简易旋转倒立摆及控制装置（C题）全国电子设计大赛讨论贴

Admin · 发表于 2013-9-4 11:56:45

鸡蛋251 · 发表于 2013-9-4 12:00:34

用什么型号的电机好。步进的。人多力量大啊

lijungei · 发表于 2013-9-4 12:15:33

高速高矩步进

goodgoodstudy · 发表于 2013-9-4 12:30:58

角度可不可以用ADXL345？？？？？？？？？？？？？？？？？？？

shihantu · 发表于 2013-9-4 12:48:35

大家努力找一个叫做"旋转编码器"的东西吧..做自动化的基本都知道.

shihantu · 发表于 2013-9-4 12:49:43

回复【4楼】goodgoodstudy:
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没必要用加速度传感器,噪声大,还要做伽利略变换.

鸡蛋251 · 发表于 2013-9-4 12:52:16

电机还没确定，命苦啊

21935253 · 发表于 2013-9-4 13:15:56

PID算法怎么搞？

liangtao3d · 发表于 2013-9-4 13:18:18

呵呵，这题不用想得那么复杂，估计重点在摆杆轴心位置和电机速度控制上了，题目没要求任意角度的精确测量，用光电开关加者码盘应该就够了，用旋转编码器阻尼估计过大。我觉得要出彩最有可能在摆杆重心上做文章。比如摆杆在摆轴段有一段是空心的，内置一个钢珠，摆杆倒立时钢珠滚到短的一端，增加摆杆的倒立时间及抗干扰性。

liangtao3d · 发表于 2013-9-4 13:31:09

题目中旋转臂是往复运动的（不是一个方向旋转），所以电机转速肯定不要求高，不然摆杆在制动后倒立时因动能过大停不下来。电机的扭力大一点比较好，所以估计带减速器的步进电机是最经济、最合适的选择了。

peter900324 · 发表于 2013-9-4 13:37:06

回复【10楼】liangtao3d:
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其实，觉得最重要的是选择电机，本来打算步进电机，但是感觉步进电机反应慢啊，来不及的话，摆杆就有掉下去了啊；
但是要是选择直流高速大力矩电机的话，会过头啊
伺服电机的话，控制比较精确，但还是如果太快的话是不行的啊
纠结电机啊

liangtao3d · 发表于 2013-9-4 13:40:41

还一个问题就是摆杆在摆动到什么角度后电机开始减速或制动，以减小摆杆倒立时的加速度，电机停止制动的时候刚好处于倒立位置上，这个估计就只能靠实验解决了。

peter900324 · 发表于 2013-9-4 13:44:05

回复【12楼】liangtao3d:
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我觉得是水平那里吧，只要不是同一个方向的
就是电机和拍杆有抵触作用感觉，
这个不好确定，就是实验呗

bmq · 发表于 2013-9-4 13:45:54

回复【11楼】peter900324:
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加个减速编码器

liangtao3d · 发表于 2013-9-4 13:49:54

回复【11楼】peter900324:
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减速不可能是在刚好倒立的那一刻制动的，要提前，最后摆杆从制动到倒立那段时间是靠惯性运动的，所以步进电机足够了。这个题目的摆杆运动其实是像钟表的荡秋千那样往复运动的，速度不会要求高的，关键是扭矩。减速电机的扭矩比直驱大多了。用步进主要是便宜，出题的也不可能只考虑了伺服电机，那样成本太高，不是人人玩得起的，起不到竞赛作用。

liangtao3d · 发表于 2013-9-4 13:52:13

回复【14楼】bmq:
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回复【14楼】bmq:

回复【11楼】peter900324:
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加个减速编码器

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加速编码器估计是不行的，会增加摆杆阻尼，题目对摆杆灵活度有要求的。用码盘算位置和加速度应该是最好的选择。

bmq · 发表于 2013-9-4 14:00:14

回复【15楼】liangtao3d:
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用步进电机的速度确实有点慢

bmq · 发表于 2013-9-4 14:01:07

回复【16楼】liangtao3d:
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摆杆选择那种材料会比较合适？

bmq · 发表于 2013-9-4 14:05:36

遇到个问题，交流电机和直流电机怎么用？

liangtao3d · 发表于 2013-9-4 14:11:57

回复【18楼】bmq:

回复【16楼】liangtao3d:
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摆杆选择那种材料会比较合适？

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什么材料其实可能无所谓，关键是质量和重心。质量太大惯性太大，质量太小抗干扰能力太弱，所以光靠选材料来搞估计太麻烦，用一根质量轻点的空心管（比如pvc管或者铝管啥的），在中间加东西调整质量和重心应该是最好选择。

bmq · 发表于 2013-9-4 14:13:34

回复【20楼】liangtao3d:
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回复【20楼】liangtao3d:
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有道理，三扣

liangtao3d · 发表于 2013-9-4 14:21:07

呵呵，这种题目我看也许是最简单好搞的，基本都是纯物理力学设计，电路啥的都可以很简单，也许实验多了只要控制电机往复运动的电路，摆到一定角度手动把电一关都能倒立成功。

