基于ARM单片机的智能旋转倒立摆系统设计

　　3.3 运动控制模块硬件电路详细设计

　　通过BTN7971芯片来驱动BN-260伺服电机。单片机的FTM通道输出PWM信号，就可以实现伺服电机的调速以及正反转等功能。电路如图5所示，74LS244暂存器的应用能够有效保护电机[3]。K60单片机输出的PWM信号具有很高的控制精度，设置其PWM分度为两万分之一。

4 控制PID算法分析与应用

　　针对本系统控制对象伺服电机的特点，采用位置式按角度偏差的比例、积分、微分进行控制，即增量式数字PID控制。

　　数字PID控制算法是以模拟PID调节器控制为基础的，由于单片机是一种采样控制。它只能根据采样时刻的偏差计算控制量。但是如果采样周期T取得足够小，采样数值计算的方法逼近可相当准确，被控过程与连续控制十分接近。离散化后的PID算式为：

　　本系统中采用增量式算法，是由于增量式算法只需保持以前三个时刻的偏差即可，既节省了资源又不会产生较大的积累误差。实验证明，这种控制方式可以加快系统阶跃响应、减小超调量，并具有较高的精度。

5 软件设计与分析

　　设置拨码开关，拨码开关四位信号输入给单片机，单片机通过模式判断运行相应程序，进而完成六种控制形式。主控制程序流程图如图6。

　　五种控制模式的算法如下：

　　1)要求 (1)、(2)项采用比例控制，将角度设定值与一号测角导电塑料电位器输入的倒立摆角度值做差，乘以比例系数并经过转换后即为控制电机的PWM信号。公式为：

　　PWM值=标准值±比例系数KP *(角度设定值-角度测量值)/2。