电子设计竞赛-旋转倒立摆-整体方案 -

标题: 电子设计竞赛-旋转倒立摆-整体方案 [打印本页]

作者: 51黑dd 时间: 2016-4-9 19:20
标题: 电子设计竞赛-旋转倒立摆-整体方案
电赛结束了一段时间了，趁这段时间，总结、整理一下自己的方案

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先来看看题目要求吧：

看完题目，经过一番思索和百度之后，有了大概的方案，于是乎开始准备材料，设计机械（我负责），同时其他队员开始设计tb6560驱动、电源模块等等，当然如果你本来就打算选择控制类题目，步进、直流电机及其驱动最好在比赛之前就有充分的准备，我们是使用现成模块的同时开始制作tb6560（比赛的时候其实评委不看我们做的电路，只看我们能否完成题目要求）
用到的材料大部分都是以前的雕刻机项目剩下的材料，倒是省了不少时间，时间宝贵，当然怎么简单有效怎么来了，编码器连接件等东西是这几天加工出来的，abs材料
来张机械结构渲染图，比赛的时候并没有把全部结果画出来，画出个大概就开始做了，那些细节都是比赛后加上去的：

具体的solidworks文件、工程图全部打包在附件中

接下来是电路部分，由于这是控制类题，所以电路比较简单，24v开关电源供电，2596-5v供系统工作，一块arduino nano，一块tb6560，一个ADC键盘用于现场演示，两个mini绝对型编码器1024线
ADC键盘，一个ADC口检测10个按键，我估计检测16个没问题：

tb6560：

2596稳压：

2014.10.26更新：
系统函数图如下：

在接下来就是程序了
总共写了14个版本程序，最后用的就是PID_1_3、PID_1_4，所以这里就给出这两个版本的注释吧：
///////////PID_1_3/////////
PID_1_3.ino :主程序，开机自动检测0°并计算出180°，之后进入循环功能演示。平衡采用PID控制，第一个PID，以摆杆角度作为作为输入，步进电机速度作为输出。第二个PID，以步进速度作为输入，平衡点作为输出（180°±8°）
当摆杆在-110°~-180°或110°~180°范围内时，进行平衡控制，否则关闭步进输出

编码器读数、PID控制放在Timer2中断中，以保证控制周期精准，控制周期5ms
串口命令读取、状态发送放在主函数循环中

起摆思路1：反复震荡摆杆使其摆角越来越大；步进电机往一个方向运动一点距离，停止，等待摆杆达到最高点，再反向运动，停止，等待摆杆达到反向最高点，如此反复，摆杆进入平衡范围后进行平衡控制（起摆时间太长，不采用）

起摆思路2：步进电机突然给一个方向速度，再急刹车，摆杆由于惯性继续圆周运动，当进入平衡范围时，进行平衡控制（时间基本1s以内)

起摆思路3：步进电机突然给一个方向速度，再急刹车，等待摆杆达到最高点，步进电机再反向快速运动，以提高摆杆动能（杆子太重可用此方法)

Stepp.ino :步进电机驱动，使用了Timer1，setStepperSpeed(long myspeed)用于更新速度，StepperEvent()根据速度值驱动步进，如果有加减速效果会更好

Command.ino :接收命令，更新参数，P100代表参数P=100,etc

Encoder.ino :绝对型编码器读数

Filter.ino :FIR低通滤波、中值滤波

function1~6.ino ：分别实现基本要求1~3，提高要求1~3

///////////PID_1_4/////////
PID_1_4.ino : loop中命令值略有更改

Command.ino : 将读取串口数据改为读取ADC键盘值，ADC键盘优点：仅一个AD口可实现10个按键，缺点：读数略复杂，只能单点按键，适合atmega328管脚少的芯片

