张友方，蒋 一，王 锐，曹 燕

陆军军官学院，安徽合肥 230031

0 引言

系统要求设计并制作一个自由摆上的平板控制系统，要求控制电机使平板可以随着摆杆的摆动而旋转，摆杆在300～450之间自由摆动过程中，要求平板上的一到八枚硬币在5个摆动周期中不滑落，并保持叠放状态。发挥部分则要求在平板上固定的激光笔在摆杆自由摆动过程中使光斑始终照射在靶纸的某一条线上。

该控制系统是一个动态自平衡测试系统，主要由三部分构成：1）摆架系统：支架，摆杆，底座，和位于摆杆底部固定在电机上的平板；2）驱动控制系统：控制器通过对传感器输出信号的分析发出控制信号，经功率放大后控制电机的转动，带动平板尽快恢复平衡状态；3）检测系统：通过传感器检测出平板的角度变化，通过串口送给控制器。

1 系统设计方案

1.1 自由摆控制系统的原理与组成

自由摆运动可以近似认为是一种规律性的简谐振动，在一个周期内分为变加速(T1)—变减速(T2)——反向变加速(T3)—反向变减速(T4)四个运动过程。T1（T2）和T3（T4）运动规律对称，T1(T3)和T2(T4)运动规律对称，因此可以仅对四分之一周期进行分析。我们采用微分中“以直代曲”的思想，在Δt时间内可以近似认为是在Δl的直线(弧度）上做匀加速运动，采用Δt时间内加速度的平均值作为该段的加速度，求取各个细分段点的线速度值，与采用能量守恒的方式求得的各个细分段点的线速度值比较，通过数据分析，当摆杆最大角度为45°，小段时间内转动最小角度时，该近似计算和根据能量转换计算出的最大速度误差控制在以内，因此，在一个周期内可以通过这种近似计算，分析平板在某一位置的状态值。……