基于STM32和增量PID的旋轉(zhuǎn)倒立擺的設(shè)計(jì)

　　倒立擺控制系統(tǒng)是一個(gè)多變量、高階次、強(qiáng)耦合非線性的自然不穩(wěn)定系統(tǒng)，是檢驗(yàn)各種控制理論的 理 想 模 型，一直是控制理論界關(guān)注的焦點(diǎn)［1］。倒立擺控制系統(tǒng)能較好地體現(xiàn)出系統(tǒng)穩(wěn)定性、可控性和抗干擾能力，因此它的控制方法在工業(yè)控制、軍工、航天、機(jī)器人等領(lǐng)域都獲得了廣泛應(yīng)用。如何利用較低成本和較低功耗實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的倒立擺，成為當(dāng)前的一大挑戰(zhàn)。

　　1 倒立擺的研究擺是一種懸掛于定點(diǎn)、在重力作用下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械裝置。擺可以分為兩大類，順擺和倒立擺。順擺的支點(diǎn)在上方，重心在下方，例如鐘擺、吊車、雜技中的頂傘、旋轉(zhuǎn)的芭蕾舞演員等都屬于順擺的情況。倒立擺與順擺相反，支點(diǎn)在下方，重心在上方［2］。倒立擺系統(tǒng)是一種恒不穩(wěn)定的非線性系統(tǒng)，控制比較復(fù)雜，應(yīng)用非常廣泛，例如火箭在空中的姿態(tài)調(diào)整、衛(wèi)星在太空中的飛行姿態(tài)控制、智能平衡小車，以及機(jī)器人等各類復(fù)雜的控制系統(tǒng)，往往都是利用倒立擺的控制方法來實(shí)現(xiàn)［3］。可以說，倒立擺已經(jīng)成為測(cè)試控制理論是否有效的試金石，也是產(chǎn)生新的控制方法的基礎(chǔ)平臺(tái)。倒立擺可以從級(jí)數(shù)、架構(gòu)兩方面進(jìn)行劃分。首先，從支點(diǎn)和擺的數(shù)量來看，可以劃分為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)等倒立擺［4］。其次，從架構(gòu)來看，可以劃分為直線、環(huán)形和平面等類型。環(huán)形倒立擺也稱為旋轉(zhuǎn)型倒立擺，其擺體組件安裝在可以自由運(yùn)動(dòng)的圓周運(yùn)動(dòng)模塊上，控制難度更大。