基于ARM單片機的智能旋轉倒立擺系統設計

　　3.3 運動控制模塊硬件電路詳細設計

　　通過BTN7971芯片來驅動BN-260伺服電機。單片機的FTM通道輸出PWM信號，就可以實現伺服電機的調速以及正反轉等功能。電路如圖5所示，74LS244暫存器的應用能夠有效保護電機[3]。K60單片機輸出的PWM信號具有很高的控制精度，設置其PWM分度為兩萬分之一。

　　4 控制PID算法分析與應用

　　針對本系統控制對象伺服電機的特點，采用位置式按角度偏差的比例、積分、微分進行控制，即增量式數字PID控制。

　　數字PID控制算法是以模擬PID調節(jié)器控制為基礎的，由于單片機是一種采樣控制。它只能根據采樣時刻的偏差計算控制量。但是如果采樣周期T取得足夠小，采樣數值計算的方法逼近可相當準確，被控過程與連續(xù)控制十分接近。離散化后的PID算式為：

　　本系統中采用增量式算法，是由于增量式算法只需保持以前三個時刻的偏差即可，既節(jié)省了資源又不會產生較大的積累誤差。實驗證明，這種控制方式可以加快系統階躍響應、減小超調量，并具有較高的精度。

　　5 軟件設計與分析

　　設置撥碼開關，撥碼開關四位信號輸入給單片機，單片機通過模式判斷運行相應程序，進而完成六種控制形式。主控制程序流程圖如圖6。

　　五種控制模式的算法如下：

　　1)要求 (1)、(2)項采用比例控制，將角度設定值與一號測角導電塑料電位器輸入的倒立擺角度值做差，乘以比例系數并經過轉換后即為控制電機的PWM信號。公式為：

　　PWM值=標準值±比例系數KP *(角度設定值-角度測量值)/2。