STM32控制的倒立摆系统：能量反馈与LQR控制

"电路设计在交通信息基础数据元标准jtt 697.2-2014中有所涉及，包括角度位移传感器电路和直流电机驱动电路的设计。此外，还介绍了简易旋转倒立摆控制装置，使用STM32F405单片机和直流伺服电机实现能量反馈控制和LQR控制算法的应用。" 本文主要讨论了两个关键的电路设计，首先是角度位移传感器电路。在交通信息基础数据元的标准中，HuaXiaMag-AM23-T角度位移传感器用于公路信息基础数据的采集。由于传感器的输出范围0.5V~4.5V超过了单片机12bit AD转换器的0V~3.0V输入范围，因此需要进行信号调理。通过电阻分压，将电压范围转换到0V~3.0V，然后连接一个电压跟随器和低通滤波电路，以改善信号质量和匹配阻抗。 接下来是直流电机驱动电路的设计，针对一个额定24V、1.23A的直流电机，选用L6205作为驱动芯片，它能提供2.8A的持续电流和高达52V的输入电压，确保了电机的高效运行。这种驱动电路能够充分利用直流电机的动态性能。 文章还提到了一个具体的工程应用——简易旋转倒立摆及其控制装置。这个系统利用STM32F405单片机作为核心控制器，通过角度传感器（可能是高分辨率编码盘、惯性测量元件陀螺仪或模拟电压输出的角度传感器）来检测摆杆的位置和状态。倒立摆的起摆和稳定控制采用了能量反馈控制和线性二次型最优控制（LQR）算法。系统包含旋转倒立摆机械装置、角度检测、直流伺服电机和控制器四个部分，其中直流伺服电机因其快速响应特性被选中用于驱动旋转臂。 在方案对比中，对于电机的选择，文章考虑了步进电机、数字舵机和直流伺服电机。步进电机和数字舵机虽然控制简单，但响应速度较慢，不满足系统需求。而直流伺服电机结合适当的控制算法，可以实现精确的速度和位置控制，因此成为最佳选择。对于摆杆状态检测，方案一是编码盘，方案二是陀螺仪和加速度计，方案三是模拟电压输出的角度传感器。根据系统对精度和速度的要求，不同类型的传感器各有优势。 总结来说，这篇内容涵盖了电路设计在交通信息采集中的应用，特别是传感器信号调理和电机驱动，以及在实际工程中如何通过控制理论和合适硬件实现复杂系统的稳定控制。这些知识对于电赛选手或者电子工程相关人员来说是非常有价值的。