inverted_pendulum

电子科技大学2017电子设计竞赛校队控制组第一次训练，KZ-3组

小组成员：章程，韦仕才，徐瑶

采用ebox库，vs2015开发环境。模板和使用说明参考队长章程的ebox_stm32f103RCT6_VS

机械部分说明

材料选取及用途：

• 3mm厚碳板和铜柱作为快装板和电机支撑
• 碳方管作为横梁
• 碳圆管作为摆杆
• 铝棒作为转轴
• 底部用三脚架支撑
• 连接处用法兰联轴器以及五转六的电机联轴以及绑扎带固定
• 采用导电滑环防止绕线

软件部分说明

重新编写编码器驱动encoder_timer

• 可用引脚：高级定时器和通用定时器可以将ch1和ch2配置成正交编码器AB相输入
• TIM1~TIM4可用io口如下：
  • TIM1:PA8 PA9
  • TIM2:PA0 PA1
  • TIM3:PA6 PA7
  • TIM4:PB6 PB7
• 本次倒立摆设计采用TIM1和TIM3配置正交编码器。用TIM2配置PWM控制电机

编写电机驱动encoder_motor.h

• 设置速度和位置模式以及PID初始化

将光编码器作为绝对编码器使用

• 计算摆杆的角加速度和角速度，以弧度制为单位

采用四级PID控制

• 对摆杆角度、摆杆角速度、横梁角度、横梁角速度进行PID算法控制

采用状态机和四个独立键盘对倒立摆进行模式切换

• 选择io如下：PB12 PB13 PB14 PB15
• 对应模式：Swing SwingInvert Invert Round

用freertos设置进程

• 实现多任务并行处理

电路部分说明

• 电路组成：
  • LM2596S-5.0作为降压模块
  • tb6612作为电机驱动
  • stm32f103c8t6最小系统作为主控
  • 四个独立按键
• 电路设计：
  • 电机驱动模块插座
  • c8t6最小系统板插座
  • 降压模块插座
  • 4pin xh2.56光编码器接口
  • 6pin xh2.56电机接口
  • 4pin xh2.56延长线
  • 12v电池插头

有限状态机

设计思路

• 状态以类的方式存储
• 状态的entry、work、exit函数以指针方式存储
• 状态的向外转移列表以类链表存储

class FiniteStateMachine

有限状态机类

• 切换状态
  • 执行上一个State的exit函数
  • （执行状态转移函数，需要状态过渡时使用）
  • 设置当前状态指针
  • 执行下一个State的entry函数
• refresh函数中
  • 调用状态的work函数
  • 判断是否满足下列条件，如果满足，进行转移
    • 满足状态的向外转移列表中事件对应的bool判别式（函数，传入event参数）

class FiniteStateMachineState

状态类

• 包含entry、work、exit函数指针
  • 提供接口对函数指针进行初始化
  • 提供接口对函数指针进行调用
• 向外转移列表（链表）
  • 在FiniteStateMachine调用refresh进行转移判断时对当前State的列表进行遍历，满足条件则进行转移
  • 提供接口addTransItem用以增加表项
  • 在初始化时可直接将该表传入

class FiniteStateMachineTrans

向外转移列表类，单向链表，自身构成链表头

• 通过next指针形成链表
• 在初始化时可通过before衔接已有的链表
• 包含一个bool代数式（函数）condition
• 包含一个目标State*（状态指针）

改进方向

• FiniteStateMachineState添加向外转移表项的函数改为可变参数
• 改进FiniteStateMachineTrans类为FiniteStateMachineTransList和FiniteStateMachineTransItem，成为一个封装完善的单向链表，且具有添加操作
• 考虑以unsigned long型保存event，用多选一的方式表示单个event，这样可以通过或操作完成多个event的表示，将event和condition分离，以event作为触发，condition作为条件