计 17
4.1 角度测量设计 17
4.2 控制算法 17
4.3 摆杆的直立控制 18
4.4 摆杆的速度控制 19