风力摆pid调节，风力摆控制系统_风力摆系统结构图解

很多朋友对风力摆pid调节，风力摆控制系统_风力摆系统结构图解不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

风驱动摆系统是一种利用风力控制物体位置的设备。虽然国内还没有成品销售和应用，但是这种控制理论已经在各个方面得到了应用。目前普遍存在的问题是风摆系统的自动化控制水平不高。1、基于AT89S52和驱动电路L298N的风摆控制系统由控制器AT89S52、驱动电路L298N、风摆运动部件、摆角检测电路、人机交互键盘和液晶显示五部分组成。1.1 AT89S52控制器

AT89S52是一款低功耗、高性能CMOS8位微控制器，内置8K在线可编程闪存。它采用Atmel的高密度非易失性存储器技术制造，完全兼容工业80C51产品的指令和引脚。片内Flash允许程序存储器在系统中可编程，也适用于常规程序员。时钟频率、存储空间和基本接口完全可以满足系统控制要求。1.2 L298N直流风扇驱动

L298N是一款高输入电压、双H桥大电流输出驱动的集成电路。输入信号兼容TTL电平，最大输入电压为46V，最大输出DC电流为4A。它可以驱动执行机构，如DC电机，步进电机或继电器。它有两个使能控制端子，允许设备控制两个输入信号而不受输入信号的影响，因此一个L298N芯片可以驱动两个DC电机。

通过输入PWM脉冲，控制施加到DC电机的平均电压，从而控制风扇的速度[1]。

1.3 MPU6050三维角度传感器MPU是一个6轴运动检测传感器，包括一个三轴陀螺仪的角速度检测。内置16g位A/D转换器，可实现X、Y、Z轴250、500、1000、2000/s可控数字输出，2g、4g可实现三轴加速度检测。此外，芯片中集成了数字运动处理器DMP，完成三维运动数据处理或运动姿态识别。

MPU6050固定在风摆上，通过它监测风摆的角度，并将采集的数据送到控制器进行处理。由MPU6050构成的角度监测电路如图2所示。1.4 LCD液晶显示电路系统采用12864LCD，用于显示角度、幅度等参数。为了节省单片机I/O口资源，LCD选择串行通信方式完成信息传输。1.5按键电路

为了设置风摆的运动方式、距离、偏转角度等参数，并考虑电路的简单性，选用了5个结构独立的按键组成按键电路，分别连接到单片机的I/O口。

2、风摆控制算法由于风摆处于运动状态，控制器不断采集姿态数据并做出判断，然后控制风扇修正摆的运动轨迹。这是一个典型的伺服系统。由于很难建立被控对象的精确数学模型，所以采用了数字PID控制算法。PID算法PID算法是控制偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)的调节算法[3]。数字PID算法如(1)。

[uk=kpekttij=0 kej tdtek-ek-1] (1)其中uk为控制量，e(k)为控制偏差，Kp为比例系数，T为系统的采样周期，TI为积分时间，TD为微分时间。因为风摆的实时性要求高，而且要能快速响应钟摆的运动，所以除了比例调节，还要有微分调节。由于积分调节过程会增加调节时间，算法采用PD调节器计算偏差得到控制量。[e=set_angle-cur_angle]

其中e是摆的偏差，set_angle是摆的设定角度，cur_angle是当前摆的收集角度。【u=Kpek TDTek-ek-1=Kpek Kd？Ek] (2)其中Kd是微分系数。通过上述算法计算出控制量U(最后将控制量转换成PWM)，由计算出的PWM控制量控制风扇转速，反复调整Kp和Kd值，使控制系统的运动性能满足要求。

3、结论实验结果表明，通过反复测试和调整PD调节器的参数，风扇可以控制钟摆做指定长度的直线运动、指定角度的直线运动和指定半径的圆周运动，在稳定性、准确性和快速性方面都能满足设计要求。基于STM32的风摆系统结构图

该系统由微处理器STM32、直流风扇和驱动器、惯性测量单元MPU6050、有机发光二极管显示器、4X4矩阵键盘和蜂鸣器组成。系统操作可分为两部分：风摆的控制部分和预设值的输入显示部分。风摆的控制是通过STM32定时器输出频率和占空比可调的PWM波，然后直流风扇的转数与PWM波的占空比成线性关系，从而控制风摆的摆动。

预设值输入和显示是通过矩阵键盘将预设值输入到微处理器。然后处理器将数据发送到有机发光二极管进行显示。单片机解算MPU6050的三轴加速度数据和三轴角速度数据，得到风偏转角，形成信号反馈回路。形成闭环控制系统。控制算法是PI调节。

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