資源描述：
《風力擺電力工程教學視屏》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、摘要木風力擺系統(tǒng)由AT89C51單片機控制系統(tǒng)、降壓模塊、姿態(tài)采集模塊、液晶顯示模塊以及風力擺機械結構組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。MMA7361采集風力擺姿態(tài)角，單片機處理姿態(tài)角數(shù)據(jù)后通過HD精確算法調(diào)節(jié)直流風機以控制風力擺。本系統(tǒng)實現(xiàn)了風力擺在僅受直流風機動力控制卜'快速起擺、畫線，畫圓，另外，本系統(tǒng)具奮良好的人機交互界面，各參數(shù)及測試模式可由按鍵輸入并通過液晶顯示，智能性好，反應速度快。關鍵詞：風力擺;PID算法;單片機;直流風機一、系統(tǒng)方案本風力擺控制系統(tǒng)主要包括單片機控制模塊、電源模塊、姿態(tài)采集模塊、風力
2、擺模塊、液晶顯示模塊、人機交互系統(tǒng)以及風力擺機械結構組成。風力擺由萬向節(jié)連接碳桿再連接風機組成。位于碳桿最下方的姿態(tài)采集模塊不斷采集風力擺當前姿態(tài)角，并返回單片機，單片機控制液品顯示姿態(tài)角數(shù)據(jù)并處理數(shù)據(jù)后通過控制PWM波占空比控制風機轉速，實現(xiàn)對風力擺的控制。本系統(tǒng)結構框如圖1.1所不。圖U系統(tǒng)結構框圖1.1電源方案的論證與選擇方案一：使用單電源接自制線性直流穩(wěn)壓源模塊。申電源同吋給控制系統(tǒng)和風機供電，方案簡單易操作。但風機轉動過程中不僅會給電源帶來紋波，而且產(chǎn)生反電壓容易使單片機被燒毀。且單電源工作負載
3、大，耗電快。方案二：采用雙電源供電。風機驅動電源和控制電源分開，電機使用12V穩(wěn)壓電源供電，單片機控制系統(tǒng)用另一塊電池接線性直流穩(wěn)壓源模塊供電。此方案可確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性，且滿足了系統(tǒng)對供電需求。綜合上述比較，考慮系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性，木系統(tǒng)采用方案二。1.2風力擺運動控制方案的選擇與論證方案一：采用2只直流風機作為動力系統(tǒng)。采用2只風機并排同向而立，分一、系統(tǒng)方案本風力擺控制系統(tǒng)主要包括單片機控制模塊、電源模塊、姿態(tài)采集模塊、風力擺模塊、液晶顯示模塊、人機交互系統(tǒng)以及風力擺機械結構組成。風力擺由萬向節(jié)連接
4、碳桿再連接風機組成。位于碳桿最下方的姿態(tài)采集模塊不斷采集風力擺當前姿態(tài)角，并返回單片機，單片機控制液品顯示姿態(tài)角數(shù)據(jù)并處理數(shù)據(jù)后通過控制PWM波占空比控制風機轉速，實現(xiàn)對風力擺的控制。本系統(tǒng)結構框如圖1.1所不。圖U系統(tǒng)結構框圖1.1電源方案的論證與選擇方案一：使用單電源接自制線性直流穩(wěn)壓源模塊。申電源同吋給控制系統(tǒng)和風機供電，方案簡單易操作。但風機轉動過程中不僅會給電源帶來紋波，而且產(chǎn)生反電壓容易使單片機被燒毀。且單電源工作負載大，耗電快。方案二：采用雙電源供電。風機驅動電源和控制電源分開，電機使用12
5、V穩(wěn)壓電源供電，單片機控制系統(tǒng)用另一塊電池接線性直流穩(wěn)壓源模塊供電。此方案可確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性，且滿足了系統(tǒng)對供電需求。綜合上述比較，考慮系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性，木系統(tǒng)采用方案二。1.2風力擺運動控制方案的選擇與論證方案一：采用2只直流風機作為動力系統(tǒng)。采用2只風機并排同向而立，分別位于擺桿兩側，通過控制風機轉速控制風力擺使激光筆畫線畫圓。此方案風力擺負載輕，但風力擺擺動過程中狀態(tài)微調(diào)和快速靜止不易實現(xiàn)。方案二：采用3只直流風機作為動力系統(tǒng)。三只風機為等邊三角形三邊，相背而立，互成120°夾角。此方案相對于方
6、案二在控制風力擺轉動過程中狀態(tài)微調(diào)方而有提升，但肉成三角形，相鄰兩風機夾角過大，依舊不利于精確控制風力擺狀態(tài)。方案三：采用4只直流風機作為動力系統(tǒng)。四只風機取一邊靠于擺桿，朝向成順時針排列，通過控制四只風機轉速控制風力擺當前狀態(tài)。此方案風力擺負載最重，但對于控制風力擺狀態(tài)最為精確，且動力最足。綜合上述比較，考慮系統(tǒng)的快速工作以及精確控制，本系統(tǒng)采用方案三。1.3角度測量方案的選擇與論證方案一：只測量風力擺關于靜止狀態(tài)吋的偏轉角。采用二維平面內(nèi)角位移傳感器測量風力擺轉動時關于靜止狀態(tài)時的偏轉角，通過控制該偏
7、轉角實現(xiàn)對流風機的控制。該方案軟件處理繁瑣，且二維平面內(nèi)的角位移傳感器不利于測量風力擺的空間位置，不利于實現(xiàn)對風力擺的精確控制。方案二：選用雙軸傾角傳感器模塊LE-60-OEMLE-60-OEM,測量重力加速度變化，轉為傾角變化，可測量雙向。具有穩(wěn)定性高、低功耗、結構簡單等優(yōu)點。響應速度為5Hz。它可以測量平衡板與水平方向的夾角，x，y方向可以測，但z軸不可測。且操作復雜，軟件處理難度大。方案三:采用三維角度傳感器。用三維角度傳感器時刻測量風力擺當前姿態(tài)，通過處理采集的姿態(tài)角數(shù)據(jù)控制風機帶動風力擺運動。此
8、方案可精確測量風力擺當前姿態(tài)，實現(xiàn)對風力擺的精確控制。綜合比較以上兩個方案，木系統(tǒng)選擇方案三。1.4控制算法的選擇方案一：采用模糊控制算法，模糊控制有許多良好的特性，它不需要事先知道對象的數(shù)學模型，具有系統(tǒng)響應快、超調(diào)小、過渡過程時間短等優(yōu)點，但編程復雜，數(shù)據(jù)處理量大。方案二：采用PID算法，按比例、積分、微分的函數(shù)關系，進行運算，將其運算結果用以輸出控制。優(yōu)點是控制精度高，且算法簡單明了。對于本系統(tǒng)的控制已足夠精確，節(jié)約了單
