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標題: 電子設計競賽-旋轉倒立擺-整體方案 [打印本頁]

作者: 51黑dd 時間: 2016-4-9 19:20
標題: 電子設計競賽-旋轉倒立擺-整體方案
電賽結束了一段時間了，趁這段時間，總結、整理一下自己的方案

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先來看看題目要求吧：

看完題目，經過一番思索和百度之后，有了大概的方案，于是乎開始準備材料，設計機械（我負責），同時其他隊員開始設計tb6560驅動、電源模塊等等，當然如果你本來就打算選擇控制類題目，步進、直流電機及其驅動最好在比賽之前就有充分的準備，我們是使用現成模塊的同時開始制作tb6560（比賽的時候其實評委不看我們做的電路，只看我們能否完成題目要求）
用到的材料大部分都是以前的雕刻機項目剩下的材料，倒是省了不少時間，時間寶貴，當然怎么簡單有效怎么來了，編碼器連接件等東西是這幾天加工出來的，abs材料
來張機械結構渲染圖，比賽的時候并沒有把全部結果畫出來，畫出個大概就開始做了，那些細節都是比賽后加上去的：

具體的solidworks文件、工程圖全部打包在附件中

接下來是電路部分，由于這是控制類題，所以電路比較簡單，24v開關電源供電，2596-5v供系統工作，一塊arduino nano，一塊tb6560，一個ADC鍵盤用于現場演示，兩個mini絕對型編碼器1024線
ADC鍵盤，一個ADC口檢測10個按鍵，我估計檢測16個沒問題：

tb6560：

2596穩壓：

2014.10.26更新：
系統函數圖如下：

在接下來就是程序了
總共寫了14個版本程序，最后用的就是PID_1_3、PID_1_4，所以這里就給出這兩個版本的注釋吧：
///////////PID_1_3/////////
PID_1_3.ino :主程序，開機自動檢測0°并計算出180°，之后進入循環功能演示。平衡采用PID控制，第一個PID，以擺桿角度作為作為輸入，步進電機速度作為輸出。第二個PID，以步進速度作為輸入，平衡點作為輸出（180°±8°）
當擺桿在-110°~-180°或110°~180°范圍內時，進行平衡控制，否則關閉步進輸出

編碼器讀數、PID控制放在Timer2中斷中，以保證控制周期精準，控制周期5ms
串口命令讀取、狀態發送放在主函數循環中

起擺思路1：反復震蕩擺桿使其擺角越來越大；步進電機往一個方向運動一點距離，停止，等待擺桿達到最高點，再反向運動，停止，等待擺桿達到反向最高點，如此反復，擺桿進入平衡范圍后進行平衡控制（起擺時間太長，不采用）

起擺思路2：步進電機突然給一個方向速度，再急剎車，擺桿由于慣性繼續圓周運動，當進入平衡范圍時，進行平衡控制（時間基本1s以內)

起擺思路3：步進電機突然給一個方向速度，再急剎車，等待擺桿達到最高點，步進電機再反向快速運動，以提高擺桿動能（桿子太重可用此方法)

Stepp.ino :步進電機驅動，使用了Timer1，setStepperSpeed(long myspeed)用于更新速度，StepperEvent()根據速度值驅動步進，如果有加減速效果會更好

Command.ino :接收命令，更新參數，P100代表參數P=100,etc

Encoder.ino :絕對型編碼器讀數

Filter.ino :FIR低通濾波、中值濾波

function1~6.ino ：分別實現基本要求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 : 將讀取串口數據改為讀取ADC鍵盤值，ADC鍵盤優點：僅一個AD口可實現10個按鍵，缺點：讀數略復雜，只能單點按鍵，適合atmega328管腳少的芯片

