摘要本次竞赛 C 题的任务为设计并制作一个旋转式倒立摆，能够使摆杆做圆周运动，并且实现倒立功能。对此我们的作品采纳自制支架，旋臂和摆杆。电机采纳伺服电机，以 STC12C5A60S2 为控制芯片，利用精密塑料电位计测量摆杆转角，经过数学建模和多次数据采集建立模糊数学模型，利用 PID 实现对摆杆的实时控制。关键词：STC12C5A60S2 塑料电位计 PID 控制器一、设计任务1、任务设计并制作一套简易旋转倒立摆与其控制装置。旋转倒立摆的结构如下图 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。 2、基本要求（1）摆杆从出于自然下垂状态（摆角）开始，驱动电机带动旋转臂做往复旋转使摆杆摆动，并尽快使摆角达到或超过； （2）从摆杆出于自然下垂状态开始，尽快增大摆杆的摆动幅度，直至完成圆周运动； （3）在摆杆出于自然下垂状态下，外力拉起摆杆至接近位置，外力撤除同时，启动控制旋转臂使摆杆保持倒立状态时间不少于 5s，期间旋转臂的转动角度不大于。3、发挥部分 （1）从摆杆处于自然下垂状态开始，控制旋转臂作往复旋转运动，尽快使摆杆摆起倒立，保持倒立时间不少于 10s； （2）在摆杆保持倒立状态下，施加干扰后摆杆能继续保持倒立或 2s 恢复倒立状态；（3）在摆杆保持倒立状态的前提下，旋转臂作圆周运动，并尽快使单方向转过角度达到或超过 360°；（4）其他。二、系统方案 1、系统结构旋转式倒立摆的机械结构主要包括旋臂、摆杆、直流减速电机以与角位移传感器部分。其中直流减速电机为执行机构，由电机驱动芯片 L298 驱动。旋臂和摆杆之间由角位移传感器连接，摆杆可绕旋臂在垂直平面转动。旋臂和摆杆的角位移信号由角位移传感器测量的到，作为系统的输入量送入到控制其中，根据一定算法计算得到控制律并转化为电压信号提供给驱动芯片，来驱动直流减速电机转动，从而带动旋臂在水平面旋转，最终实现控制摆杆直立的效果。 2、方案比较与选择 2.1 机械结构模块旋臂质量 m10.200Kg摆杆质量 m20.052Kg旋臂长度 R1（R）0.20m摆杆长度 R20.20m旋臂质心到转轴距离L10.01m摆杆质心到转轴距离L20.12m电机力矩-电压比 Km0.0236Nm/V电机反电势-转速比 Ke0.2865VS旋臂饶轴转动摩擦力系数 F10.01NmS摆杆绕轴转动摩擦力矩系数 F...
