风力摆控制

风力摆系统

摘 要

风力摆系统是一种利用风力对物体进行位置控制的设备，在我国虽然还没有成品的销售与应用，但这种控制理论已经应用于方方面面。目前的普遍问题风力摆系统的自动控制水平不高。

本设计将设计一款智能的风力摆控制系统。主要控制程序由STM32来实现。通过三轴陀螺仪进行角度采集，采集过来的角度值在进行卡尔曼滤波处理，最后将其应用到风力摆系统的控制程序中。主要实现对风力摆进行偏角的收集和计算、控制其运动轨迹，包括其角加速度的控制。风力摆所控制的系统会对各传感器测得的数据进行处理和计算，使对应的设备器件得到有效的、良好的控制，从而使得系统能安全有效地运行。 本设计主控制器利用STM32作为开发硬件系统。它能够对系统进行良好的操控，包括控制与监测风力摆的运动状态、角度值、加速度和平衡参数。轴部是通过万向节连接的，整体运动自如是通过它来实现。系统整体架构清晰，便于操控。

关键词:风力摆;STM32;陀螺仪;卡尔曼滤波 Abstract

Windpendulumsystemisakindofmicrocontrolequipment,th

风力摆控制系统（B题）

摘要

本系统由STM32单片机控制模块、姿态采集模块、风力摆模块、液晶显示模块、人机交互系统以及风力摆机械结构组成。MPU6050 采集风力摆姿态角，单片机处理姿态角数据后通过PID精确算法调节直流风机以控制风力摆。本系统实现了风力摆在仅受直流风机为动力控制下快速起摆、画线、恢复静止的功能，并能准确画圆，且受风力影响后能够快速恢复画圆状态，具有很好的鲁棒性。另外，本系统具有良好的人机交互界面，各参数及测试模式可由按键输入并通过液晶显示，使得测试时操作更加方便。

关键词： 姿态采集 STM32单片机 PID算法 人机交互

1、 方案论证

本风力摆控制系统主要包括单片机控制模块、电源模块、姿态采集模块、风力摆模块、液晶显示模块、人机交互系统以及风力摆机械结构组成。风力摆由万向节连接碳杆再连接风机组成。位于碳杆最下方的姿态采集模块不断采集风力摆当前姿态角，并返回单片机。单片机控制液晶显示姿态角数据并处理数据后通过控制 PWM波占空比控制风机转速，实现对风力摆的控制。本系统结构框图如图1所示。

姿态采集模块 单片机系统 风力摆模块 人机交互系统 液晶显示模块 图1 系统结构框图

1.1 风力摆运动控制方案的选择与论证

引言：本次设计完成制作了一个风力摆控制系统。该系统分为运动检测和控制

两个部分，其中运动检测部分主要检测摆的角度并反馈给控制系统，控制部分主要对检测到的数据进行运算，输出PWM波来控制轴流风机的转速以使风力摆按照一

定规律运动。激光笔在地面画出相应的轨迹。

（1）具体实现了以下竞赛要求：从静止开始，15s 内控制风力摆做类似自由摆运动，使激光笔稳定地在地面画出一条长度不短于50cm 的直线段，其线性度偏差不大于±2.5cm，并且具有较好的重复性；

（2）从静止开始，15s 内完成幅度可控的摆动，画出长度在30~60cm 间可设置，长度偏差不大于±2.5cm 的直线段，并且具有较好的重复性；

（3） 可设定摆动方向，风力摆从静止开始，15s内按照设置的方向（角度）摆动，画出不短于20cm的直线段；

（4）将风力摆拉起一定角度（30°~45°）放开，5s内使风力摆制动达到静止状态。

（5）画出一个半径在15cm到35cm的圆。

1方案论证

1. 1主控模块的论证与选择

方案一：使用MCS—51系列单片机。MCS—51系列单片机是八位单片机，具有价格低廉、操作简单等特点，而且MCS—51系列单片机学习资料比较多，易于自主的学习与掌握，而且这方面

【关键词】倒立摆 模糊控制 PID控制 模糊PID控制 MATLAB仿真

【英文关键词】Inverted pendulum Fuzzy control PID control Fuzzy PID control MATLAB Simulation

