风力摆控制系统设计与实现开题报告
基于单片机的小型风力发电控制系统开题报告
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风力摆控制系统设计报告
大学生电子设计竞赛风力摆控制系统学院: 计算机学院项目：风力摆控制系统负责人：王贤朝指导老师：张保定时间： 2017年5月20日摘要本系统采用K60开发板作为控制中心，与万向节、摆杆、直流风机（无刷电机+扇叶）、激光头、反馈装置一起构成摆杆运动状态与风机速度分配的双闭环调速系统。
单片机输出可变的PWM波给电机调速器，控制4个方向上风机的风速，从而产生大小不同的力。
利用加速度计模块MPU6050，准确测出摆杆移动的位置与中心点位置之间的关系，采样后反馈给单片机，使风机及时矫正，防止脱离运动轨迹。
使用指南针模块判别方向，控制系统向指定方向偏移。
控制方式采用PID算法，比例环节进行快速响应，积分环节实现无静差，微分环节减小超调，加快动态响应。
从而使该系统具有良好的性能，能很好地实现自由摆运动、快速制动静止、画圆、指定方向偏移，具有很好地稳定性。
关键词：K60、空心杯电机、MPU6050、PID、无线蓝牙目录一、系统方案..............................................1.1 系统基本方案......................................1.1.1 控制方案设计................................1.1.2 机械结构方案设计............................1.2 各部分方案选择与论证 (1)1.2.1电机选择 (1)1.2.2 电机驱动的选择..............................1.2.3 摆杆与横杆的连接选择........................1.2.4 摆杆与风机的连接选择 (2)二、系统理论分析与计算 (2)2.1风力摆位置的计算与分析 (2)2.2风力摆运动状态的分析...........................2.3控制算法的分析 (3)三、电路与程序设计 (3)3.1电路的设计 (3)3.1.2电源 (4)3.2程序的设计 (4)3.2.1程序功能描述与设计思路 (4)3.2.2程序流程图 (4)四、测试方案与测试结果 (5)4.1测试方案 (5)4.2测试条件与仪器 (5)4.3测试结果及分析 (5)（1）测试结果 (5)（2）测试分析与结论 (6)五、结论与心得 (6)风力摆控制系统（B题）【本科组】一、系统方案1.1 系统基本方案1.1.1 控制方案设计为了实现题目要求我们采用K60单片机做为主控芯片，用加速度计陀螺仪模块MPU6050来计算角度和风机状态，用直流风机带动摆杆运动。
MW级风力发电机组偏航控制系统设计开题报告(可编辑修改word版)
本科生毕业设计（论文）开题报告题目：MW 级风力发电机组偏航控制系统设计姓名：陈晓学号：200806040201指导教师：陈景文班级：电气工程及其自动化081所在院系：电气与信息工程学院毕业设计（论文）开题报告表本课题的研究内容、方法、手段及预期成果1、本课题的研究内容：（1）熟悉风力发电机组系统的基本组成及功能。
（2）深入了解偏航控制系统的功能和原理，掌握偏航控制系统的结构和驱动机构。
（3）分析偏航过程并推导算法流程。
（4）对偏航控制系统分别进行软件和硬件设计。
2、本课题的研究方法与手段：（1）通过对风力发电机组尤其是偏航控制系统功能能和原理的研究，深入了解偏航控制系统在风力发电机组中的作用及其结构。
（2）为有效地设计偏航控制系统，还需比较各种对风控制器的优缺点，从而找出一种比较适当的控制算法，设计控制器，画出流程图。
并采用仿真软件，针对双馈风力发电机组进行仿真实验，从而对比此方法是否有效。
（3）由于启动和并网的需要，大型风力发电机组需要根据风速仪、风向标等传感器数据，对风、制动、开闸并确定启动，达到同步转速一段时间后，进行并网操作，开始发电。
这就要求只有在风向变化时，才需要偏航，而风速变化引起功率变化时，偏航系统不需要动作。
所以风速变化在程序设计时需要考虑。
（4）随着系统的控制性能不断提升，采用单片机作为偏航控制系统已经逐渐被性能更好、处理速度更快、是实行更高的DSP 和嵌入式系统所代替。
因此本设计硬件电路系统准备采用DSP 作为系统偏航控制器。
3、本课题的预期成果：（1）熟悉风力发电技术。
（2）基于新型算法综合考虑后进行偏航控制系统的软件设计。
（3）偏航控制系统与风力发电机组的控制系统相互配合，使风轮始终处于迎风状态，提高风力发电机的发电效率，保障风力发电机组的安全运行。
究类；理论研究类；软件工程类。
2、此表由学生填写，交指导教师签署意见后方可开题。
