电子设计大赛论文 板式倒立最优最全
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全国电子设计大赛论文集团标准化办公室：[VV986T-J682P28-JP266L8-68PNN]2015年全国大学生电子大赛设计竞赛风力摆控制系统（B题）【本科组】参赛队号：20150262风力摆控制系统（B题）摘要风力摆系统是非线性、强耦合、多变量和自然不稳定的系统，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。
本设计分五个模块，即风力摆模块、单片机控制模块、显示模块、电源模块、人机交互模块。
风力摆模块由三个直流风机成等边三角形相对而立，成为驱动风力摆的唯一动力。
单片机控制模块以飞思卡尔K60芯片作为控制核心。
显示模块有两个，一个是OLED显示屏，另一个是当完成每项任务时发光二极管会有明显的提示。
电源模块使用LEG-1117-3.3和TPS7350来搭建，给系统提供稳定的供电。
人机交互模块中每项操作可通过拨码开关与按键完成。
本设计性能指标达到设计要求，性能稳定，用户界面友好。
关键词：直流风机；风力摆；K60系统板ABSTRACTThewindpendulumsystemisanonlinear,strongcoupling,multi-variableandunstablesystem.Itisacombinationofmanyfields,suchasrobotics ,controltheory,computercontrol,andmanyothertechnologies.Thedesignisdi videdintofivemodules，thewindpendulummodule,single-chipmicrocomputercontrolmodule,displaymodule,powermodule,human-computerinteractionsystem.WindpendulummodulebythreeDCfanintoanequilat eraltrianglerelativestanding,becometheonlypowerwinddrivenpendulum;MCU controlmodulebasedonthesinglechipcomputerasthecore,byCarlK60chipasthe controlcore;displaymodulehastwo:AisOLEDdisplay,theotheraiswheneachtas kiscompleteLEG-1117-3.3andTPS7350tobuild,toprovideastablepowersupplysystem.Eachoperationc anbedonebydialingthecodeswitchandthebutton.Performanceindicatorsmeett hedesignrequirements,theworkisreliable,userfriendlyinterface. Keywords:DCfan,Thewindpendulum,K60目录摘要 (I)ABSTRACT (I)目录 (II)1.引言.................................................. (1)2.方案比较与论证......................................................... (1)2.1方案比较................................................................... (1)2.2方案选定................................................................... (2)2.3方案论证................................................................... (2)3.系统硬件设计......................................................... . (2)3.1系统机械制作................................................................... .. (2)3.2核心系统控制模块................................................................... (2)3.3电源模块................................................................... (3)4.系统软件设计......................................................... . (3)4.1程序框图................................................................... (3)4.2系统控制图................................................................... .. (4)5.测试方案与测试结果......................................................... . (4)5.1测试仪器................................................................... (4)5.2测试方法................................................................... . (4)5.3测试结果................................................................... (5)6.测试分析与总结......................................................... . (6)参考文献......................................................... (6)附录1装置机械安装图................................................................... . (7)附录2主要元器件清单................................................................... .. (8)1.引言在控制理论发展的过程中，某一理论的正确性及实际应用中的可行性需要一个按其理论设计的控制器去控制一个典型对象来验证。
2013年全国大学生电子设计大赛论文 本科组 简易旋转倒立摆及控制装置(C题)
2013年全国大学生电子设计竞赛简易旋转倒立摆及控制装置（C题）【本科组】2013年9月6日摘要本系统采用XS128单片机最小系统作为控制中心、与电机驱动模块，减速直流电机、旋转臂、摆杆、反馈装置一起构成摆杆角度和电机角速度的双闭环调速系统。
由于直流电机属于一阶惯性，经分析在控制周期远小于电机时间常数的情况下建立电压与加速度的近似比例关系模型。
选择减速直流电机带动旋转臂旋转，采用增量式旋转编码器测量摆杆的角度，单片机输出占空比可变的PWM波控制电机角加速度，从而控制电机的加速度和给摆杆固定轴心的扭矩，实现控制摆杆的摆动幅度并达到和保持平衡状态。
控制方式采用PID控制，比例环节进行快速响应，积分环节实现无静差，微分环节减小超调，加快动态响应。
从而使该系统具有良好的性能，能很好的实现起振、圆周运动、倒立、360度倒立旋转，同时具有很好的抗扰动性能。
关键词：XS128 直流电机加速度倒立平衡目录1系统方案 (1)1.1 角度传感器模块的论证与选择 (1)1.2电机的论证与选择 (1)1.3 电机驱动模块的论证与选择 (1)2理论分析与计算 (2)2.1 机械结构设计的分析 (2)2.1.1 摆杆 (2)2.1.2 底座 (2)2.2电机物理模型的分析与计算 (2)2.2.1 直流电机的机械特性 (2)2.2.2 直流电机的动态特性分析 (2)2.2.3 直流电机加速度分析与计算 (3)2.3摆杆运动状态的分析及控制思路 (4)2.3.1摆杆起振 (4)2.3.2摆杆做圆周运动 (4)2.3.3摆杆达到倒立平衡状态 (4)2.4 摆杆控制量的分析与计算 (4)2.4.1 摆杆起振状态分析 (4)2.4.2 摆杆进入开始调整倒立平衡的角度范围 (5)3电路与程序设计 (6)3.1电路的设计 (6)3.1.1系统总体框图 (6)3.1.2 系统电路原理图 (6)3.1.3 电机驱动模块的电路设计 (6)3.2程序的设计 (7)3.2.1程序功能描述与设计思路 (7)3.2.2程序流程图 (7)4测试方案与测试结果 (11)4.1测试方案 (11)4.2 测试条件与仪器 (11)4.3 测试结果及分析 (11)4.3.1测试结果(数据) (11)4.3.2测试分析与结论 (12)5总结 (12)附件1：系统电路原理图 (14)附件2：电机控制源程序 (15)简易旋转倒立摆及控制装置（C题）【本科组】1系统方案本系统主要由主控模块、角度传感器模块、机械结构模块、电源模块等几部分组成，下面分别论证这几个模块的选择。