倒立摆论文：基于PID的二级倒立摆控制器的设计

【中文摘要】二级倒立摆系统是一个具有多变量、强耦合性、高度非线性的不稳定的系统，它可以反应出控制界当中的很多问题，例如：鲁棒性、可镇定性、跟踪性等。在控制领域当中，有很多的不稳定系统以及非线性系统，而倒立摆系统能够对这样的系统进行检验，所以倒立摆系统是控制领域当中学者研究的热点之一。倒立摆的控制方法也在军事、机器人等领域中得到了广泛性的应用。第一章简单介绍了倒立摆系统研究的历史与现状，并阐述了在不同时期所取得的成果。因为本文设计的是模糊PID控制器，所以在接下来的章节中我们首先要做的就是相关理论的准备工作。准备的内容包括：PID理论、模糊理论等相关知识的介绍。之后用拉格朗日函数方法建立一个二级倒立摆的数学模型，根据这个模型求出它的状态与输出两个方程，用现代控制理论对该系统的稳定性、可控制性、能观测性进行分析，同

包括,著名风机制造商介绍,风力发电机拓扑结构、贝茨理论推导、直驱式同此同步发电机控制、风力发电并网技术以及对电力系统的影响等。

风力发电控制技术作业

包括,著名风机制造商介绍,风力发电机拓扑结构、贝茨理论推导、直驱式同此同步发电机控制、风力发电并网技术以及对电力系统的影响等。

包括,著名风机制造商介绍,风力发电机拓扑结构、贝茨理论推导、直驱式同此同步发电机控制、风力发电并网技术以及对电力系统的影响等。

Repower System AG(瑞能) 发展历史： 2001年,由Jacobs Energie,BWU和pro+ pro Energiesysteme合并而成，总部位于德国汉堡。 1994年研发第一台500kW风机；曾制造世界第一台5MW海上风机；现为印度Suzlon的全资子公司。 公司规模：世界十大风力发电机制造商之一 2478名员工年营业额为112亿欧元制造安装3500台风力发电机总发电量超过5400MW在中国：瑞能北方风电设备有限公司

包括,著名风机制造商介绍,风力发电机拓扑结构、贝茨理论推导、直驱式同此同步发电机控制、风力发电并网技术以及对电力系统的影响等。

技术特点 技术来源：购自Aerodyn公司+自身吸收研发，目前主流机型都源自MD77

风力发电机组控制原理

第一章 绪 论旋转罩 轮毂 机舱 油冷却器 热交换器 齿轮箱 旋转接头 控制箱

低速轴

变桨驱动 支撑轴承

偏航驱动

发电机

通风

隔离减震

机舱座

风力发电机组结构图

第一章 绪 论一、机组的总体结构风轮 增速器 发电机

电网主继电器

风

主开关熔断器

变压器

转速晶闸管 变桨 并网 功率 风 风速 控 制 系 统

无功补偿

定桨：1.5-2.5叶尖扰流器起脱网停机气动刹车，一般采用双速发电机来提高效率。 变桨：随风速改变攻角，超过额定风速保持额定功率。 设计风轮转速：20-30r/min,通过增速器与发电机匹配。 采用晶闸管软切入并网，并网容易，扰动小。 含微处理器的控制系统。

第一章 绪 论二、风力发电机组的主要类型与控制要求 定桨距失速型机组 监控系统任务：控制风力发电机并网与脱网；自动相位补偿；监视机组的运 行状态、电网状况与气象情况；异常工况保护停机；产生并记录风速、功率、 发电量等机组运行数据。 全桨叶变距型机组 监控系统任务：控制风力发电机并网与脱网；优化功率曲线；监视机组的运 行状态、电网状况与气象情况；异常工况保护停机；产生并记录风速、功率、 发电量等机组运行数据。 基于变速恒频技术的变速型机组 监控系统任务除去上述功能外

风力发电机组控制原理

第一章 绪 论旋转罩 轮毂 机舱 油冷却器 热交换器 齿轮箱 旋转接头 控制箱

低速轴

变桨驱动 支撑轴承

偏航驱动

发电机

通风

隔离减震

机舱座

风力发电机组结构图

第一章 绪 论一、机组的总体结构风轮 增速器 发电机

电网主继电器

风

主开关熔断器

变压器

转速晶闸管 变桨 并网 功率 风 风速 控 制 系 统

无功补偿

定桨：1.5-2.5叶尖扰流器起脱网停机气动刹车，一般采用双速发电机来提高效率。 变桨：随风速改变攻角，超过额定风速保持额定功率。 设计风轮转速：20-30r/min,通过增速器与发电机匹配。 采用晶闸管软切入并网，并网容易，扰动小。 含微处理器的控制系统。

