倒立摆控制系统

硬件设计

倒立摆是按照电赛的要求进行制作，硬件使用了带编码器反馈的减速电机、光电编码器和32F103ZET6单片 机最小系统。注意事项：结构一定要稳定，底盘一定要稳！倒立摆系统很敏感，一点不稳定都会进行放大，从而影响算法产生的结果反馈，给算法参数整定造成极大的麻烦。我程序中使用的光电编码器为单线脉冲加方向线，使用定时器脉冲计数功能进行读取，减速电机为AB相编码器，使用定时器的正交解码读取。下面是对最后一个题目进行测试的一个视频。

倒立摆视频

设计思路

通过减速电机带动主杆转动，光电编码器反馈平衡杆的状态信息，用PID调节减速电机转速 使平衡杆平衡，没啥难点，用串级PID做还是挺轻松的，这里用不到数学公式。

PID部分

倒立摆使用的是串级PID，对于串级PID的整定并不容易，倒立摆我首先调整的是位置环的参数，大概步骤如下：
1.关闭电机速度环，只启动光电编码器的位置环。
2.测试PID各个参数对实际平衡效果的影响，大概就是将某一个参数调大或调小，看参数对实际系统的效果。
3.凭经验（凭感觉）找出大概参数范围，根据波形图进行微调。
4.最后整定成功位置环大概表现为：可以稳定较长时间，最后会向一个方向加速运动，最后失去平衡。因为我用的光电编码器做连接，连接处很灵活，单环做到平衡很难，最后我也没做到消除单向加速的效果。
其次是调整速度环的参数，调整速度环的时候位置环参数不要随便改，其他步骤同上，最后完成时表现：没有外部强干扰时，可以长时间稳定，在直到编码器产生较大的零点漂移才会失去平衡。
最后对两个环的参数进行配合性的微调，会增强抗干扰能力。
大概说一下参数调整思路吧，位置环为了保证平衡，有时候PWM的叠加速度会跟不上平衡杆倒下倾向的加速度，这个PWM叠加速度再快也无法避免，因为平衡杆总会在一定角度产生另一种平衡，这时就需要速度环，对转速再次进行叠加，让平衡杆的偏倒方向发生改变，向反方向运动。位置环调整的好坏决定了方向改变的频率，如果连接处摩擦力稍大，甚至可以长时间保持直立平衡不晃动，速度环调整是找一种我们需要的平衡，速度环有两个现象是互补的，比方说，我可以让平衡杆保持完全直立不动，不会来回晃动，但是抗干扰能力非常差，也可以晃动的非常厉害，但是怎么动它都不会倒，这取决于使用要求进行调整。
我的视频上的抗干扰是有一些另外的算法对其速度进行调整，当平衡杆被打下平衡极限的时候，PID算法已经不适用。

总结

总体来讲难度并不高，硬件问题解决后，软件唯一难点就是PID参数的整定，找到思路后可以快速完成。