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2015年全国大学生电子设计竞赛简易旋转倒立摆及控制装置（C题）【本科组】2013年9月6日目录1系统方案 (2)1.1电机及驱动方案的论证与选择 (2)1.2传感器采集模块的论证与选择 (2)1.3 控制系统的论证与选择 (2)2系统理论分析与计算 (3)2.1 XXXX的分析 (3)2.1.1 XXX (3)2.1.2 XXX (3)2.1.3 XXX (3)2.2 XXXX的计算 (3)2.2.1 XXX (3)2.2.2 XXX (3)2.2.3 XXX (3)2.3 XXXX的计算 (3)2.3.1 XXX (3)2.3.2 XXX (3)2.3.3 XXX (3)3电路与程序设计 (3)3.1电路的设计 (3)3.1.1系统总体框图 (3)3.1.2 XXXX子系统框图与电路原理图 (4)3.1.3 XXXX子系统框图与电路原理图 (4)3.1.4电源 (4)3.2程序的设计 (4)3.2.1程序功能描述与设计思路 (4)3.2.2程序流程图 (5)4测试方案与测试结果 (5)4.1测试方案 (5)4.2 测试条件与仪器 (5)4.3 测试结果及分析 (6)4.3.1测试结果(数据) (6)4.3.2测试分析与结论 (6)附录1：电路原理图 (7)附录2：源程序 (8)简易旋转倒立摆及控制装置（C题）【本科组】1系统方案本系统主要由电机及驱动模块、传感器采集模块、控制器模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
1.1电机及驱动方案的论证与选择方案一：42BY系列混合式步进电机+LN298驱动方案此方案在最先想到以及调试的方案，用步进电机的有点就是正反转切换迅速，无堵转现象，转矩大，负载能力强。
但是42BY系列混合式步进电机响应一拍最小周期为2ms，此时处于电机为最大转速，执行周期长，也就造成系统控制周期长，但是本系统要求调节周期短（我们最终方案采用的是2ms），能够在极短时间内实现一个调节过程，故此方案不能达到预期的效果。
2013年电子设计大赛旋转倒立摆资料
2013 年全国大学生电子设计竞赛简易旋转倒立摆及控制装置(C 题)[ 本科组2013年9月7日摘要：设计并制作了一个基于P ID 控制的倒立摆系统。
选用低功耗单片机AT89C51 、减速电机、电位器等器件，完成基本功能。
以单片机控制减速电机转速，改变摆杆转角θ，并保证让摆杆在同一平面内做圆周运动，最终使摆杆达到倒立（在规定的-165 °至165°范围内）稳定状态。
关键字： AT89C51 单片机；减速电机；电位器Abstract ：Designed and produced an inverted pendulum system based on PID control. Choose low power single chip microcomputerAT89C51, gear motor, potentiometer, such as device, complete the basic functions. With single-chip microcomputer control deceleration motor speed, change the swinging rod Angle theta, and ensure that the swinging rod is circular motion in the same plane, eventually make the swinging rod upside down (in the rules - 165 to 165 ) s°teady state.Keywords: AT89C51 、 Gear motor 、 potentiometer目录序⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.5 前言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯............. ⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 61系统方案 (7)1.1系统结构 (8)1.2方案的比较和选择 (10)1.2.1电机的论证与选择 (10)1.2.2 电机驱动的论证与选择⋯⋯⋯⋯..... ⋯⋯⋯11 1.2.3速度控制.. (12)2理论分析与计算 (13)2.1电动机选型 (13)2.2摆杆状态检测 (15)2.3驱动与控制算法 (19)3电路与程序设计 (23)3.1 ......................................................... 电路的设计 (23)3.1.1控制部分用51单片机 (23)3.1.2硬件部分 (24)3.1.3 软件部分 (24)3.1.4部分器件原理 (25)3.2 ......................................................... 程序结构与设计.. (26)4设计小结 (30)5参考资料 (32)倒立摆系统是理想的自动控制教学实验设备，使用它能全方位的满足自动控制教学的要求。
倒立摆论文
倒立摆控制器的设计与研究摘要倒立摆系统是非线性、强耦合、多变量和自然不稳定的系统，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。
本文详细介绍了一级倒立摆系统的控制器设计过程，首先概述了倒立摆系统的数学模型，其次，分别采用PID控制算法和状态空间极点配置法对倒立摆系统进行了控制器设计。
在设计控制器的过程中，采用Matlab软件对控制系统进行编程仿真，并用M文件以及Simulink工具箱对所采用的设计方法进行仿真。
仿真结果验证了算法的有效性，同时表明采用状态空间极点配置法所设计的控制器能够同时控制摆杆的角度以及小车的位置，较经典的PID控制算法好。
关键词：倒立摆；PID控制；极点配置；状态空间DESIGN AND RESEARCH OF INVERTED PENDELUMABSTRACTInverted Pendulum is a nonlinear, coupling, variable and natural unsteadiness system, which includes robot technology, control theory, 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 perfect 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.The process of a controller design for the first-level inverted pendulum system is introduced.In this paper, a PID control and a pole assignment with state-space design are proposed.The Matlab software is used to carring out a program and simulation in the process of the controller design. The M-file and simulink tool box are applied, and the result shows that these methods are effective. Form this paper, the controller designed by pole assignment with state-space is able to control the angle of pendulum bar and the location of handcart at the same time. The simulation shows that the method of state-space is better than traditional PID control algorithm.Key words:Inverted pendulum; PID control; Pole assignment; State-space第1章绪论1.1 引言杂技顶杆表演之所以为人们熟悉，不仅是其技术的精湛引人入胜，更重要的是其物理本质与控制系统的稳定性密切相关。
