一、 设计要求和目的
要求:
设计并制作一套简易旋转倒立摆及其控制装置。旋转倒立摆的结构如图1所示。电动机A固定在支架B上，通过转轴F驱动旋转臂C旋转。摆杆E通过转轴D固定在旋转臂C的一端，当旋转臂C在电动机A驱动下作往复旋转运动时，带动摆杆E在垂直于旋转臂C的平面作自由旋转。
旋转倒立摆结构示意图
目的:
主要包括旋臂、摆杆、直流电机以及角位移传感器部分。其中直流电机为执行机构，可由专门的电机驱动芯片如L298、LMDl8200等驱动。由一个角位移传感器测量得到摆杆的角位移信号，作为系统的输入量送入到控制器中，根据一定的算法计算得到控制律并转化为电压信号提供给驱动芯片，来驱动直流电机转动，从而带动旋臂在水平面内旋转，最终实现控制摆杆运动的效果。
倒立摆系统工作原理框图
直流伺服电机:
直流伺服电动机的基本结构与普通他励直流电动机一样，所不同的是直流伺服电动机的电枢电流很小，换向并不困难，因此都不用装换向磁极，并且转子做得细长，气隙较小，磁路不饱和，电枢电阻较大。按励磁方式不同，可分为电磁式和永磁式两种，电磁式直流伺服电动机的磁场由励磁绕组产生，一般用他励式；永磁式直流伺服电动机的磁场由永久磁铁产生，无需励磁绕组和励磁电流，可减小体积和损耗。为了适应各种不同系统的需要，从结构上作了许多改进，又发展了低惯量的无槽电枢、空心杯形电枢、印制绕组电枢和无刷直流伺服电动机等品种。
摆杆状态检测
我们选择单圈的5K精密电位器，它具有线性度好、易于调整阻值、可以在0--360范围内周而复始的旋转等特点，电位器旋转到每一角度对应一定的阻值，电位器接基准的3.3V电压，通过STM32的ADC转换为角度值。
摆杆通过精密电位器与旋臂模块连接，旋臂模块在一定范围能摆动时，使摆杆可以在竖直平面内上下左右摆动。
要求:
设计并制作一套简易旋转倒立摆及其控制装置。旋转倒立摆的结构如图1所示。电动机A固定在支架B上，通过转轴F驱动旋转臂C旋转。摆杆E通过转轴D固定在旋转臂C的一端，当旋转臂C在电动机A驱动下作往复旋转运动时，带动摆杆E在垂直于旋转臂C的平面作自由旋转。
旋转倒立摆结构示意图
目的:
主要包括旋臂、摆杆、直流电机以及角位移传感器部分。其中直流电机为执行机构，可由专门的电机驱动芯片如L298、LMDl8200等驱动。由一个角位移传感器测量得到摆杆的角位移信号，作为系统的输入量送入到控制器中，根据一定的算法计算得到控制律并转化为电压信号提供给驱动芯片，来驱动直流电机转动，从而带动旋臂在水平面内旋转，最终实现控制摆杆运动的效果。
倒立摆系统工作原理框图
直流伺服电机:
直流伺服电动机的基本结构与普通他励直流电动机一样，所不同的是直流伺服电动机的电枢电流很小，换向并不困难，因此都不用装换向磁极，并且转子做得细长，气隙较小，磁路不饱和，电枢电阻较大。按励磁方式不同，可分为电磁式和永磁式两种，电磁式直流伺服电动机的磁场由励磁绕组产生，一般用他励式；永磁式直流伺服电动机的磁场由永久磁铁产生，无需励磁绕组和励磁电流，可减小体积和损耗。为了适应各种不同系统的需要，从结构上作了许多改进，又发展了低惯量的无槽电枢、空心杯形电枢、印制绕组电枢和无刷直流伺服电动机等品种。
摆杆状态检测
我们选择单圈的5K精密电位器，它具有线性度好、易于调整阻值、可以在0--360范围内周而复始的旋转等特点，电位器旋转到每一角度对应一定的阻值，电位器接基准的3.3V电压，通过STM32的ADC转换为角度值。
摆杆通过精密电位器与旋臂模块连接，旋臂模块在一定范围能摆动时，使摆杆可以在竖直平面内上下左右摆动。
