二级倒立摆的s程序 pid LQR 和模糊控制实现的仿真

前言: 参加过2015年全国大学生电子设计竞赛做风力摆控制系统的小伙伴们一定对这道题目印象深刻，不管是成功还是失败，各位肯定都是收获不少。看了网上各位大神的讨论，提出了很多解决方案和控制算法。大赛也过去好久了，现在跟各位小伙伴们分享我自己对这个题目的解决方案和看法，其中如果有分析得不对的地方，还希望各位指教。 硬件:STM32+MPU6050+L298+空心杯电机 软件:伺服随动控制器+位置式PID 实物图展示: 视频展示:

输出电压摆幅的测试与分析

此代码为电赛源码-风力摆控制系统 。 一、任务 一长约 60cm~70cm 的细管上端用万向节 固定在支架上， 下方悬挂一组（2~4 只） 直流 风机， 构成一风力摆，如图 1 所示。风力摆上 安装一向下的激光笔， 静止时，激光笔的下端 距地面不超过 20cm。 设计一测控系统， 控制 驱动各风机使风力摆按照一定规律运动，激光 笔在地面画出要求的轨迹。 二、要求 1. 基本要求 （1） 从静止开始， 15s 内控制风力摆做 类似自由摆运动， 使激光笔稳定地 在地面画出一条长度不短于 50cm 的直线段， 其线性度偏差不大于± 2.5cm， 并且具有较好的重复性； （2） 从静止开始， 15s 内完成幅度可控的摆动，画出长度在 30~60cm 间可设 置， 长度偏差不大于±2.5cm 的直线段，并且具有较好的重复性； （3） 可设定摆动方向，风力摆从静止开始， 15s 内按照设置的方向（角度） 摆动， 画出不短于 20cm 的直线段； （4） 将风力摆拉起一定角度（30° ~45° ） 放开， 5s 内使风力摆制动达到静 止状态。 图 1 风力摆结构示意B - 2 / 3 2． 发挥部分 （1） 以风力摆静止时激光笔的光点为圆心， 驱动风力摆用激光笔在地面画 圆， 30s 内需重复 3 次； 圆半径可在 15~35cm 范围内设置， 激光笔画出 的轨迹应落在指定半径±2.5cm 的圆环内； （2） 在发挥部分（1）后继续作圆周运动，在距离风力摆 1~2m 距离内用一 台 50~60W 台扇在水平方向吹向风力摆，台扇吹 5s 后停止， 风力摆能 够在 5s 内恢复发挥部分（1） 规定的圆周运动，激光笔画出符合要求的 轨迹； （3） 其他。

基于STM32设计的倒立摆设计，程序完成，PID调试成熟。

是一份参加比赛时候参考过的倒立摆程序，感觉还不错。

利用MATLAB实现带有状态观测器的状态反馈系统，观测系统的输出响应。（初始时，摆杆角度为3~5度，小车位置为0。要求稳态时摆杆角度为0，小车位置为某一给定值。）

本书的主要内容包括经典控制理论的部分实验内容和现代控制理论的部分实验内容，经典控制理论内容包括实际系统模型的建立、根轨迹分析和控制器设计、频率响应分析、PID 控制分析等内容，现代控制理论内容主要包括状态空间极点配置和线性最优控制LQR 方法，本书实验内容主要基于固高科技倒立摆完成。

本系统以 STM32 单片机作为控制系统的检测和控制中心，通过 4 个轴流风机形成风力摆。以风力为动力，通过 MPU-6050 陀螺仪和加速度计实时采集风力摆姿态信息，经过卡尔曼滤波器处理后采用 PID 算法进行精确调节,通过不断的反馈就可以精确控制风力摆的运动轨迹。本系统能够在较短时间内完成所有指定要求。

利用Labview编写的模糊控制，控制一个倒摆动运动