其他函数同PID_1_3

程序比较长，这里就贴出PID_1_3的主函数吧，完整代码附在附件中：
文件夹说明

AccelStepper、AccelStepperConstSpeedTest 为AccelStepper步进电机驱动库

Encode_SwingUp、MiniEncoderTest 编码器测试

KeyTest ADC键盘测试

MotorPID、MotoTest 直流减速电机方案测试

pendulum_program_PID Jiyue He(何吉越)的倒立摆方案

PID 我的倒立摆控制程序

PWMTest pwm频率测试

TimerOneStepper TimerOne库测试

pid说明：
PID_0_3 ~PID_1_2为测试版本，其中有的版本使用直流减速电机，有的版本使用步进电
机
PID_1_3：最终版本，使用串口作为调试手段
PID_1_4：最终版本，将串口调试改为键盘调试

硬件：
AVR atmega328，arduino nano
步进电机+TB6050
绝对型编码器x2（检测摆杆角度、步进）
12864液晶屏（最终没用上）
ADC键盘
24V电源

///////////PID_1_3/////////
PID_1_3.ino :主程序，开机自动检测0°并计算出180°，之后进入循环功能演示。平衡采用PID控制，第一个PID，以摆杆角度作为作为输入，步进电机速度作为输出。第二个PID，以步进速度作为输入，平衡点作为输出（180°±8°）
当摆杆在-110°~-180°或110°~180°范围内时，进行平衡控制，否则关闭步进输出

编码器读数、PID控制放在Timer2中断中，以保证控制周期精准，控制周期5ms
串口命令读取、状态发送放在主函数循环中

起摆思路1：步进电机往一个方向运动一点距离，停止，等待摆杆达到最高点，再反向运动，停止，等待摆杆达到反向最高点，如此反复，摆杆进入平衡范围后进行平衡控制（起摆时间太长，不采用）
起摆思路2：步进电机突然给一个方向速度，再急刹车，摆杆由于惯性继续圆周运动，当进入平衡范围时，进行平衡控制（时间基本1s以内)
起摆思路3：步进电机突然给一个方向速度，再急刹车，等待摆杆达到最高点，步进电机再反向快速运动，以提高摆杆动能（杆子太重可用此方法)

Stepp.ino :步进电机驱动，使用了Timer1，setStepperSpeed(long myspeed)用于更新速度，StepperEvent()根据速度值驱动步进，如果有加减速效果会更好

Command.ino :接收命令，更新参数，P100代表参数P=100,etc

Encoder.ino :绝对型编码器读数

Filter.ino :FIR低通滤波、中值滤波

function1~6.ino ：分别实现基本要求1~3，提高要求1~3

///////////PID_1_4/////////
PID_1_4.ino : loop中命令值略有更改

Command.ino : 将读取串口数据改为读取ADC键盘值，ADC键盘优点：仅一个AD口可实现10个按键，缺点：读数略复杂，只能单点按键，适合atmega328管脚少的芯片

其他函数同PID_1_3

视频、图片在这里：

http://player.youku.com/player.php/sid/XNjA2MzY3NTQw/v.swf

TB6560.rar

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倒立摆.part1.rar

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倒立摆.part2.rar

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倒立摆.part3.rar

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倒立摆.part4.rar

7.4 MB, 下载次数: 169, 下载积分: 黑币 -5

作者: @小明 时间: 2016-10-20 23:39
好帖啊！怎么无人问津呢

作者: cqzk 时间: 2016-11-28 09:29
好帖子！

作者: 小灰灰的哥哥 时间: 2017-6-9 22:49
好帖！

作者: 电子痴 时间: 2017-6-12 11:22
好帖啊

作者: 346500452 时间: 2017-6-14 14:43
我靠，做的太好了，佩服佩服

作者: lengrang911 时间: 2017-6-20 22:48
过程很详细，学习了。

作者: halo2489 时间: 2017-7-25 10:11
我在做先关心下，看看大神怎么做

作者: 580010 时间: 2017-7-26 13:35
过程很详细学习了

作者: 569837106 时间: 2017-7-26 15:30
过程很详细学习了666666

作者: xintaio 时间: 2017-7-26 19:24
真的想学习下

作者: vadzbchva 时间: 2017-7-28 17:19
好贴，怎么程序没拿点出来参考参考呀？

作者: a317682387 时间: 2017-7-29 21:15
楼主好人~！

作者: oldstone 时间: 2017-8-25 11:19
很厉害呀，佩服佩服！我们这边的题不是这个，我做的室内LED光源定位，结果程序没时间调试了，只有个三等奖。。。。。

作者: 偶游QHD 时间: 2017-9-1 16:53
高手,佩服!