菜鸟也玩STM32 · 发表于 2013-9-4 14:31:41

回复【22楼】liangtao3d:
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我打算用陀螺仪可以不。卡尔曼加PID，还有什么时候控制电机的正反转啊。

liangtao3d · 发表于 2013-9-4 14:33:54

回复【13楼】peter900324:

回复【12楼】liangtao3d:
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我觉得是水平那里吧，只要不是同一个方向的
就是电机和拍杆有抵触作用感觉，
这个不好确定，就是实验呗

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不一定哦，空军飞行员训练有种长臂回旋的装置（像荡秋千一样，不过是钢管的悬臂，两端一样长），玩这个控制好力量也能玩到摆臂带人倒立在空中，但它的加力过程只是在回摆的那一瞬间。

bmq · 发表于 2013-9-4 14:35:49

回复【22楼】liangtao3d:
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控制倒立这样行？

bmq · 发表于 2013-9-4 14:36:46

交流电机的速度不够咋办？

倒拔萝卜 · 发表于 2013-9-4 14:47:02

回复【22楼】liangtao3d:
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关电怎么行，会摆下来啊，必须维持倒立状态

liangtao3d · 发表于 2013-9-4 15:02:28

回复【23楼】菜鸟也玩STM32:

回复【22楼】liangtao3d:
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我打算用陀螺仪可以不。卡尔曼加PID，还有什么时候控制电机的正反转啊。

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呵呵，那些东西我都没玩过，所以不懂，而且这个装置绝对要不了那么复杂精确的控制。不过我觉得没必要用那么复杂，光电码盘是可以检测方向的（之所以不建议用编码器主要是考虑阻尼影响摆杆灵活度），空心摆杆中加个重心变换装置也许比你任何精确控制都效果好得多，高级精密的东西真不一定就是最合适的选择。
另外你陀螺仪要装在摆杆上吧，同时也要连线吧，这不就影响了摆杆的摆动了？能不能达到比赛设计要求很难说。如果你和摆杆轴做成一体的话，摆杆只有这么大，设计要求来看重量也只有这么大，摆起来是不是会很困难（因为要靠摆杆摆动的力量驱动的重量更大了）？
所以这个装置中摆杆最好是自由的。

liangtao3d · 发表于 2013-9-4 15:14:01

回复【27楼】倒拔萝卜:

回复【22楼】liangtao3d:
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关电怎么行，会摆下来啊，必须维持倒立状态

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我认为保持倒立状态不能靠电机控制，只能靠摆杆的自身重心变化来保证，因为摆杆没有独立的驱动和制动装置。比如题目倒立的时候悬臂要旋转一周，那个时候摆杆是静止到运动，加速度会推倒摆杆，如果你想通过电机来控制摆杆不倒，电机就必须反向，那怎么才能够让悬臂转一圈？摆杆倒立后，靠自身重心平衡来抵消悬臂的转动加速度才是最合理简单的方式。

我们走过 · 发表于 2013-9-4 15:19:07

回复【9楼】liangtao3d:
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不要信这个，码盘会调死你的。用光电编码器。

liangtao3d · 发表于 2013-9-4 15:21:23

回复【27楼】倒拔萝卜:

回复【22楼】liangtao3d:
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关电怎么行，会摆下来啊，必须维持倒立状态

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这是可能的，只要你控制好摆杆的重心平衡是做得到的，我前面给出了方法。如果觉得用钢珠震动大，还可以用玻璃管加水银做摆杆一样是可以的。呵呵，这是钻题目的空子，题目只要求没有动力装置，没要求摆杆是实心或者不能加平衡装置。当然不知道评委怎么看了。呵呵

shihantu · 发表于 2013-9-4 15:23:22

回复【28楼】liangtao3d:
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这里说的编码器是什么编码器?

光电码盘只是编码器的其中一种,何来阻尼大?

不知道你是不是业内,编码器,或者码盘,英文是Encoder,光电码盘在前面加个Optical,旋转再加个Rotary,正交信号加个quadrature,互补信号加个complementary.

说这些的意思是,码盘或者编码器,范围很广.

如果是指鼠标那种滚轮用编码器,那的确阻尼很大,而且分辨率远远不够.当然也有例外,比如罗技的无限滚轮.

这个题目的本意是考验非线性系统的建模和控制,对应的直线版本的倒立摆,好像是本科自动化专业的一个大作业.前一个月还有新闻说某国内团队首次实现4阶倒立摆的控制模型.当然每年都有办法把实现难度降低到组委会想不到的程度.

京江自动化 · 发表于 2013-9-4 15:25:29

快关磁阻电机比较好，哈哈

shihantu · 发表于 2013-9-4 15:26:41

回复【30楼】我们走过:
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勾搭一下,见31L.

liangtao3d · 发表于 2013-9-4 15:26:48

回复【30楼】我们走过:

回复【9楼】liangtao3d:
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不要信这个，码盘会调死你的。用光电编码器。

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一样的意思，我把光电编码器中间那个盘叫码盘。我说的意思就是自己做一个光电编码器，不是成品，成品的阻尼一般都比较大。就像鼠标里的滚轮一样。

shihantu · 发表于 2013-9-4 15:33:21

回复【35楼】liangtao3d:
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不会啊,成品编码器就是一个双滚珠轴承,然后把盘片架空在传感器上.做的阻尼大了电机就不好控制,就没人买了.

