STM32控制的旋转倒立摆稳定系统

"这篇文档介绍了旋转倒立摆的稳定控制技术，主要依据jtt 697.2-2014 交通信息基础数据元的第二部分——公路信息基础数据元，涉及到电赛相关题目。文档内容包括旋转倒立摆的数学模型建立和稳定控制策略，以及实际系统设计中的电机选择和摆杆状态检测方案。" 在【标题】中，我们关注的是“旋转倒立摆的稳定控制”，这是一个经典的控制理论问题，通常用于测试和演示控制系统的设计能力。稳定控制的目标是使倒立摆保持在垂直位置，尽管物理上这个系统是不稳定的。 【描述】首先阐述了旋转倒立摆的数学模型，使用拉格朗日方程推导出动态方程，方程中包含了电机输出转矩、电机输入电压、质量、长度、转动惯量、重力等因素。当系统处于平衡点（θ1=0，θ2=0）时，可以对动态方程进行线性化处理，简化后的方程用于分析系统在平衡点附近的运动行为。 【标签】“电赛题目”表明这个主题可能是一个电子竞赛的挑战，可能需要参赛者设计并实现一个控制算法来稳定倒立摆。 【部分内容】提到了实际系统设计，使用STM32F405单片机作为控制器，通过角度传感器监测摆杆位置，采用能量反馈控制原理调整直流电机，电机通过旋转臂驱动摆杆起摆。倒立摆起摆后，应用线性二次型最优控制（LQR）算法来维持摆杆的倒立状态。此外，还讨论了电机的选择（步进电机、数字舵机和直流伺服电机）以及摆杆状态检测方案（编码盘、陀螺仪和加速度计、模拟电压输出的角度传感器），最终选择了直流伺服电机和相应的传感器组合，以实现精确控制和快速响应。 总结来说，这篇文章涵盖了旋转倒立摆的数学建模、控制策略以及实际系统实现的关键要素，这些知识点对于理解控制理论、电机选择和传感器应用具有重要的教育价值，同时也反映了在实际工程问题中如何运用这些理论知识。