其他函數同PID_1_3

程序比較長，這里就貼出PID_1_3的主函數吧，完整代碼附在附件中：
文件夾說明

AccelStepper、AccelStepperConstSpeedTest 為AccelStepper步進電機驅動庫

Encode_SwingUp、MiniEncoderTest 編碼器測試

KeyTest ADC鍵盤測試

MotorPID、MotoTest 直流減速電機方案測試

pendulum_program_PID Jiyue He(何吉越)的倒立擺方案

PID 我的倒立擺控制程序

PWMTest pwm頻率測試

TimerOneStepper TimerOne庫測試

pid說明：
PID_0_3 ~PID_1_2為測試版本，其中有的版本使用直流減速電機，有的版本使用步進電
機
PID_1_3：最終版本，使用串口作為調試手段
PID_1_4：最終版本，將串口調試改為鍵盤調試

硬件：
AVR atmega328，arduino nano
步進電機+TB6050
絕對型編碼器x2（檢測擺桿角度、步進）
12864液晶屏（最終沒用上）
ADC鍵盤
24V電源

///////////PID_1_3/////////
PID_1_3.ino :主程序，開機自動檢測0°并計算出180°，之后進入循環功能演示。平衡采用PID控制，第一個PID，以擺桿角度作為作為輸入，步進電機速度作為輸出。第二個PID，以步進速度作為輸入，平衡點作為輸出（180°±8°）
當擺桿在-110°~-180°或110°~180°范圍內時，進行平衡控制，否則關閉步進輸出

編碼器讀數、PID控制放在Timer2中斷中，以保證控制周期精準，控制周期5ms
串口命令讀取、狀態發送放在主函數循環中

起擺思路1：步進電機往一個方向運動一點距離，停止，等待擺桿達到最高點，再反向運動，停止，等待擺桿達到反向最高點，如此反復，擺桿進入平衡范圍后進行平衡控制（起擺時間太長，不采用）
起擺思路2：步進電機突然給一個方向速度，再急剎車，擺桿由于慣性繼續圓周運動，當進入平衡范圍時，進行平衡控制（時間基本1s以內)
起擺思路3：步進電機突然給一個方向速度，再急剎車，等待擺桿達到最高點，步進電機再反向快速運動，以提高擺桿動能（桿子太重可用此方法)

Stepp.ino :步進電機驅動，使用了Timer1，setStepperSpeed(long myspeed)用于更新速度，StepperEvent()根據速度值驅動步進，如果有加減速效果會更好

Command.ino :接收命令，更新參數，P100代表參數P=100,etc

Encoder.ino :絕對型編碼器讀數

Filter.ino :FIR低通濾波、中值濾波

function1~6.ino ：分別實現基本要求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 : 將讀取串口數據改為讀取ADC鍵盤值，ADC鍵盤優點：僅一個AD口可實現10個按鍵，缺點：讀數略復雜，只能單點按鍵，適合atmega328管腳少的芯片

其他函數同PID_1_3

視頻、圖片在這里：

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

TB6560.rar

4.42 MB, 下載次數: 131, 下載積分: 黑幣 -5

倒立擺.part1.rar

7.81 MB, 下載次數: 245, 下載積分: 黑幣 -5

倒立擺.part2.rar

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倒立擺.part3.rar

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倒立擺.part4.rar

7.4 MB, 下載次數: 169, 下載積分: 黑幣 -5

作者: @小明 時間: 2016-10-20 23:39
好帖啊！怎么無人問津呢

作者: cqzk 時間: 2016-11-28 09:29
好帖子！

作者: 小灰灰的哥哥 時間: 2017-6-9 22:49
好帖！

作者: 電子癡 時間: 2017-6-12 11:22
好帖啊

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

作者: lengrang911 時間: 2017-6-20 22:48
過程很詳細，學習了。

作者: halo2489 時間: 2017-7-25 10:11
我在做先關心下，看看大神怎么做

作者: 580010 時間: 2017-7-26 13:35
過程很詳細學習了

作者: 569837106 時間: 2017-7-26 15:30
過程很詳細學習了666666

作者: xintaio 時間: 2017-7-26 19:24
真的想學習下

作者: vadzbchva 時間: 2017-7-28 17:19
好貼，怎么程序沒拿點出來參考參考呀？

作者: a317682387 時間: 2017-7-29 21:15
樓主好人~！

作者: oldstone 時間: 2017-8-25 11:19
很厲害呀，佩服佩服！我們這邊的題不是這個，我做的室內LED光源定位，結果程序沒時間調試了，只有個三等獎。。。。。

作者: 偶游QHD 時間: 2017-9-1 16:53
高手,佩服!