2013河北省电子设计竞赛省一简易旋转倒立摆及控制装置要点
河北省大学生校园“挑战杯”竞赛作品申报表旋转倒立摆及控制装置设计与总结报告目录1 系统方案 (2)1.1主控系统选择 (3)1.2电机选择 (3)1.3电机控制系统选择 (3)1.4角度传感模块选择 (3)2理论分析与计算 (4)2.1系统组成 (4)2.2电机控制系统 (5)2.2摆杆状态检测 (6)2.3 驱动与控制算法 (5)3 测试方案与测试结果 (6)3.1 测试仪器 (6)3.2测试方法 (6)3.3测试数据 (7)4 参考文献 (7)5 附录 (8)附1：部分元器件清单 (8)附2：仪器设备清单 (8)附 3：部分程序清单 (8)摘要：倒立摆是典型的快速、多变量、非线性、强耦合、自然不稳定系统。
一级倒立摆系统由于其本身是自不稳定系统，实验建模存在一定困难，所以采用PID控制算法。
通过角度传感器反馈的不同角度，判断摆杆的位置，采用闭环控制系统控制摆杆的摆动。
本系统采用ATMEGA32 AVR单片机，BTS7960 驱动直流大功率电机。
要想使摆杆更快、更稳的倒立，调节Ki、Kp、Kd参数是关键。
经测试，系统基本完成了全部要求。
关键词: 倒立摆光电传感器单片机电机驱动 PIDAbstractnverted pendulum is a typical model of multi variable, nonlinear,strong coupling, naturally unstable system. Inverted pendulum system because of its own since the unstable system, the experimental model has certain difficulty, so the PID control algorithm. Through the different angle sensor feedback, judgethe pendulum rod position, closed loop control system to controlthe swing of the swing rod by. The system uses ATMEGA32microcontroller AVR, BTS7960 drive DC motor with large power.Inverted pendulum to make faster, more stable, regulation of Ki,Kp, Kd is the key. After the test, system has basically completedall requirements.Keywords:Inverted Pendulum Photoelectric Sensor SCM Motor Driver PID1．系统方案1.1主控系统选择方案一：采用高性能嵌入式系统，比如ARM。
直线一级倒立摆控制方法研究毕业论文
直线一级倒立摆控制方法研究毕业论文目录前言 (1)第1章倒立摆系统 (2)1.1 倒立摆的简介 (2)1.2 倒立摆的分类 (3)1.3 倒立摆的特性 (5)1.4 控制器的设计方法 (6)1.5 倒立摆系统研究的背景及意义 (6)1.6 直线倒立摆控制系统硬件框图 (8)第2章倒立摆的数学模型 (9)2.1 数学模型概述 (9)2.2 拉格朗日建模法 (9)2.3 倒立摆系统参数 (11)2.4 实际数学模型 (12)第3章MATLAB工具软件 (13)3.1 MATLAB简介 (13)3.2 SIMULINK仿真 (14)3.3 SIMULINK仿真建模方法 (15)第4章PID控制 (17)4.1 PID控制简述 (17)4.2 国内外的研究现状和发展趋势 (18)4.3 PID控制器设计 (20)4.4 PID控制器参数的整定 (21)第5章直线一级倒立摆的PID控制 (22)5.1 直线一级倒立摆的PID控制Simulink仿真 (22)5.2 直线一级倒立摆的PID仿真程序 (25)5.3 直线一级倒立摆的PID实时控制 (26)第6章直线一级倒立摆LQR控制 (29)6.1 线性二次最优控制LQR基本原理及分析 (29)6.2 LQR控制参数调节及仿真 (30)6.3 直线一级倒立摆LQR控制simulink仿真 (32)6.4 直线一级倒立摆LQR控制 (34)结论 (37)谢辞 (38)参考文献 (39)附录 (41)外文资料翻译 (45)MATLAB (45)MATLAB简介 (51)前言倒立摆是进行控制理论研究的典型实验平台。
由于倒立摆系统的控制策略和杂技运动员顶杆平衡表演的技巧有异曲同工之处，极富趣味性，而且许多抽象的控制理论概念如系统稳定性、可控性和系统抗干扰能力等等，都可以通过倒立摆系统实验直观的表现出来，因此在欧美发达国家的高等院校，它已成为必备的控制理论教学实验设备]2[。
全国大学生电子设计大赛论文
2013年全国大学生电子设计竞赛简易旋转倒立摆及控制装置（C题）【1101003组】2013年9月7日简易旋转倒立摆及控制装置（C题）摘要本系统采用自制的简易旋转倒立摆及控制装置，以16 位单片机(STC89C51)作为旋转倒立摆的检测和控制核心，以额定电压12V的步进电机驱动，通过加速度传感器（ADXL345）转变的角度传感器测定摆杆角度变化来定位摆杆的位置。
系统采用角度传感器（ADXL345）探测在摆杆保持倒立状态的前提下，旋转臂作圆周运动前进；同时通过编码器及PID控制算法实现了步进电机的转速和转向进行调节，以准确找到平衡点位置。
控制器的设计是倒立摆系统的核心内容，主要用到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。
本系统可在较短时间内完成摆杆从自然下垂状态，驱动电机带动旋转臂作往复旋转使摆杆摆动，寻找平衡点等任务。
关键词:角度传感器；旋转倒立摆；模糊控制；最优控制理论；目录1系统方案......................................................................................... 错误！未定义书签。
1.1电机方案的论证与选择 (1)1.2 控制系统方案的论证与选择 (2)1.3 角度测量方案的论证与选择 (2)2系统理论分析与计算 (2)2.1 角度检测模块的分析 (2)2.2 控制方法的理论 (3)2.3 设计思想理论分析 (4)2.4 理论计算 (4)3电路与程序设计 (6)3.1电路的设计 (6)3.1.1系统总体框图 (6)3.1.2 电机驱动模块设计 (7)3.1.3 角度传感器模块 (7)3.1.4电源模块 (7)3.2程序的设计 (7)3.2.1程序功能描述与设计思路 (7)3.2.2程序流程图 (8)4测试方案与测试结果 (8)4.1硬件测试 (8)4.2 测试条件与仪器 (9)4.3 测试结果 (9)4.3.1不同脉冲时间间隔对应速度测试 (9)4.3.2摆杆达到指定高度往复运动的时间测试 (10)4.3.3摆杆达到指定度数的测试 (10)4.3.4摆杆选择和配重平衡测试 (10)4.3.5摆杆完成圆周运动测试 (11)4.3.6基本功能（3）测试 (11)4.3.7测试分析与结论 (12)5结束语 (12)6参考文献 (12)附录1：电路原理图 (13)附录2：电机驱动原理图 (14)附录3：稳压模块原理图 (15)附录4：主程序 (16)附录5：角度传感器子程序 (18)简易旋转倒立摆及控制装置（C 题）【本科组】1系统方案本系统主要由系统模块、角度检测模块、电机驱动模块、电源模块组成。
2013年全国大学生电子设计竞赛文档(倒立摆)
摘要本文介绍了以AVR mega328P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。
