電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽-旋轉(zhuǎn)倒立擺-整體方案

ID:112317 · 發(fā)表于 2016-4-9 19:20

電賽結(jié)束了一段時(shí)間了，趁這段時(shí)間，總結(jié)、整理一下自己的方案

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先來(lái)看看題目要求吧：

看完題目，經(jīng)過(guò)一番思索和百度之后，有了大概的方案，于是乎開(kāi)始準(zhǔn)備材料，設(shè)計(jì)機(jī)械（我負(fù)責(zé)），同時(shí)其他隊(duì)員開(kāi)始設(shè)計(jì)tb6560驅(qū)動(dòng)、電源模塊等等，當(dāng)然如果你本來(lái)就打算選擇控制類題目，步進(jìn)、直流電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)最好在比賽之前就有充分的準(zhǔn)備，我們是使用現(xiàn)成模塊的同時(shí)開(kāi)始制作tb6560（比賽的時(shí)候其實(shí)評(píng)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(jī)項(xiàng)目剩下的材料，倒是省了不少時(shí)間，時(shí)間寶貴，當(dāng)然怎么簡(jiǎn)單有效怎么來(lái)了，編碼器連接件等東西是這幾天加工出來(lái)的，abs材料
來(lái)張機(jī)械結(jié)構(gòu)渲染圖，比賽的時(shí)候并沒(méi)有把全部結(jié)果畫(huà)出來(lái)，畫(huà)出個(gè)大概就開(kāi)始做了，那些細(xì)節(jié)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(lái)是電路部分，由于這是控制類題，所以電路比較簡(jiǎn)單，24v開(kāi)關(guān)電源供電，2596-5v供系統(tǒng)工作，一塊arduino nano，一塊tb6560，一個(gè)ADC鍵盤用于現(xiàn)場(chǎng)演示，兩個(gè)mini絕對(duì)型編碼器1024線
ADC鍵盤，一個(gè)ADC口檢測(cè)10個(gè)按鍵，我估計(jì)檢測(cè)16個(gè)沒(méi)問(wèn)題：

tb6560：

2596穩(wěn)壓：

2014.10.26更新：
系統(tǒng)函數(shù)圖如下：

在接下來(lái)就是程序了
總共寫了14個(gè)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(gè)版本的注釋吧：
///////////PID_1_3/////////
PID_1_3.ino :主程序，開(kāi)機(jī)自動(dòng)檢測(cè)0°并計(jì)算出180°，之后進(jìn)入循環(huán)功能演示。平衡采用PID控制，第一個(gè)PID，以擺桿角度作為作為輸入，步進(jìn)電機(jī)速度作為輸出。第二個(gè)PID，以步進(jìn)速度作為輸入，平衡點(diǎn)作為輸出（180°±8°）
當(dāng)擺桿在-110°~-180°或110°~180°范圍內(nèi)時(shí)，進(jìn)行平衡控制，否則關(guān)閉步進(jìn)輸出

編碼器讀數(shù)、PID控制放在Timer2中斷中，以保證控制周期精準(zhǔn)，控制周期5ms
串口命令讀取、狀態(tài)發(fā)送放在主函數(shù)循環(huán)中

起擺思路1：反復(fù)震蕩擺桿使其擺角越來(lái)越大；步進(jìn)電機(jī)往一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)一點(diǎn)距離，停止，等待擺桿達(dá)到最高點(diǎn)，再反向運(yùn)動(dòng)，停止，等待擺桿達(dá)到反向最高點(diǎn)，如此反復(fù)，擺桿進(jìn)入平衡范圍后進(jìn)行平衡控制（起擺時(shí)間太長(zhǎng)，不采用）

起擺思路2：步進(jìn)電機(jī)突然給一個(gè)方向速度，再急剎車，擺桿由于慣性繼續(xù)圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)進(jìn)入平衡范圍時(shí)，進(jìn)行平衡控制（時(shí)間基本1s以內(nèi))

起擺思路3：步進(jìn)電機(jī)突然給一個(gè)方向速度，再急剎車，等待擺桿達(dá)到最高點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)再反向快速運(yùn)動(dòng)，以提高擺桿動(dòng)能（桿子太重可用此方法)

Stepp.ino :步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使用了Timer1，setStepperSpeed(long myspeed)用于更新速度，StepperEvent()根據(jù)速度值驅(qū)動(dòng)步進(jìn)，如果有加減速效果會(huì)更好

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

Encoder.ino :絕對(duì)型編碼器讀數(shù)

Filter.ino :FIR低通濾波、中值濾波

function1~6.ino ：分別實(shí)現(xiàn)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(shù)據(jù)改為讀取ADC鍵盤值，ADC鍵盤優(yōu)點(diǎn)：僅一個(gè)AD口可實(shí)現(xiàn)10個(gè)按鍵，缺點(diǎn)：讀數(shù)略復(fù)雜，只能單點(diǎn)按鍵，適合atmega328管腳少的芯片