第一章 绪 论二、风力发电机组的主要类型与控制要求 定桨距失速型机组 监控系统任务：控制风力发电机并网与脱网；自动相位补偿；监视机组的运 行状态、电网状况与气象情况；异常工况保护停机；产生并记录风速、功率、 发电量等机组运行数据。 全桨叶变距型机组 监控系统任务：控制风力发电机并网与脱网；优化功率曲线；监视机组的运 行状态、电网状况与气象情况；异常工况保护停机；产生并记录风速、功率、 发电量等机组运行数据。 基于变速恒频技术的变速型机组 监控系统任务除去上述功能外

2015年全国大学生电子设计竞赛

风力摆控制系统（B题）

2015年8月15日

摘 要

系统为由STC 12单片机控制模块、姿态采集模块、风力摆模块、液晶显示模块、人机交互系统以及风力摆机械结构组成的闭环控制系统。MPU6050采集风力摆的姿态角，单片机处理姿态角数据后通过PID精确算法调节直流风机以控制风力摆。本系统实现了风力摆在仅受直流风机为动力控制下快速起摆、画线、恢复静止的功能，并能准确画圆，且受风力影响后能够快速的恢复画圆状态，具有很好的鲁棒性，另外，本系统具有良好的人机交互界面，各参数及测试模式可有按键并通过液晶显示，性能好，反应速度快。

关键词：PID算法 MPU6050 STC 12单片机 人机交互

I

目 录

一、系统方案 ........................................................ 1

1.1主控制器件的论证与选择 ....................................... 1 1.2 姿势采集的论证与选择 ....................................... 1 二、系统理论分析与计算 ....

2015年全国大学生电子设计竞赛

风力摆控制系统（B题）

参赛学校：长安大学 队伍编号：XZ 015

参赛队员：崔曜东、马若斯、李宝才

指导教师：

2015年8月15日

摘 要

本系统为由STM32单片机控制模块、姿态采集模块、风力摆模块、人及交互系统以及风力摆机械结构组成的闭环控制系统。MPU-6050陀螺仪传感器实时采集风力摆的姿态角及角速度，STM32f103单片机通过PID算法调节轴流电机转速以控制风力摆。风力摆能够实现快速起摆、画线、恢复静止的功能，并能准确画圆。同时系统可以通过键盘设定运行模式和相关角度值，风力摆的角度和运行时间由液晶显示，具有较好人机界面。系统设计结构简单，制作成本低，控制精度高。

关键词：STM32f103、MPU-6050模块、PWM调速

Abstract

This system is composed of STM32 control module, attitude acquisition module, wind force model, human and interactive system, and the closed-loop control system comp

风力发电偏航控制系统的研究

0 引言

风能是一种清洁能源，在人类实现可持续发展中有着重要作用，由于它的作用大，故此吸引的许多人的开发，风力发电更是受到广大的青睐。其可靠优秀可靠优秀也被更多人认识。

本文主要是对风力偏航控制系统的组成和原理做一个简单的了解，偏航系统主要是由偏航控制机构和偏航驱动机构两大部分组成，控制机构包括风向传感器，偏航控制器，解缆传感器组成，而驱动机构是由偏航轴承，偏航驱动装置，偏航制动器组成。本课题也是在了解了风力发电的一些基本原理的前提下面，进一步对偏航做一个更好的认识，了解简单的控制流程。同样就风力在全世界的快速发展，因此带动了一大批产业的崛起，它对世界经济的上升带来了不可忽视的重大作用。

1 风力发电概况

1.1国外风力发电的发电

根据全国风能理事会发布的全球风电市场装机数据，2011年，全球新增风电装机达到237669MW。这一数据表明全球累计装机实现了21%的年增长，新装数据达到6%。到目前，全球75个过国家有商业运营的风电装机，其中22个国家的装机容量超过1000MW。1996~2011年全球风电发展情况如图1-1和图1-2。

1

图1-1 1996~2011年全球风电每年新增装机容量

图1-2