关键词：AVR mega328P 环形倒立摆 PIDAbstractThis 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: AVR mega328P annular inverted pendulum PID目录第一章系统方案论证与选择 (1)1.1系统结构 (1)1.2方案比较与选择 (1)1.2.1芯片控制模块 (1)1.2.2电机选择 (2)1.2.3电动机驱动调速模块 (2)1.2.4编码器选择 (3)1.2.5显示方案选择 (3)第二章理论分析与计算 (4)2.1 电动机选型 (4)2.2摆杆状态检测 (5)2.3驱动与控制算法 (7)2.3.1驱动 (7)2.3.2控制算法 (8)第三章机械与电路及程序设计 (9)3.1机械设计 (9)3.1.1 旋转臂杆与摆杆 (9)3.2电路设计 (9)3.2.1电源电路设计 (9)3.2.2电机驱动电路设计 (10)3.2.3键盘显示电路设计 (10)3.3程序结构设计 (12)第四章测试结果与分析 (15)第五章参考文献 (17)附录 A 主要元器件明细表 (18)附录 B 电路原理图 (19)附录 C 电路PCB图及实物图 (20)附录 D 系统设计程序代码 (23)第一章系统方案论证与选择1.1系统结构整个系统分为系统模块、编码器模块、电机驱动模块、电机模块、电源模块、键盘模块、显示模块。
2013 全国大学生电子设计大赛 简易倒立平衡摆 论文
2013年全国大学生电子设计竞赛简易旋转倒立摆及控制装置（C题）2013年9月7日简易旋转倒立摆及控制装置摘要倒立摆系统是非线性、强耦合、多变量和自然不稳定的系统。
本设计采用42BYJ250—40的5V驱动2相4线制的步进电机制作了一个简易旋转倒立摆控制系统，用WDD35电位器采集摆杆摆动过程中的角度数据，反馈给微控制器MC9S12XS，由微控制器经PID控制算法处理后输出PWM波（脉冲），驱动步进电机正反转，从而带动摆杆摆动。
系统主要由摆架框架、传感器部分、主控板、步进电机及驱动四个部分组成。
本设计基本能完成摆杆摆动幅度大于60度和旋转一周，并且能够实现倒立并且倒立时间不低于5S，并且具有一定的抗干扰能力。
关键词：步进电机，MC9S12XS，WDD35电位器，PID控制算法目录1 系统方案 (4)1.1 设计任务 (4)1.2 设计要求 (4)1.2.1 基本要求 (4)1.2.2 发挥部分 (4)1.3实现方法 (4)1.4方案论证 (5)1.4.1 控制器模块 (5)1.4.2 电机模块 (5)1.4.3 角度检测模块 (5)1.5 系统设计 (6)2 理论分析与计算 (6)2.1 简易倒立摆的数学模型 (6)2.2 系统框图 (7)3 电路与程序设计 (7)3.1 硬件及单元电路 (7)3.2 软件设计与工作流程图 (8)3.2.1 PID算法 (8)3.2.2 软件设计 (9)3.2.3 工作流程图 (9)4 结果分析 (10)4.1 测试方案及基准数据 (10)4.1.1 测试仪器 (10)4.1.2 电位器测试数据 (10)4.1.3 摆杆平衡位置 (10)4.2 基本及发挥要求测试结果 (10)4.2.1 基本要求一测试 (10)4.2.2 基本要求二测试 (10)4.2.3 基本要求三测试 (10)4.2.4发挥部分要求一测试 (10)4.2.5发挥部分要求二测试 (11)4.2.6发挥部分要求三测试 (11)5结语 (11)参考文献： (11)附录 (12)1 系统方案1.1 设计任务设计并制作一套简易旋转倒立摆及其控制装置。
单级倒立摆毕业设计论文
毕业设计 (论文)题目单级倒立摆的控制方法研究专业电子信息工程班级 083班姓名孙颖敏指导教师周卫华（副教授）许森（助教）所在学院信息科技学院完成时间：2012年5月承诺书我谨此郑重承诺：本毕业设计（论文）是本人在指导老师指导下独立撰写完成的。
凡涉及他人观点和材料，均依据著作规范作了注释。
如有抄袭或其它违反知识产权的情况，本人愿接受学校处分。
承诺人（签名）：年月日单级倒立摆的控制方法研究信息科技学院电子信息工程专业孙颖敏摘要：自然界中的许多系统都是非线性的，单级倒立摆系统（Single Level Inverted Pendulum System）就是一个典型多变量、不稳定和强耦合的非线性系统。
它的这些特性使得许多抽象的控制理论概念如系统稳定性、可控性等等，都可以通过单级倒立摆系统实验直观的表现出来。
而作为实验装置，倒立摆又具有成本低廉、结构简单、便于模拟、形象直观的特点。
因此，目前许多控制理论的研究人员一直将它视为典型的研究对象，用于验证控制方法的正确性。
本设计首先建立倒立摆系统的数学模型，在熟悉线性系统的基本理论和非线性系统线性化的基本方法的基础上确定研究方案和实施的控制方法，即单级倒立摆的全状态反馈控制。
通过MATLAB软件对倒立摆进行仿真实验，实现了倒立摆的平衡控制。
仿真实验验证了本文提出的控制方法的正确性和可行性。
关键词：单级倒立摆；控制方法；非线性；MATLAB；仿真Control Methods Study of Single LevelInverted Pendulum SystemSun Yingmin，Major in Electronic Information Engineering，College ofInformation Science and TechnologyAbstract: Many of the natural world System are nonlinear, and Single level Inverted Pendulum System is a typical variable, stable and strong coupling nonlinear System. These properties make many abstract concepts of control theory such as stability, controllability and so on, can all intuitive expression comes out through the single inverted pendulum system experiment. And, as an experimental device, it has some characteristic such as low cost, simple in structure, convenient in simulation, image intuitively. Therefore, now many the researchers of control theory are always take it as the typical research object, using to prove the correctness of the control method.In this paper, first of all to building the inverted pendulum mathematics model, on the basic of the familiar with the basic theory of linear system and the basic methods of nonlinear system linearization, determining the system program of the research and the implementation of the system control method, as the all state feedback control of single stage of the inverted pendulum. Through the programming software MATLAB simulation experiment, realize the balance control of the inverted pendulum. The experimental results verify the validity and feasibility of the control method in this paper.Key words:Single Inverted Pendulum System；control method；nonlinear；MATLAB；simulation目录1 绪论 (1)1.1 倒立摆系统的研究背景及意义 (2)1.2 倒立摆系统国内外研究现状 (3)1.3 倒立摆控制方法的发展趋势 (5)1.4 论文的主要内容 (6)2 单级倒立摆的系统建模 (7)2.1 数学模型建立的基本方法 (7)2.1.1 数学模型的基本概念 (7)2.1.2 数学建模的基本概念 (8)2.1.3 建立数学模型的基本方法 (9)2.2 单级倒立摆系统的模型建立 (10)2.2.1 运动分析 (10)2.2.2 状态方程 (12)2.3 系统的稳定性分析 (13)单级倒立摆系统的控制方法 (15)3.1 系统概述 (15)3.2 控制方法概述 (15)3.2.1 线性系统理论控制方法 (15)3.2.2 预测控制方法 (16)3.2.3 智能控制方法 (16)3.3 LQR理论控制 (17)3.4 极点配置控制 (18)4 单级倒立摆系统的MATLAB仿真 (20)4.1 MATLAB仿真软件介绍 (20)4.1.1 MATLAB概述与特点 (20)4.1.2 Simulink概述与特点 (21)4.2 仿真参数设置及Simulink仿真搭建 (22)4.3 LQR控制仿真及结果分析 (23)4.3.1 LQR控制仿真 (23)4.3.2 LQR控制仿真结果分析 (25)4.4 极点配置方法仿真及仿真结果分析 (25)4.4.1 极点配置控制仿真 (25)4.4.2 极点配置方法仿真结果分析 (27)5 结论 (28)致谢 (29)参考文献 (30)附录 (32)附录1被控对象子程序 (32)附录2控制器子程序 (34)附录3.