其他函數(shù)同PID_1_3

程序比較長(zhǎng)，這里就貼出PID_1_3的主函數(shù)吧，完整代碼附在附件中：
文件夾說(shuō)明

AccelStepper、AccelStepperConstSpeedTest 為AccelStepper步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)庫(kù)

Encode_SwingUp、MiniEncoderTest 編碼器測(cè)試

KeyTest ADC鍵盤測(cè)試

MotorPID、MotoTest 直流減速電機(jī)方案測(cè)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(cè)試

TimerOneStepper TimerOne庫(kù)測(cè)試

pid說(shuō)明：
PID_0_3 ~PID_1_2為測(cè)試版本，其中有的版本使用直流減速電機(jī)，有的版本使用步進(jìn)電
機(jī)
PID_1_3：最終版本，使用串口作為調(diào)試手段
PID_1_4：最終版本，將串口調(diào)試改為鍵盤調(diào)試

硬件：
AVR atmega328，arduino nano
步進(jìn)電機(jī)+TB6050
絕對(duì)型編碼器x2（檢測(cè)擺桿角度、步進(jìn)）
12864液晶屏（最終沒(méi)用上）
ADC鍵盤
24V電源

///////////PID_1_3/////////
PID_1_3.ino :主程序，開(kāi)機(jī)自動(dòng)檢測(cè)0°并計(jì)算出180°，之后進(jìn)入循環(huán)功能演示。平衡采用PID控制，第一個(gè)PID，以擺桿角度作為作為輸入，步進(jìn)電機(jī)速度作為輸出。第二個(gè)PID，以步進(jìn)速度作為輸入，平衡點(diǎn)作為輸出（180°±8°）
當(dāng)擺桿在-110°~-180°或110°~180°范圍內(nèi)時(shí)，進(jìn)行平衡控制，否則關(guān)閉步進(jìn)輸出

編碼器讀數(shù)、PID控制放在Timer2中斷中，以保證控制周期精準(zhǔn)，控制周期5ms
串口命令讀取、狀態(tài)發(fā)送放在主函數(shù)循環(huán)中

起擺思路1：步進(jìn)電機(jī)往一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)一點(diǎn)距離，停止，等待擺桿達(dá)到最高點(diǎn)，再反向運(yùn)動(dòng)，停止，等待擺桿達(dá)到反向最高點(diǎn)，如此反復(fù)，擺桿進(jìn)入平衡范圍后進(jìn)行平衡控制（起擺時(shí)間太長(zhǎng)，不采用）
起擺思路2：步進(jìn)電機(jī)突然給一個(gè)方向速度，再急剎車，擺桿由于慣性繼續(xù)圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)進(jìn)入平衡范圍時(shí)，進(jìn)行平衡控制（時(shí)間基本1s以內(nèi))
起擺思路3：步進(jìn)電機(jī)突然給一個(gè)方向速度，再急剎車，等待擺桿達(dá)到最高點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)再反向快速運(yùn)動(dòng)，以提高擺桿動(dòng)能（桿子太重可用此方法)

Stepp.ino :步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使用了Timer1，setStepperSpeed(long myspeed)用于更新速度，StepperEvent()根據(jù)速度值驅(qū)動(dòng)步進(jìn)，如果有加減速效果會(huì)更好

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

Encoder.ino :絕對(duì)型編碼器讀數(shù)

Filter.ino :FIR低通濾波、中值濾波

function1~6.ino ：分別實(shí)現(xiàn)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(shù)據(jù)改為讀取ADC鍵盤值，ADC鍵盤優(yōu)點(diǎn)：僅一個(gè)AD口可實(shí)現(xiàn)10個(gè)按鍵，缺點(diǎn)：讀數(shù)略復(fù)雜，只能單點(diǎn)按鍵，適合atmega328管腳少的芯片

