单级倒立摆毕业论文.doc

本文档是一篇关于单级倒立摆系统的毕业论文，主要研究如何通过微控制器和相关硬件组件实现倒立摆的稳定控制。倒立摆是一种动态平衡系统，其稳定控制具有较高的挑战性，广泛应用于机器人技术、控制理论的教学和研究。 论文首先介绍了系统的核心硬件平台——ATmega16 单片机，这是一种基于AVR微处理器的微控制器，具有丰富的I/O端口和内置存储器，适用于实时控制应用。系统中，倒立摆的摆杆上安装了角度传感器GY-61，用于实时监测摆杆的角度变化。该传感器数据经过处理后，为控制算法提供必要的信息。 论文提到了摆杆倒立摆动过程中的受力分析，这是理解倒立摆动态行为的关键。通过实验数据，可以调整摆杆的角度，以提高整个装置的稳定性。这里涉及的控制策略是PID（比例-积分-微分）控制，这是一种经典的反馈控制算法，能够有效补偿系统误差，实现对电机转速和方向的精确控制。PWM（脉宽调制）技术被用来动态地调节电机的转速，通过改变PWM波形的占空比来控制电机的扭矩。 在方案论证部分，论文探讨了使用8位单片机AT89C51的可行性，虽然它的运算速度相对较慢，但因其低功耗、小体积、成熟技术和低成本，仍被广泛采用。AT89C51与AD转换芯片PCF8591配合，能够采集角度传感器的信号，并通过PID算法调整定时器生成变化的PWM波，进而控制电机的转速和角度。 总体方案部分，论文给出了一个框图（图2-1），显示了从角度传感器到电机控制的整体架构。电机作为执行机构，其选择是系统性能的关键。论文可能详细讨论了电机的类型、规格以及考虑的性能指标，如扭矩、速度响应和效率。 电路设计部分可能涵盖了电源电路、信号调理电路、电机驱动电路和保护电路等，这些都是确保系统可靠运行的重要组成部分。 这篇论文深入研究了单级倒立摆的控制策略，通过实际硬件实现，验证了PID控制和PWM技术在倒立摆稳定控制中的有效性，为相关领域的研究提供了参考。