[发明专利]一种旋转倒立摆装置

说明书

技术领域

本发明属于倒立摆系统领域，尤其涉及一种旋转倒立摆装置。

背景技术

在监测领域中，倒立摆系统是一个多变量、不稳定、非线性系统，不仅是进行控制实验与控制理论教学的很好的一类模型，而且倒立摆系统能够很好的用来验证新的算法。旋转倒立摆系统比直线倒立摆更加复杂和不稳定，系统的阶数比直线倒立摆更高。当前对直线倒立摆的研究成果较多，技术相对成熟，而对旋转倒立摆的研究相对较少。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供一种旋转倒立摆装置。

一种旋转倒立摆装置，其特征在于包括电源模块、传感器模块、主控制器、倒立摆支架、水平面旋转臂、摆杆和驱动模块；其中电源模块与主控制器相连接；传感器与主控制器相连接；主控制器与驱动模块相连接；传感器设置于水平旋转臂上；摆杆安装在倒立摆支架的一端。

本发明所述的一种旋转倒立摆装置，其特征在于所述主控制器采用的为ATmega16单片机。

本发明所述的一种旋转倒立摆装置，其特征在于所述电源部分设置为两部分，输出电压分别为5V和12V。

本发明所述的一种旋转倒立摆装置，其特征在于所述驱动模块采用BTS7960模块作为驱动模块。

本发明所述的一种旋转倒立摆装置，其特征在于所述传感器为角度传感器。

本发明所述的一种旋转倒立摆装置，其特征在于所述角度传感器为电阻式角度传感器。

本发明所述的一种旋转倒立摆装置，通过机械结构的有效调整，控制器及传感器的配合，能够较快速地趋于稳定，受到干扰后能够较快恢复稳定，在控制领域中得到了广泛的应用，本发明所述的一种旋转倒立摆装置，结构简单，操作方便，适于推广使用。

说明书附图

图1为本发明的结构示意框图。

具体实施方式

一种旋转倒立摆装置，其特征在于包括电源模块、传感器模块、主控制器、倒立摆支架、水平面旋转臂、摆杆和驱动模块；其中电源模块与主控制器相连接；传感器与主控制器相连接；主控制器与驱动模块相连接；传感器设置于水平旋转臂上；摆杆安装在倒立摆支架的一端。

本发明所述的一种旋转倒立摆装置，所述主控制器采用的为ATmega16单片机，主控制器只需要能正常工作即可，而且不需要单片机工作在多机方式，所以单片机工作在最小模式。由于需要使用A/D转换部分且角度传感器采用5V供电，所以A/D转换的基准源使用ATmega16单片机外部的AREF引脚作为基准源接到5V电源上。所述电源部分设置为两部分，一是给单片机最小系统、角度传感器和电机驱动供电的5V电源；二是专门为电机驱动部分供电的12V电源。采用12V开关电源为系统供电，最大电流能够达到5A，足够用于电机驱动旋转臂使得摆杆趋于稳定。5V电源采用LM7805三端稳压芯片将12V电压降至稳定的5V，对于此电压的要求比较严格，因为单片机的A/D转换部分所需基准源必须足够稳定。所述驱动模块采用BTS7960模块作为驱动模块，在旋转倒立摆系统中，电机部分相对比较重要，对于电机驱动的要求较高，尤其是驱动功率要足够大，能够使得电机提供较大的转矩，所以选用BTS7960模块作为驱动。所述传感器为角度传感器。所述角度传感器为电阻式角度传感器，对于倒立摆系统，角度的采集至关重要，关乎整个系统的成败。首先精度要达到要求，其次采集角度的频率要足够快。使用ATmega16单片机的A/D转换部分得到摆杆对应位置的电压值，ATmega16单片机的A/D转换精度最高能够达到十位，足够用于旋转倒立摆系统。该角度传感器的原理就是一个圆周型滑动变阻器，当转轴转过一定角度时，输出的电压不同，即可得到该位置的角度值。用ATmega16单片机作为主控元件，以BTS7960模块作为驱动器，使用直流伺服电机作为驱动电机。旋转倒立摆通过对水平面上的旋转臂转过的角度的控制使得竖直方向的摆杆逐渐趋于倒立状态，摆杆倒立时与竖直向上方向夹角为0°。对于倒立摆的研究有起摆问题和平衡点的稳定控制问题。