作图子程序 (36)1绪论近三十年来，随着控制理论技术和航空航天技术的迅猛发展，一种典型的系统在控制理论的领域中一直成为被关注的焦点，即倒立摆系统。
好帮手电子设计竞赛论文
Foshan University“好帮手”电子设计竞赛（论文）音频控制音乐彩灯参赛队员：1. 姓名：黄嘉锵专业班级：09电子（1）班2. 姓名：郑舒伟专业班级：09电子（1）班3. 姓名：凌云志专业班级：09电子（1）班指导教师：周月霞二〇一一年 5 月摘要此次比赛我们采取了两个方案：方案一：此音频控制音乐彩灯作品实现根据音调和音长实现音乐彩灯控制，音乐彩灯部分的主控CPU采用51单片机系列的STC89c51单片机，利用ADC0832采集音频信号，并对其进行幅值处理，用计数器脉冲对音频信号进行频率处理，再由单片机IO 口直接驱动LED的闪烁。
音频的输出用TDA2822音频放大芯片，其输出声音保真度高，可以取得较好的音质。
另外，当系统一上电，语音芯片就会播放先前录好的声音，感觉就像是电脑的音乐播放器，增加作品特色。
关键字：音乐彩灯89C51单片机计数器音频放大录音方案三：此音频控制音乐彩灯作品实现根据音调和音长实现音乐彩灯控制，并附加了录音放音模块，用户可以在两种功能中切换使用。
音乐彩灯部分的主控CPU采用A VR单片机系列的A Tmega16单片机，利用其片内十位AD采集音频信号，用C语言作FFT快速离散型傅里叶变化进行分频处理，再由单片机IO口直接驱动LED的闪烁。
音频的输出用TDA2822音频放大芯片，其输出声音保真度高，可以取得较好的音质。
录放模块采用ISD1760芯片，直接用按键控制它的录音放音，可录时间长度为60秒。
，关键字：音乐彩灯A VR单片机FFT 音频放大录音目录摘要 (2)一、前言 (4)二、方案设计 (4)1、方案选择 (4)2、方案论证 (6)三、单元模块设计 (6)1、TDA2822音频放大模块 (6)2、录音芯片模块 (7)3、8*8LED灯点阵模块 (9)4、AVR单片机电路 (10)四、程序设计 (13)五、系统调试 (15)1、TDA2822音频放大电路： (15)2、ISD1760录放电路 (15)3、8*8LED灯点阵模块 (15)4、AVR单片机电路 (15)5、51单片机电路 (16)六、结果分析 (16)七、设计总结 (16)参考文献 (16)音频控制音乐彩灯一、前言“好帮手”电子设计竞赛是我们学校在电子专业方向一个比较大型的一次比赛。
倒立摆论文
摘要倒立摆系统是研究控制理论的一种典型的实验装置,广泛应用于控制理论研究，航空航天控制等领域，其控制研究对于自动化控制领域具有重要的价值。
然而，倒立摆装置是一个绝对不稳定系统，具有高阶次、非线性、强耦合等特性，本文应用模糊控制策略对其进行控制研究。
本文应用牛顿力学定律建立了直线一级倒立摆的状态方程数学模型并推导了简化的传递函数数学模型,分析了其稳定性，可控性和可观测性。
研究了控制系统整体结构，建立了模糊控制器，在MATLAB平台上对模糊控制系统进行了仿真研究，并对获得的控制系统输出图进行了性能分析。
关键词：一阶倒立摆，数学模型，模糊控制， MATLAB仿真AbstractInverted pendulum control system is to study the theory of a typical experimental device, widely used in control theory, the field of aerospace control, its control is important for the automation and control value. However, the inverted pendulum device is an absolute unstable system, with high time, nonlinear, strong coupling and other features, this fuzzy control strategy to control research.In this paper, Newton's laws of mechanics to establish a line-level inverted pendulum equation of state mathematical model to derive the simplified transfer function model to analyze its stability, controllability and observability. Of the control system as a whole structure of a fuzzy controller, in the MATLAB platform for fuzzy control system was simulated, and access control system output graph of the performance analysis.Keywords: inverted pendulum, mathematical model, fuzzy control, MATLAB simulation目录摘要 (i)Abstract (ii)第一章倒立摆系统简介 (1)倒立摆系统概述 (1)倒立摆的控制目标及研究意义 (1)倒立摆系统控制方法简介 (2)论文的主要工作 (4)第二章模糊控制概述 (6)控制理论简介 (6)2.1.1经典控制理论 (6)2.1.2现代控制理论 (6)2.1.3模糊控制与经典控制理论的比较 (8)模糊控制的数学基础 (9)2.2.1模糊子集与运算 (9)2.2.2模糊关系与模糊关系合成 (11)2.2.3模糊推理 (12)第三章控制系统分析与模糊控制方法研究 (15)控制系统结构及工作原理 (15)3.1.1控制系统结构 (15)3.1.2模糊控制器的工作原理 (17)精确量的模糊化 (17)3．2．1模糊控制器的语言变量 (17)3．2．2量化因子与比例因子 (17)3．2．3语言变量值的选取 (18)3．2．4语言变量论域上的模糊子集 (18)3．3常见的模糊控制规则 (19)3．4输出信息的模糊判决 (20)3．4．1基于推理合成规则进行模糊推理 (20)3．4．2输出信息的模糊判决 (21)3．5本章小结 (22)第四章倒立摆系统建模 (22)常见的倒立摆类型 (22)倒立摆系统建模 (24)系统可控性分析 (27)第五章倒立摆模糊控制器的设计及仿真 (29)5．1倒立摆的稳定模糊控制器的设计 (29)5.1.1位置模糊控制器的设计 (29)5 .1.2角度模糊控制器的设计 (34)5.1.3稳定控制器的实现 (34)5. 2一级倒立摆系统仿真 (35)5.2.1 Simulink简介 (36)5.2.2系统仿真 (36)第六章总结 (44)致谢 (45)参考文献 (46)第一章倒立摆系统简介倒立摆系统概述在控制理论发展的过程中，某一理论的正确性及实际应用中的可行性需要一个按其理论设计的控制器去控制一个典型对象来验证。
倒立摆论文
1 实验意义在控制理论发展的过程中，某一理论的正确性及实际应用中的可行性需要一个按其理论设计的控制器去控制一个典型对象来验证。
倒立摆就是这样一个被控制对象倒立摆系统是一个多变量、快速、非线性和自然不稳定系统。
在控制过程中能有效地反映控制中的许多关键问题，如非线性问题系统的鲁棒性问题，随动问题镇定问题，及跟踪问题等。
