风力摆控制系统

一、系统概述与核心构成

本系统是一款集硬件、软件与核心控制算法于一体的先进控制系统，专门应用于风力摆类任务。

1. 硬件架构：

主控制器：采用STM32F103或瑞萨100LGA单片机等嵌入式平台，作为整个系统的数据中心，负责数据采集、算法运算及PWM信号输出。

传感器模块：配备MPU6050三轴陀螺仪加速度计，实时检测风力摆的姿态，包括角速度和加速度。

执行机构：由2至4台直流风机组成，作为动力源，通过驱动模块（如H桥电路或电机调速器）精准调节风速。

人机交互：配备OLED/LCD显示屏和矩阵键盘，方便用户进行参数设置和状态显示。

2. 软件架构：

实时控制逻辑：基于IEC61131-3标准的功能块编程，支持梯形图、结构化文本等多样化的组态模式，确保控制逻辑的高效与实时。

通讯接口：通过CAN总线或高速光纤以太网实现控制器与执行单元之间的数据高效交互。

二、核心控制算法详解

本系统采用双闭环PID控制策略，其中：

内环（速度控制）：快速响应目标值，精准调节风机转速。

外环（位置控制）：基于MPU6050反馈的摆角偏差，动态调整目标转速，从而确保轨迹精度。还引入了前馈补偿或自适应PID等抗干扰策略，以应对外部风力扰动。

三、应用场景展示

1. 电赛任务实现：本系统可轻松实现自由摆的直线运动、指定方向摆动及圆周运动，满足电赛任务的各种要求。

2. 工业测试平台应用：此系统可作为验证风机协同控制策略的平台，并支持开源二次开发，如平衡小车之家方案。

四、技术难点及解决方案：

面对动态响应优化及多风机协同等技术难点，我们采取了以下措施：

通过缩短采样周期（≤10ms）及优化PID参数（如积分分离技术）来减少超调，提高动态响应性能。

采用独立逆变器驱动单电机的方式，结合出力均衡算法，有效抑制转矩不平衡，实现多风机协同工作。

五、开发资源与工具：

我们提供了丰富的开发资源与工具，包括：

北京博航恒业提供的基于STM32的完整软硬件套件，含示例代码与调试接口。

使用Matlab/Simulink搭建动力学模型，进行预演控制效果，帮助开发者提前预见并优化控制策略。

本系统是一款集嵌入式控制、传感器融合及工业实践案例于一体的先进控制系统，适用于教学实验、竞赛及科研场景。