当然,如果需要更好的轴承方案的话,就不适宜用这个.

liangtao3d · 发表于 2013-9-4 15:36:32

回复【32楼】shihantu:

回复【28楼】liangtao3d:
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这里说的编码器是什么编码器?
光电码盘只是编码器的其中一种,何来阻尼大?
不知道你是不是业内,编码器,或者码盘,英文是Encoder,光电码盘在前面加个Optical,旋转再加个Rotary,正交信号加个quadrature,互补信号加个complementary.
说这些的意思是,码盘或者编码器,范围很广.
如果是指鼠标那种滚轮用编码器,那的确阻尼很大,而且分辨率远远不够.当然也有例外,比如罗技的无限滚轮.
这个题目的本意是考验非线性系统的建模和控制,对应的直线版本的倒立摆,好像是本科自动化专业的一个大作业.前一个月还有新闻说某国内团队首次实现4阶倒立摆的控制模型.当然每年都有办法把实现难度降低到组委会想不到的程度.

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你做的是科学研究，我说的方法只是针对简单竞赛，我满足了它所有的要求就行，方法无所谓。成品编码器中轴上肯定要加油脂，它的阻尼绝对比一根摆杆套在一根光杆上大。
我如果能通过改变重心来达到题目要求何必要弄那么高深？如果说有问题那也是题目问题，题目不严谨。

liangtao3d · 发表于 2013-9-4 15:40:30

回复【36楼】shihantu:

回复【35楼】liangtao3d:
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不会啊,成品编码器就是一个双滚珠轴承,然后把盘片架空在传感器上.做的阻尼大了电机就不好控制,就没人买了.
当然,如果需要更好的轴承方案的话,就不适宜用这个.

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问题是电机是有驱动力的，这里的摆杆的驱动力跟电机没法比吧，所以在我看来也许自己做也许更好一点，多一点阻尼就麻烦一点，这是肯定的。

liangtao3d · 发表于 2013-9-4 15:45:31

回复【36楼】shihantu:

回复【35楼】liangtao3d:
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不会啊,成品编码器就是一个双滚珠轴承,然后把盘片架空在传感器上.做的阻尼大了电机就不好控制,就没人买了.
当然,如果需要更好的轴承方案的话,就不适宜用这个.

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当然，你测试你用的编码器的阻尼能够达到实验要求那你用肯定是可以的。这就是个竞赛装置，不是产品，怎么能用就行，目的达到，价格便宜就是胜利。

lya126 · 发表于 2013-9-4 15:48:42

使用舵机可以吗？？？？？？

shihantu · 发表于 2013-9-4 15:48:59

回复【37楼】liangtao3d:
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所以才有这一句:
"当然每年都有办法把实现难度降低到组委会想不到的程度."

成品编码器是不加油的,加油就报废了.

如何看出我是做科学研究???

如果觉得这个是个简单竞赛,那就太小看这个比赛了.就这个题目,可以找找<直线倒立摆>,各种分析各种模型各种代码各种抄,为什么这个题目就改成了旋转,组委会偷懒吗?

二阶以上的倒立摆是科研,一阶只是非线性控制的小入门而已,而且还是这种指标.

bmq · 发表于 2013-9-4 15:49:32

请问哈各位如何把直流电机的速度加大？急用。。。。。。

菜鸟也玩STM32 · 发表于 2013-9-4 15:49:33

回复【28楼】liangtao3d:
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大神，求重新指导。感激不尽。在TB准备买光电编码器了。

bmq · 发表于 2013-9-4 16:14:34

请那位大神指导哈如何把直流电机的速度加大？急用。。。。。。

bmq · 发表于 2013-9-4 16:15:30

是不是在程序上下手？

bmq · 发表于 2013-9-4 16:18:05

倒立的那个摆杆用哪样做？

liangtao3d · 发表于 2013-9-4 16:27:19

回复【41楼】shihantu:

回复【37楼】liangtao3d:
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所以才有这一句:
"当然每年都有办法把实现难度降低到组委会想不到的程度."
成品编码器是不加油的,加油就报废了.
如何看出我是做科学研究???
如果觉得这个是个简单竞赛,那就太小看这个比赛了.就这个题目,可以找找<直线倒立摆>,各种分析各种模型各种代码各种抄,为什么这个题目就改成了旋转,组委会偷懒吗?
二阶以上的倒立摆是科研,一阶只是非线性控制的小入门而已,而且还是这种指标.

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当然是研究，研究只是指发现和了解自己未掌握的知识的过程而已，所以人人都是搞研究的。
我知道你的意思，其实我说这么干也是基于题目的不严谨，我的方法就是把那根摆杆做成了个可变重心的不倒翁（至少题目没有不允许）。反正题目也没要求摆杆在倒立下要在除垂直角度意外的其他角度保持平衡。所以就被我想成这样了。呵呵。