倒立摆系统作为一个实验装置形象直观结构简单，构件组成参数和形状易于改变，成本低廉，倒立摆系统的控制效果可以通过其稳定性直观地体现，也可以通过摆杆角度小车位移和稳定时间直接度量，其实验效果直观显著，当新的控制理论与方法出现后，可以用倒立摆对其正确性和实用性加以物理验证，并对各种方法进行快捷有效生动的比较。
早在60 年代人们就开始了对倒立摆系统的研究1966 年Schaefer 和Cannon 应用Bang Bang控制理论将一个曲轴稳定于倒置位置在60 年代后期作为一个典型的不稳定严重非线性证例提出了倒立摆的概念并用其检验控制方法对不稳定非线性和快速性系统的控制能力受到世界各国许多科学家的重视从而用不同的控制方法控制不同类型的倒立摆成为具有挑战性的课题之一倒立摆的种类很多有悬挂式倒立摆平行倒立摆环形倒立摆平面倒立摆倒立摆的级数可以是一级二级三级四级乃至多级倒立摆的运动轨道可以是水平的还可以是倾斜的(这对实际机器人的步行稳定控制研究更有意义) 控制电机可以是单电机也可以是多级电机。
倒立摆的研究具有重要的工程背景：(1) 机器人的站立与行走类似双倒立摆系统尽管第一台机器人在美国问世至今已有三十年的历史机器人的关键技术机器人的行走控制至今仍未能很好解决(2) 在火箭等飞行器的飞行过程中为了保持其正确的姿态要不断进行实时控制(3) 通信卫星在预先计算好的轨道和确定的位置上运行的同时要保持其稳定的姿态使卫星天线一直指向地球使它的太阳能电池板一直指向太阳(4) 侦察卫星中摄像机的轻微抖动会对摄像的图像质量产生很大的影响为了提高摄像的质量必须能自动地保持伺服云台的稳定消除震动(5) 为防止单级火箭在拐弯时断裂而诞生的柔性火箭(多级火箭) 其飞行姿态的控制也可以用多级倒立摆系统进行研究。
全国大学生电子竞赛论文格式规范
全国大学生电子设计竞赛论文要求《设计报告》正文的图文篇幅限制为6页，第一页含300字以内的设计中文摘要，正文采用小四号宋体字，单倍行距，标题字号自定，一律采用A4纸纵向打印、制订，制订时第一页为空白页。
电路图可另附，报告格式按照竞赛题目中的报告要求撰写。
《设计报告》每页上方必须留出3cm空白，空白内不得有任何文字，每页右下角注明页码。
评分标准[要求和给分][摘要] 300 字左右，简述设计思路、电路结构，所用主要元器件，实现的功能和达标的情况，特点、特色要求：文字简练、措词准确、表达清楚。
达标程度要实事求是，特点、特色的叙述、措词，要考虑科学性、正确性。
框图：应是单元电路、功能电路的方框表示，用框图表达方案比用框图表达整机电路要粗一点，突出功能即可，每个框图要标出所用主要元、器件。
要注意信号、数据传输走向。
表达整机电路的框图还应包括前端、终端器件、供电。
要求：提出3 个独立的方案，少一个扣2 分。
要指出每个方案的可行性、优缺点，要提出选择所选方案的理由。
方案的正确性占6 分，要注意科学性、正确性、可行性、实施难度。
方案的优良程度是横向比较，而不仅是（本队）三个方案比。
主要考虑：全面达标，电路简繁程度，新器件的应用，性价比，设计有无创新。
[电路设计] （如果有软件设计内容，可分为电路设计、程序流程）重点是电路原理叙述和主要参数的计算。
比较简单的电路：直接给出整机电路，然后简述电路工作原理，最后列出有关的元件参数计算。
比较复杂的电路：按功能划分单元，分别叙述各个单元电路的设计内容，给出该单元电路图，简述工作原理，列出参数计算。
完整性4 分，电路图、电路原理、参数计算：分别得分1，1，2 分。
规范程度2 分：元件符号要用新的国标。
布局、布线要简洁明了，电路与电路之间的连接要用箭头、符号表示清楚。
公式应为工程计算公式，而不是理论公式。
可以先给出理论公式，然后给出工程计算公式，但依据必须是工程计算公式。
软件设计：要给出程序流程图，设计思想、特色、创新要写上。
毕业论文（设计）单级倒立摆lqr控制器的设计及仿真
毕业设计（论文）任务书I、毕业设计(论文)题目：单级倒立摆LQR控制器的设计及仿真II、毕业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求：1、在深入了解倒立摆的基础上，熟悉单级倒立摆控制的基本原理2、了解单级倒立摆控制的发展趋势。
3、熟悉线性系统的基本理论和非线性系统线性化的基本方法。
4、建立单级倒立摆的数学模型，并编写MATLAB程序，完成倒立摆的仿真。
I I I、毕业设计(论文)工作内容及完成时间：工作安排如下：1、查阅文献，翻译英文资料，书写开题报告第1---4周2、相关资料的获取和必要知识的学习第5---9周3、设计系统的硬件和软件模块并调试第10--14周4、撰写论文第15--17周5、总结，准备答辩第18周Ⅳ、主要参考资料：1．阳武娇.基于MATLAB的一阶倒立摆控制系统的建模与仿真[J].电子元器件应用.2007，9(1):29-312 .杨世勇，徐莉苹，王培进.单级倒立摆的PID控制研究[J].控制工程.2007,14:23-53.3．黄忠霖.控制系统MATLAB计算及仿真[M].北京：国防工业出版社，2006．4．薛安客，王俊宏．倒立摆控制仿真与实验研究现状[J].杭州电子工业学院学报.2002，21(6):25-27.5 .徐征.基于遗传算法的PID控制器参数寻优方法的研究[D].武汉：武汉大学，2004．6．Takahas M，Narukawa T，Y oshida K．Intelligent transfer andstabilization control to unstable equilibrium point of double inverted pendulum．Int SICE 2003 Annual Co nfeFence，2003，2：1451-145.信息工程系自动化专业类1082022班学生（签名）：填写日期： 2014 年 1 月 10 日指导教师（签名）：助理指导教师(并指出所负责的部分)：信息工程系主任（签名）：单级倒立摆LQR控制器的设计及仿真摘要：单级倒立摆系统是一个典型多变量、不稳定和强耦合的非线性系统。
旋转倒立摆论文
2013年全国大学生电子设计竞赛简易旋转倒立摆及控制装置（C题）【本科组】摘要本设计采用了8位低功耗ATmega16为控制核心，采用高精度电位器通过单片机AD采样实时采集摆杆旋转角度及角度变化率，利用直流减速电机实现对摆杆的控制。
根据旋转倒立摆的数学模型分析，采用增量式积分分离PID控制算法来优化各个控制参数。
经过反复测试后，证明系统基本完全实现了题目的所有要求。
此外系统还增加了按键选择开关来进行模式的选择和参数的调整。
关键词：ATmega16 高精度电位器PID算法直流减速电机AbstractThis design uses the right low-power ARmega16 as the control core, usin g high precision potentiometer by MCU AD sampling real-time acquisition swi nging rod rotation Angle rate and Angle, of swinging rod by using DC gear motor control. Based on the analysis of the mathematical model of rotational i nverted pendulum, using the incremental integral separated PID to optimize the control parameters. After repeated testing, basic fully prove the system has re alized the subject all the requirements. System also increases the button switch for model selection and parameter adjustment.Keywords：ATmega16, high precision potentiometer, PID control algorithms ,DC gear motor目录一、系统方案 (1)1.1方案选择与论证 (1)1.1.1角度测量模块的论证与选择 (1)1.1.2单片机控制模块的论证与选择 (2)1.1.3电机模块的论证与选择 (2)1.1.4电源模块的论证与选择 (3)二、系统理论分析与计算 (3)2.1 旋转倒立摆分析 (3)2.1.1旋转倒立摆相关参数的计算 (4)2.1.2增量式积分分离PID控制算法 (5)2.2旋转摆系统的控制目标 (6)2.3旋转倒立摆控制的实现 (7)三、电路与程序设计 (7)3.1电路的设计 (7)3.1.1系统总体框图 (7)3.1.2电机驱动电路原理图 (9)3.1.3电源电路原理图 (9)3.2程序的设计 (10)3.2.1程序功能描述与设计思路 (10)3.2.2程序流程图 (10)四、测试方案与测试结果分析 (12)4.1测试方案 (12)4.2 测试条件与仪器 (12)4.3 测试结果及分析 (12)4.3.1测试结果 (12)4.3.2测试结果分析 (14)五、参考文献 (15)附录1：电路原理图 (16)简易旋转倒立摆及控制装置（C题）【本科组】一、系统方案根据题目要求，系统要求要实现对摆杆角度的控制，并要保证运动控制的实时性和平稳性。