其他函數(shù)同PID_1_3

視頻、圖片在這里：

ID:140769 · 發(fā)表于 2016-10-20 23:39

好帖啊！怎么無(wú)人問(wèn)津呢

ID:150441 · 發(fā)表于 2016-11-28 09:29

好帖子！

ID:136029 · 發(fā)表于 2017-6-9 22:49

好帖！

ID:210375 · 發(fā)表于 2017-6-12 11:22

好帖啊

ID:186619 · 發(fā)表于 2017-6-14 14:43

我靠，做的太好了，佩服佩服

ID:213116 · 發(fā)表于 2017-6-20 22:48

過(guò)程很詳細(xì)，學(xué)習(xí)了。

ID:221903 · 發(fā)表于 2017-7-25 10:11

我在做先關(guān)心下，看看大神怎么做

ID:214944 · 發(fā)表于 2017-7-26 13:35

過(guò)程很詳細(xì)學(xué)習(xí)了

ID:222554 · 發(fā)表于 2017-7-26 15:30

過(guò)程很詳細(xì)學(xué)習(xí)了666666

ID:222399 · 發(fā)表于 2017-7-26 19:24

真的想學(xué)習(xí)下

ID:223039 · 發(fā)表于 2017-7-28 17:19

好貼，怎么程序沒(méi)拿點(diǎn)出來(lái)參考參考呀？

ID:210186 · 發(fā)表于 2017-7-29 21:15

樓主好人~！

ID:221722 · 發(fā)表于 2017-8-25 11:19

很厲害呀，佩服佩服！我們這邊的題不是這個(gè)，我做的室內(nèi)LED光源定位，結(jié)果程序沒(méi)時(shí)間調(diào)試了，只有個(gè)三等獎(jiǎng)。。。。。

ID:187533 · 發(fā)表于 2017-9-1 16:53

高手,佩服!

ID:245836 · 發(fā)表于 2017-11-10 15:50

好貼好貼

ID:231046 · 發(fā)表于 2017-11-11 10:22

這個(gè)設(shè)計(jì)做的很實(shí)在，思想是用手頂產(chǎn)生倒立來(lái)設(shè)計(jì)的，很好。

ID:231046 · 發(fā)表于 2017-11-11 10:23

是怎么來(lái)判定E擺桿剛好在倒立位置上，謝謝

ID:251915 · 發(fā)表于 2017-11-21 15:49

最近正在學(xué)習(xí)倒立擺，不錯(cuò)的學(xué)習(xí)貼，屑屑樓主的分享

ID:252134 · 發(fā)表于 2017-11-22 13:52

這個(gè)就膩害了，應(yīng)用在機(jī)器人作業(yè)上肯定牛逼

ID:256017 · 發(fā)表于 2017-12-1 14:42

真的很給力的資料

ID:269900 · 發(fā)表于 2018-1-1 21:24

佩服!

ID:120747 · 發(fā)表于 2018-1-17 12:35

太厲害了

ID:294375 · 發(fā)表于 2018-3-20 20:27

為什么顯示壓縮文件已損壞？？

ID:1 · 發(fā)表于 2018-3-20 21:59

我只是個(gè)弟弟啊發(fā)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

ID:256712 · 發(fā)表于 2018-4-10 18:04

我見(jiàn)過(guò)參加比賽的作品，精致程度跟這個(gè)簡(jiǎn)直沒(méi)法比，這個(gè)這個(gè)作品真的是太精致了！

ID:304879 · 發(fā)表于 2018-4-20 08:56

好帖！�。。�！

ID:202351 · 發(fā)表于 2018-5-7 21:56

這個(gè)程序?yàn)槭裁淳幾g失敗，有人遇到跟我一樣的情況嗎

ID:329689 · 發(fā)表于 2018-5-14 16:14

好厲害啊

ID:346317 · 發(fā)表于 2018-6-6 17:33

厲害！�。�！

ID:250245 · 發(fā)表于 2018-7-31 22:54

我想請(qǐng)問(wèn)一下樓主，你的自動(dòng)起擺是用的算法還是寫死的？

ID:250245 · 發(fā)表于 2018-7-31 22:54

也就是說(shuō)擺在自由晃動(dòng)是還可以自動(dòng)起擺嗎？

ID:250245 · 發(fā)表于 2018-7-31 22:55

我一直沒(méi)有想明白如何通過(guò)算法自動(dòng)起擺，我想借鑒一下樓主的方法

ID:314863 · 發(fā)表于 2018-9-5 14:26

ADC電路的電阻值是多少，測(cè)量的電壓值分別是多少?

ID:399899 · 發(fā)表于 2018-10-23 20:10

牛貼，頂一個(gè)，PID真是好��！

ID:458192 · 發(fā)表于 2018-12-29 17:36

過(guò)程很詳細(xì)啊，謝謝大神分享

ID:296549 · 發(fā)表于 2019-1-18 22:10

好帖，有個(gè)問(wèn)題想請(qǐng)教一下樓主，兩個(gè)PID環(huán)6個(gè)參數(shù)要怎么調(diào)，是先調(diào)以擺桿角度作為作為輸入，步進(jìn)電機(jī)速度作為輸出的環(huán)。還是先調(diào)以步進(jìn)速度作為輸入，平衡點(diǎn)作為輸出的環(huán)

ID:295704 · 發(fā)表于 2019-3-10 23:49

謝謝樓主，對(duì)我?guī)椭艽?好貼！

ID:293448 · 發(fā)表于 2019-3-23 22:47

請(qǐng)問(wèn) 機(jī)械結(jié)構(gòu)樓主哪里買的

ID:584101 · 發(fā)表于 2019-7-16 19:31

謝謝�。『芙o力，給我們這些后來(lái)的人一個(gè)參考

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