STM32F405驱动下的旋转倒立摆控制系统详解

"旋转倒立摆方案是一个综合性的电赛项目，其核心是利用STM32F405单片机作为控制系统的核心控制器，实现了倒立摆的精确控制。方案设计主要包括以下几个关键部分： 1. 系统结构：该系统由机械装置（包括旋转臂、摆杆和机座）、角度检测模块、直流伺服电机以及控制单元组成。整个系统通过STM32F405单片机协调各个组件，其中旋转臂是通过直流伺服电机来驱动的，这使得系统具备了快速响应和精确控制的能力。 2. 电机选择：三种备选方案中，步进电机和数字舵机虽然易于控制，但由于响应速度不足，不适合高速旋转的要求。最终，选择了直流伺服电机，因为它们能提供连续且精准的速度和位置控制，满足系统的高精度需求。 3. 摆杆状态检测：方案采用了高分辨率编码盘、惯性测量元件（陀螺仪和加速度计）以及具有模拟电压输出的绝对位置传感器。编码盘用于直接测量角度位移，陀螺仪和加速度计则结合使用，既能检测角度又能测速，确保摆杆状态的准确性。 4. 控制策略：系统采用了能量反馈控制原理，使倒立摆能够在起摆后保持稳定。此外，还应用了线性二次型最优控制算法（LQR），这是一种优化控制方法，旨在最小化系统误差，确保倒立摆的精确控制性能。 5. 实验验证：通过详细的实验数据分析，证明了该系统在功能上达到了电赛题目所设定的要求，各项指标表现良好，适合作为电赛训练和学习的参考案例。 总结起来，这个旋转倒立摆方案不仅展示了单片机在控制领域的应用，还涉及到了传感器选择、电机控制策略和高级控制算法的实践，是一次深入理解机电一体化和控制系统设计的实战项目。"