毕业设计(论文)-环型二级倒立摆lqr控制[管理资料]
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环型二级倒立摆LQR控制作者：系别：专业：学号：指导教师：日期：二零零六年五月二十日摘要控制理论发展过程中，某一理论的正确性以及实际应用中可行性，往往需要一个按其理论所设计的控制器去控制一个典型对象来验证其控制策略的效果。
倒立摆就是这样一个较为理想的实验装置。
倒立摆本身是一个自然不稳定体，在控制过程中能有效地反映控制中的许多问题。
倒立摆的典型性在于:作为一个装置，其成本低廉，结构简单，便于模拟，数字实现不同方式控制;作为被控对象，又相当复杂，是高阶次、不稳定、非线性、强耦合系统，只有采取行之有效的控制方法方能使之稳定。
本文在环型二级倒立摆系统进行数学建模的基础上得出系统的状态方程, 应用线性二次型最优控制策略, 对环型二级倒立摆进行ＬＱＲ控制器的设计与ＭＡＴＬＡＢ仿真实验，并给出了相应的实验结果。
关键词: 倒立摆；ＬＱＲ；最优控制；状态方程AbstractThe inverted pendulum is an ideal equipment, which enables the possibility to validate the validity and the feasibility of some control theories, The inverted pendulum is a natural unstable equipment and can effectively reflects many matters in the control process. The model of the inverted pendulum is: as an equipment, low cost, simple machinery, easy to perform all kinds of controls in simulation and digital; as a controlled object, quite complex, high orders, instability, non-linearity, strong coupling system. We can keep it stable through some control method. Inverted pendulum system is a complicated , nonlinear , unstable system of high order. In the paper, it is discussed how to model the system of double inverted pendulums by using dynamics equation and then to t transform into a control problem of linearitied system. The optimized cont rolling policy with LQR cont roller is established on the MATLAB platform. The relevant experiment is also provided.Keywords: LQR; inverted pendulum; optimal control目录１概述………………………………………………………………………………………………………………４当前国内外控制理论发展概述………………………………………………………………………５倒立摆系统的历史…………………………………………………………………………………………６倒立摆控制系统的发展动向………………………………………………………………………………７现代控制在倒立摆系统稳定控制中的应用………………………………………………………………９对倒立摆系统研究的意义…………………………………………………………………………………１０………………………………………………………………………………………………１１２环型倒立摆系统数学模型的建立……………………………………………………………………………１２环型倒立摆的特点………………………………………………………………………………………１２Lagrange方程的特点……………………………………………………………………………………１２状态空间模型……………………………………………………………………………………………１３环型二级倒立摆系统数学模型的建立…………………………………………………………………１４３线性二次型最优控制器（LQR）的设计……………………………………………………………………２１线性二次型最优控制理论………………………………………………………………………………２１二次型最优控制理论…………………………………………………………………………………２１加权矩阵的选取………………………………………………………………………………………２３系统的可控性与可观测性………………………………………………………………………………２４环型二级倒立摆LQR调节器的设计……………………………………………………………………２４设计要求………………………………………………………………………………………………２５理论分析………………………………………………………………………………………………２５实例分析………………………………………………………………………………………………２６Matlab实现……………………………………………………………………………………………３０４结束语…………………………………………………………………………………………………………３３致谢…………………………………………………………………………………………………………………３４参考文献……………………………………………………………………………………………………………３５附录…………………………………………………………………………………………………………………３６1 概述在现代科学技术的许多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用。
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板式倒立摆控制装置小组成员：张健杨帆田坤目录1.系统方案设计 (3)1.1 设计要求 (3)1.1.1 基本要求 (3)1.1.2 发挥部分 (3)1.2 显示部分 (3)1.3 传感器部分 (3)1.4 驱动部分 (4)2. 系统硬件设计 (4)2.1 总体设计思路及基本控制原理 (4)2.2板式倒立摆装置的设计 (5)2.3 电路的设计制作 (6)2.3.1 核心控制单元 (6)2.3.2 直流电机驱动电路 (6)2.3.3 信号转换电路 (7)2.3.4数据显示单元 (7)2.3.5 声光显示系统设计 (9)3.理论分析 (10)3.1 部分电路图 (10)3.2 理论分析与计算 (12)3.2.1 对脉冲信号的处理 (12)3.2.2数据之间的换算 (12)4．系统调测试 (13)4.1调试方法 (13)4.2调试结果 (13)4.3测试数据 (14)4.4测试结果 (14)附录：主要程序 (14)摘要：本设计以AT89C52单片机为核心控制系统，由输入模块、角度传感器、液晶显示模块等组成板式倒立摆控制装置。
以单片机控制直流电机转速，调节风力大小，改变板式倒立摆转角θ，并保证不让板式倒立摆倒下。
手转动板式倒立摆时，通过角度传感器测量倒立摆变化的角度θ，通过单片机能够数字显示转角θ在LCD 屏幕上，显示范围为0~10°，分辨力为1°，绝对误差≤2°。
还可以通过操作键盘控制风力大小，使转角θ能够在2~10°范围内变化，并且实时显示θ。