作者: 389056325 時間: 2017-11-10 15:50
好貼好貼

作者: david888 時間: 2017-11-11 10:22
這個設計做的很實在，思想是用手頂產生倒立來設計的，很好。

作者: david888 時間: 2017-11-11 10:23
是怎么來判定E擺桿剛好在倒立位置上，謝謝

作者: Leon丶 時間: 2017-11-21 15:49
最近正在學習倒立擺，不錯的學習貼，屑屑樓主的分享

作者: lujunda2 時間: 2017-11-22 13:52
這個就膩害了，應用在機器人作業上肯定牛逼

作者: ashbali 時間: 2017-12-1 14:42
真的很給力的資料

作者: 卡爾曼濾波 時間: 2018-1-1 21:24
佩服!

作者: juou88 時間: 2018-1-17 12:35
太厲害了

作者: 我只是個弟弟啊 時間: 2018-3-20 20:27
為什么顯示壓縮文件已損壞？？

作者: admin 時間: 2018-3-20 21:59

我只是個弟弟啊發表于 2018-3-20 20:27
為什么顯示壓縮文件已損壞？？

分卷壓縮包，要全部下載后放在一起解壓

作者: 六六六jp 時間: 2018-4-10 18:04
我見過參加比賽的作品，精致程度跟這個簡直沒法比，這個這個作品真的是太精致了！

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

作者: wwqkd 時間: 2018-5-7 21:56
這個程序為什么編譯失敗，有人遇到跟我一樣的情況嗎

作者: lemon233 時間: 2018-5-14 16:14
好厲害啊

作者: onlyy 時間: 2018-6-6 17:33
厲害！！！！

作者: wangxianlong 時間: 2018-7-31 22:54
我想請問一下樓主，你的自動起擺是用的算法還是寫死的？

作者: wangxianlong 時間: 2018-7-31 22:54
也就是說擺在自由晃動是還可以自動起擺嗎？

作者: wangxianlong 時間: 2018-7-31 22:55
我一直沒有想明白如何通過算法自動起擺，我想借鑒一下樓主的方法

作者: owenli520 時間: 2018-9-5 14:26
ADC電路的電阻值是多少，測量的電壓值分別是多少?

作者: youxianke 時間: 2018-10-23 20:10
牛貼，頂一個，PID真是好啊！

作者: 520lzz 時間: 2018-12-29 17:36
過程很詳細啊，謝謝大神分享

作者: hyl百年孤獨 時間: 2019-1-18 22:10
好帖，有個問題想請教一下樓主，兩個PID環6個參數要怎么調，是先調以擺桿角度作為作為輸入，步進電機速度作為輸出的環。還是先調以步進速度作為輸入，平衡點作為輸出的環

作者: 小小森 時間: 2019-3-10 23:49
謝謝樓主，對我幫助很大好貼！

作者: 未全開 時間: 2019-3-23 22:47
請問機械結構樓主哪里買的

作者: 記憶地帶 時間: 2019-7-16 19:31
謝謝啊！很給力，給我們這些后來的人一個參考

作者: Ryze 時間: 2019-7-24 12:22
研究一下，樓主這個做的很精致

作者: 遷就 時間: 2019-7-29 08:39
謝謝分享

作者: 小譚1111 時間: 2019-8-6 19:22
工程都打不開

作者: zhangjinming 時間: 2019-12-4 12:48
先收藏了，謝謝樓主

作者: 胡狼 時間: 2020-5-22 11:55
絕對的好貼！贊贊贊

作者: jjwangxu2008 時間: 2020-7-6 16:01
好帖啊！怎么無人問津呢

歡迎光臨 (http://m.zg4o1577.cn/bbs/)

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