[发明专利]一种帆板实验系统及帆板测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及自动控制领域，主要是一种基于PID控制技术的帆板实验系统。

背景技术

当前自动化类专业的自动控制原理实验一般基于MATLAB仿真平台实现，未能很好地和控制对象结合起来。和控制对象结合起来的几类实验，则都是专业实验，比如过程控制实验、电机控制实验、倒立摆实验等，由于涉及的对象较复杂且需较多其他专业知识，学生很难从头到尾参与到整个实验环节中来，不利于对基本控制原理的理解与掌握，实验效果并不理想。通过文献检索，国内外目前应用于实验、研究的类似系统多为磁浮球实验系统，帆板实验系统并未有成熟的产品。本课题将帆板作为实验对象，更适合本科学生的课程教学实验，研究具有一定的创新性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种基于PID控制技术的帆板实验系统。

帆板实验系统，包括角度测量模块、控制驱动模块、角度监控模块；所述的角度测量模块用于测量帆板的角度，并将角度值传送给控制驱动模块；所述的控制驱动模块包括串口通信电路、MCU控制电路和功率放大电路；所述的角度监控模块包括角度显示单元和角度设定单元；

所述的控制驱动模块接收来自角度测量模块的帆板角度值，再通过串口通信电路将帆板角度值发送给角度监控模块中的角度显示单元；同时控制驱动模块接收来自角度监控模块中的角度设定单元输入的帆板目标角度值，并将该信息与角度测量模块的帆板角度值做比较，并通过PID算法计算出当前的风扇驱动量后调节风扇风力实现将帆板控制到目标角度；

角度监控模块中的角度设定单元输入帆板目标角度值，角度监控模块将输入的目标角度值发送给控制驱动模块中的MCU控制电路，MCU控制电路根据帆板目标角度和当前角度计算出PWM波的占空比并产生相应占空比的PWM波，通过PWM波驱动功率放大电路控制风扇风速；角度显示单元接收来自控制驱动模块的帆板信息，用于显示帆板的角度或运动轨迹；

角度测量模块使用型号为MMA7260的三轴加速度计角度测量模块，系统工作时将帆板的角度通过角度测量模块测量出来，然后传送给控制驱动模块进行处理。

控制驱动模块包括串口通信电路、MCU控制电路和功率放大电路。角度监控模块包括角度显示单元和角度设定单元。

控制驱动模块接收来自角度测量模块的帆板角度值，再通过串口通信电路将帆板角度值发送给角度监控模块中的角度显示单元，用于显示帆板角度值；同时控制驱动模块接收来自角度监控模块中角度设定单元输入帆板目标角度值，并将该信息与角度测量模块的帆板角度值做比较，并采用算法，计算出当前的风扇驱动量后调节风扇风力，最终实现将帆板控制到目标角度，

角度监控模块中的角度设定单元输入帆板目标角度值，角度监控模块将输入的目标角度值发送给控制驱动模块中的MCU控制电路，MCU控制电路根据帆板目标角度和当前角度计算出PWM波的占空比并产生相应占空比的PWM波，通过PWM波驱动功率放大电路控制风扇风速；角度显示单元接收来自控制驱动模块的帆板信息，用于显示帆板的角度或运动轨迹；

串口通信电路包括第一芯片U1、USB接口、第一晶振Y1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4，所述的第一芯片U1的型号为CH341；

第一芯片U1的第六引脚与第一电容C1的一端相连接，第一电容C1的另一端接地；第一芯片U1的第七引脚与USB接口的第三引脚相连接，第八引脚与USB接口的第二引脚相连接；第一芯片U1的第九引脚同时与第四电容C4的一端、第一晶振Y1的一端相连接，第四电容C4的另一端与第一芯片U1的第十九引脚相连接并接地；第一芯片U1的第十引脚同时与第一晶振Y1的另一端、第三电容C3的一端相连接，第三电容C3的另一端接地；第一芯片U1的第十三引脚同时与第一芯片U1的第二十引脚、第二电容C2的一端相连接，并同时接5V电压；第一芯片U1的第十一引脚与第一芯片U1的第十二引脚、第二电容C2的另一端相连接，并同时接地；USB接口的第一引脚接5V电压，第五引脚接第六引脚，第四引脚接地，第一芯片U1文中未提到的引脚皆架空。