关键字：板式倒立摆直流电机角度传感器LCD屏幕Abstract:The AT89C52 single chip design as the core to control system, by the input module, Angle sensor, liquid crystal display module plate inverted pendulum control device. With the single chip processor control dc motor speed, adjust the wind size, change plate inverted pendulum θ corner, and promised not to let board type inverted pendulum is falling down. Hand turn board type inverted pendulum, through the Angle sensor measuring inverted pendulum of Angle θ changes, through the single chip microcomputer to digital display corner θ in the LCD screen, indicating that the range of 0 ~ 10 °, resolution for 1 °, absolute error than 2 °. But also through the operation the keyboard control wind size, to make corner θ in 2 ~ 10 ° can range change, and real-time display θ.Key word: Plate inverted pendulum Dc motor Angle sensor LCD screen1.系统方案设计1.1 设计要求1.1.1 基本要求(1) 用手转动板式倒立摆时，能够数字显示转角θ。
显示范围为0~10°，分辨力为1°，绝对误差≤2°。
(2) 通过操作键盘控制风力大小，使转角θ能够在2~10°范围内变化，并要求实时显示θ。
1.1.2 发挥部分通过操作键盘控制风力大小，使板式倒立摆转角θ稳定在0°±5°范围内的任意指定值。
要求控制过程在10秒内完成，实时显示θ。
1.2 显示部分采用LCD1602液晶显示。
1.3 传感器部分三向加速度传感器MMA755模块。
它根据物体运动和方向改变输出信号的电压值。
用单片机自带A/D 转换器读取x 、y 、z 三向的输出结果， 再根据线性加速计进行角度测量原理，即可计算出运动物体与x 、y 、z 三向的夹角。
经过试验，采用加速度传感器可有效测量所需角度，且精度及响应时间均较好。
以下为线性加速计MMA7455进行角度测量原理：MMA7455三向加速度传感器，根据物件运动即方向改变输出信号的大小。
主控芯片STC12C5A60S2读取X 、YA/D 转换。
X 、Y 、Z 轴的加速度分量Ax 、Ay 、Az 1g=，ρ、ϕ、θ满足式（1），如图1所示。
arctan arctan arctan ZA ρφθ⎛⎫⎛⎫=== ⎪⎝⎝⎝⎭（1）（a）(b)(c) (d)图1 三轴倾角测量1.4 驱动部分采用L298N驱动直流电机。
L298N可直接对电机进行控制，不需隔离电路，它通过改变控制端的电平来对电机进行启停、正反转操作，非常方便，亦能满足直流电机减速时的大电流要求2. 系统硬件设计2.1 总体设计思路及基本控制原理在本设计中我们采用了模拟控制及局部反馈控制等控制方法，利用单片机按键控制直流电机的转速，从而实现风力的控制。
风力对倒立摆的作用力来带动倒立摆及角图2.系统工作框图度传感器的转动，角度传感器给单片机一个反馈信号，再由单片机控制直流电机的转速，并通过显示屏来实现角度的显示，通过蜂鸣器实现报警等。
系统的实际工作框图，如图2所示。
2.2板式倒立摆装置的设计板式倒立摆控制装置，通过对风扇转速的控制，调节风力大小，改变板式倒立摆转角θ，并保证不让板式倒立摆倒下，如图3所示。
铰链图3控制装置示意图控制对象为板式倒立摆，其的尺寸如图4所示。
铰链图4 板式倒立摆由10cm ×50cm 硬质泡沫顶端加轴来构成倒立摆，在倒立摆轴刚性安装角度传感器实现同步转动，直流电机带动风扇做提供带动倒立摆转动角度的气压动力。
并将上述装置按装在底座上。
从而实现转读之间的互相之间的转换，角度传感器在给单片机一个反馈信号，从而实现单片机控制角度传感器的转动的角度。
提高倒立摆转动角度的精度是整个系统设计的关键，其精度直接影响到角度传感器的测量值，从而影响到系统控制的难度。
实测表明倒立摆转动角度的精度会受到多种因素影响，如风扇和倒立摆之间的距离；电机的机械运动周期频率；倒立摆硬件的制作工艺等。
通过各方面的考虑，反复的调试我们实现了对倒立摆转角精度的精确控制。
2.3 电路的设计制作2.3.1 核心控制单元在本设计中我们采用单片机AT89C52模块为核心控制单元。
来进行外部电路的控制。
从而实现各种功能，达到实验要求。
2.3.2 直流电机驱动电路我们采用L298N 驱动模块进行直流电机的驱动，其模块原理图如图5所示：如图5. L298N驱动模块原理图2.3.3 信号转换电路在本设计中我们采用的A/D转换装置为TLC2543，实现了角度传感器与单片机之间的信号转换。
2.3.4数据显示单元1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。
每位之间有一个点距的间隔每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作用，与外部CPU接口课采用串行或并行方式控制，如表6所示。
引脚功能说明1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表6所示:表6：引脚接口说明表第1脚：VSS为地电源。
第2脚：VDD接5V正电源。
第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。
第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。
第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。
当RS 和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。
第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。
第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。
第15脚：背光源正极。
第16脚：背光源负极。
1602液晶显示模块可以和单片机AT89C52直接接口，电路如图7所示。
如图7. 1602液晶显示与单片机AT89C52连接2.3.5 声光显示系统设计设计要求当角度达到45度误差的绝对值不超过5度的范围内发出声光信号。
在单片机程序的控制下，子要角度传感器转动的角度达到设定的范围时，就可以发出声音，在发声方面考虑到体积和功耗的因素，我们使用蜂鸣器代替普通的扬声器，而发光方面我们使用常用的发光二极管。
声光提示原理图如图8所示。
如图8.声光显示电路3.理论分析3.1 部分电路图图8. A/D转换电路图9无线控制电路图10单片机最小系统图11设计电路图8 主函数流程图图9 显示流程图图10 定时中断流程图图11 角度调整流程图3.2 理论分析与计算3.2.1 对脉冲信号的处理对TLC2543的脉冲信号进行了微处理，在10um的周期中给脉冲平均分成100份，通过软件程序控制按键之后输出的脉冲的占空比增加或减少来调节直流电机输入电压的大小。
从而实现全过程，如图5所示3.2.2数据之间的换算角度传感器在角度0---360度之间发生变化时，会输出0.5---4.5伏电压。
而A/D转换芯片TLC2543当介入电压为0---5V时可以转换到0---4096十进制数，所以TLC2543输出为409.5----3686.5 ，传感器的平均输出电压为0.0111平均每度的输出值为9.10222，通过以上数据进行编写程序如下：adc_test=read2543(0);adc_test=read2543(0);if(adc_test>adc_jz)adc=adc_test-adc_jz;elseadc=adc_jz-adc_test;adc=adc/9.10+0.5;//转成度dis3[10]=adc/10+0x30;dis3[11]=adc%10+0x30;display();if(start) //角度调节{if(adc<jd)djmk++;elsedjmk--;}4．系统调测试4.1调试方法在电路检查没有什么错误之后，我们开始进行调试，把各个模块的电源接好，在确认没有错误之后，进行按键来按照基本功能要求进行一项一项调试。