风力摆控制实践平台设计

　　3.1.2 微控制器

　　微控制器用Freescale公司的MK60DN512VLQ10 单片机，TSQFP50P-144N封装;内部集成硬件UART、I2C和DMA等通信模块，利用UART实现串口通信，I2C实现MPU6050通信，DMA实现图像数据的传输;具有三路独立FTM模块，多通道PWM输出功能，实现四路电机转速控制。主控板微控制器原理如图5所示。

　　3.1.3 电机驱动

　　电机驱动通过两片BTN7960驱动芯片组成H桥驱动电路，控制电机转向以及转速，电机驱动电路如图6所示。

　　3.1.4 姿态采集模块

　　采用InvenSense公司的MPU6050整合性6轴陀螺仪加速度计芯片，将加速度计、角速度计整合到一个封装内，简化电路设计;角速度感测器(陀螺仪)具有131 LSBs/°/sec 敏感度，全格感测范围为±250、±500、±1000与±2000°/sec;加速度感测器程式控制范围为±2g、±4g、±8g和±16g;采用I2C通信协议，数据传输速度较串口方式更快，具有使用方便、易于调试等特点。MPU6050原理及接口如图7所示。

3.2 软件设计

　　本系统主要通过控制四个空心杯电机的转速与方向来控制偏移零点的角度。进行类自由摆运动时，按照正弦规律，在每一时刻给一个相应的幅度值，即可使风力摆按照规定的长度画出直线段。设定不同的偏角值，使得风力摆按规定角度摆动。画圆时，对幅值在x轴、y轴进行分解，即可对风力摆进行控制。主程序流程如图8所示。

　　软件设计中，仅需要一个1ms定时中断,应用分时复用原理，及时采集风摆姿态数据，快速响应输出，程序流程图如图9所示。

4 结论

　　经实际测试，本系统硬件、软件以及机械方案可行，且具有很高精度，该设计为风力扰动控制、自由摆等相关技术应用提供了借鉴作用。

　　参考文献：

　　[1]Majid Dadafshar.加速度计和陀螺仪传感器：原理、检测及应用[J].电子产品世界,2014(6):54-57.

　　[2]周妮娜,王力,胡皓.模糊PID控制在双容水箱中的应用[J].电子产品世界, 2013(3):45-47.

　　[3]刘峰,吕强,王国胜,等.四轴飞行器姿态控制系统设计[J].计算机测量与控制. 2011,19(3):583-585.

　　[4]谭志中.求大摆角单摆周期近似解的“局部常化”方法[J].大学物理. 2005, 24(12):14-17.

　　[5] 鞠衍清,张风雷.基于MATLAB的单摆周期近似解的比较[J].大学物理.2007,26(3):6-9.

　　[6]秦鸣雷,肖一凡,杨海亮,等.大角度下阻尼对单摆摆动周期的影响[J].物理实验. 2012,32(5):42-45.

　　本文来源于《电子产品世界》2017年第4期第63页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。