STM32F405控制的旋转倒立摆系统：能量反馈与LQR控制

"测试方案与测试结果-jtt 697.2-2014 交通信息基础数据元 第2部分：公路信息基础数据元" 本文档涉及的是一个基于电子竞赛（电赛题目）的项目——简易旋转倒立摆及控制装置。该项目采用STM32F405微控制器作为核心，利用角度传感器来检测倒立摆摆杆的位置，通过直流伺服电机驱动旋转臂，实现倒立摆的起摆和稳定控制。测试结果表明，系统性能满足或超过了项目要求。 系统设计主要包括以下几个方面： 1. **系统结构**：由旋转倒立摆机械装置、摆杆角度检测、直流伺服电机和控制器构成。旋转臂、摆杆和机座组成机械结构，STM32F405单片机处理控制逻辑。 2. **电机选择**：经过比较，选择了直流伺服电机，因为它响应速度快且能实现精准的速度和位置控制，适合需要快速响应的倒立摆系统。其他考虑的方案包括步进电机和数字舵机，但它们在响应速度上不满足要求。 3. **摆杆状态检测**：系统采用了惯性测量元件（陀螺仪和加速度计）来检测摆杆的角速度和角度。这种方案使用了微型电子机械系统（MEMS）技术，使得传感器体积小，便于集成。 在测试方案与测试结果部分，文档提到了几种测试仪器，如量角器、砝码、秒表、电子称、刻度尺和稳压源，用于验证系统的性能。测试环境设定在室内，确保倒立摆装置放置在平整地面上。测试方法包括摆杆起摆角度和时间的记录，结果显示起摆角度大于60°，且达到相应角度的时间小于1秒，符合系统设计要求。 系统控制策略采用了能量反馈控制原理调节直流电机，以实现摆杆的起摆。倒立摆起摆后，通过线性二次型最优控制（LQR）算法保持倒立摆的稳定状态。测试表明，该系统各项功能均达到或超越了电赛题目的标准。 关键词：旋转倒立摆、能量反馈控制、线性二次型最优控制（LQR） 这个项目实现了基于STM32F405的倒立摆控制系统，采用先进的控制算法和传感器技术，确保了系统的高效稳定运行，其测试结果证明了设计的成功。