作者: 389056325 时间: 2017-11-10 15:50
好贴好贴

作者: david888 时间: 2017-11-11 10:22
这个设计做的很实在，思想是用手顶产生倒立来设计的，很好。

作者: david888 时间: 2017-11-11 10:23
是怎么来判定E摆杆刚好在倒立位置上，谢谢

作者: Leon丶 时间: 2017-11-21 15:49
最近正在学习倒立摆，不错的学习贴，屑屑楼主的分享

作者: lujunda2 时间: 2017-11-22 13:52
这个就腻害了，应用在机器人作业上肯定牛逼

作者: ashbali 时间: 2017-12-1 14:42
真的很给力的资料

作者: 卡尔曼滤波 时间: 2018-1-1 21:24
佩服!

作者: juou88 时间: 2018-1-17 12:35
太厉害了

作者: 我只是个弟弟啊 时间: 2018-3-20 20:27
为什么显示压缩文件已损坏？？

作者: admin 时间: 2018-3-20 21:59

我只是个弟弟啊发表于 2018-3-20 20:27
为什么显示压缩文件已损坏？？

分卷压缩包，要全部下载后放在一起解压

作者: 六六六jp 时间: 2018-4-10 18:04
我见过参加比赛的作品，精致程度跟这个简直没法比，这个这个作品真的是太精致了！

作者: paytonshi 时间: 2018-4-20 08:56
好帖！！！！！

作者: wwqkd 时间: 2018-5-7 21:56
这个程序为什么编译失败，有人遇到跟我一样的情况吗

作者: lemon233 时间: 2018-5-14 16:14
好厉害啊

作者: onlyy 时间: 2018-6-6 17:33
厉害！！！！

作者: wangxianlong 时间: 2018-7-31 22:54
我想请问一下楼主，你的自动起摆是用的算法还是写死的？

作者: wangxianlong 时间: 2018-7-31 22:54
也就是说摆在自由晃动是还可以自动起摆吗？

作者: wangxianlong 时间: 2018-7-31 22:55
我一直没有想明白如何通过算法自动起摆，我想借鉴一下楼主的方法

作者: owenli520 时间: 2018-9-5 14:26
ADC电路的电阻值是多少，测量的电压值分别是多少?

作者: youxianke 时间: 2018-10-23 20:10
牛贴，顶一个，PID真是好啊！

作者: 520lzz 时间: 2018-12-29 17:36
过程很详细啊，谢谢大神分享

作者: hyl百年孤独 时间: 2019-1-18 22:10
好帖，有个问题想请教一下楼主，两个PID环6个参数要怎么调，是先调以摆杆角度作为作为输入，步进电机速度作为输出的环。还是先调以步进速度作为输入，平衡点作为输出的环

作者: 小小森 时间: 2019-3-10 23:49
谢谢楼主，对我帮助很大好贴！

作者: 未全开 时间: 2019-3-23 22:47
请问机械结构楼主哪里买的

作者: 记忆地带 时间: 2019-7-16 19:31
谢谢啊！很给力，给我们这些后来的人一个参考

作者: Ryze 时间: 2019-7-24 12:22
研究一下，楼主这个做的很精致

作者: 迁就 时间: 2019-7-29 08:39
谢谢分享

作者: 小谭1111 时间: 2019-8-6 19:22
工程都打不开

作者: zhangjinming 时间: 2019-12-4 12:48
先收藏了，谢谢楼主

作者: 胡狼 时间: 2020-5-22 11:55
绝对的好贴！赞赞赞

作者: jjwangxu2008 时间: 2020-7-6 16:01
好帖啊！怎么无人问津呢

欢迎光临 (http://www.51hei.com/bbs/)