王关平 牛彩霞 高晓阳 孙 伟

(1.甘肃农业大学工学院，甘肃 兰州 730070;2.甘肃省广播电影电视局无线传输中心，甘肃 兰州 730030)

1 引言

现代检测与控制技术是一门集测量、控制及计算机等于一体的综合技术，广泛应用于工业、农业、交通运输、科研等各个方面。随着现代科技的进步，传统的自动控制系统以及相关的检测和仪表技术发生了很大变化，生产过程的控制也已逐步由常规控制发展为计算机控制，控制方向也由简单的PID控制向先进控制、优化控制方向发展，控制规模也从局部自动化向综合自动化方向迅速发展[1]。

自由摆平衡控制系统由自由摆装置、步进电机、平板以及控制装置等模块组成，该系统既是一种单自由度的典型机构，又是一种集传感器、数字控制、单片机应用及伺服驱动为一体的综合性装置[2]。东南大学朱秀梅等可使摆杆推起至30°处释放后，摆杆至少可以作5个周期以上的自由阻尼摆动，带负载运行时，摆动角度范围为-60°～+60°，运动过程中，平板保持在水平位置的误差≥ ±3°，角度检测的分辨能力为1°[3]。张明等[4]和罗名吉等[5]实现的自由摆装置摆动角度较大，为-80°～+80°，但平板保持在水平位置的误差也＞3°。

控制系统的简单化、低成本化，角度控制误差小及自由摆角的大幅度化是自由摆平衡控制系统研究发展的显著趋势[6-8]。为此，本研究基于AT89S52单片机，采用高精度环形电位器作为摆杆倾角传感器，将自由摆摆杆的角位移实时转化为相应的数据，并结合其他条件确定步进电机的转动方向、速度等，从而通过步进电机驱动电路给四相步进电机提供驱动信号，并通过间歇性平板倾角检测电路，对平板位置进行周期性修正，使自由摆摆动过程中末端平板持续保持在水平状态。……