本科生毕业设计（论文）开题报告考核一、指导教师对开题报告的评语：指导教师2013 年 月 日二、开题报告答辩评语及成绩:答辩小组负责人2013 年 月 日成绩。
全国大学生电子设计竞赛B题风力摆设计报告精编版
全国大学生电子设计竞赛B题风力摆设计报告公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-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日摘要本文以 IAP 单片机为控制核心，可以在运行过程中对User Flash的部分区域进行烧写；MPU6050是陀螺仪与加速度传感器的结合，可实时检测出风力摆的状态并由单片机处理后通过PID 控制算法实现闭环调节，实现对直流电机转速的控制以此来达到风力摆的动态平衡。
系统设计结构简单，制作成本低，控制精度高。
风力摆运行状态由液晶显示，智能性好，反应速度快，具有良好的人机交互界面。
目录风力摆控制系统（B题）【本科组】一、系统方案本系统主要由控制处理模块、角度，加速度检测模块、驱动模块、电源模块、显示组成，下面分别论证这几个模块的选择。
1、电机的论证与选择方案一：采用步进电机。
步进电机具有动态响应快、易于起停，易于正反转及变速的优点。
但缺点是它以步进式跟进，角度小于一个步距角时是系统响应盲区，而且经过测试步进电机在控制旋转臂时，抖动性大并且容易出现卡顿现象，所以不适合风力摆的控制。
方案二：采用小型轴流风机。
扭矩大，体积小，驱动电路简单，稳定强，负载能力强等优点。
综合比较以上两种电机，结合设计所需平稳的控制摆杆处于竖直状态，故选择小型轴流风机。
2、单片机的论证与选择方案一：采用 AT89C52 单片机。
AT89C52 单片机是一种低功耗、高性能CMOS 8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。
方案二：采用IAP15F2K61S2 单片机。
IAP 系列单片机具有低功耗、高速度、超强抗干扰等优点。
方案三：采用 STC89C52RC 单片机本身带有有 8 路十位 AD 转换和 2 路PWM，而且处理速度比一般单片机要快，精度高。
综合比较以上三种单片机。
为了更方便、高精度、高速度地控制系统，完成题目要求，故选择 IAP15F2K61S2 单片机为主控芯片。
全国大学生电子设计竞赛设计报告风力摆
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日摘要本风力摆系统主要包括单片机控制模块，开关电源（电源模块）激光笔及小型轴流风机，以及基于六轴倾角仪mpu6050的闭环控制系统。
其中控制模块采用STM32为核心控制芯片，激光笔作为系统的执行机构，12V2.5A的小型轴流风机作为驱动风力摆的唯一动力，用12V的开关电源驱动轴流风机。
轴流风机和摆杆通过万向节固定在支架上（用粗股导线将风力摆悬挂在支架上）。
固定在支架上，测量得到的角度经过软件处理得到风力摆摆动所需要的PWM值。
（本系统的PID 算法算法是通过实际经验试验出风力摆的控制规律，稳定的完成风力摆运动过程中激光笔画轨迹。
）关键词：风力摆; STM32; 轴流风机; PID算法; mpu6050目录一、系统结构方案与设计 (1)1、机械结构设计 (1)2、主控芯片的论证与选择 (1)3、风力摆结构方案的论证和选择 (2)4、运动控制算法的论证和选择 (2)二、系统理论分析与计算 (2)1、摆杆位置检测 (2)2、风力摆运动控制分析 (2)3、控制算法分析 (2)三、电路与程序设计 (3)1、电路的设计 (3)（1）STM32最小系统电路 (4)（2）稳压电源电路 (4)2、程序的设计 (4)（1）程序功能描述与设计思路 (4)（2）程序流程图 (4)四、测试方案与测试结果 (5)1、测试方案 (5)2、测试条件与仪器 (5)3、测试结果及分析 (5)（1）测试结果(数据) (5)（2）数据分析与结论 (7)五、结论与心得 (7)六、参考文献 (8)附录1：电路原理图 (9)附录2：源程序 (11)风力摆控制系统（B题）【本科组】一、系统结构方案与设计1、机械结构设计我们以生钢为材料加工成的十字作为风力摆支架的底盘，结构坚固克服摆动时的震动。
以实心的钢棒作为摆杆减小了摆动时的自旋，用万向节将摆杆和支架的水平臂连接保证了摆动的灵活性以及达到了摆动角度和速度的精确控制。
风力摆控制系统 设计报告
摘要：本系统主要是以STM32单片机为控制芯片控制4只直流轴流风机，从而调节风机转速来控制使风力摆呈现不同状态的控制系统。
该系统主要由主控板，无线遥控器，直流轴流风机，摆架框架等四大部分组成风力摆控制系统。
关键字：风力摆无线 STM32单片机直流轴流风机一．系统方案1.系统方案论证本系统主要由遥控模块、控制模块、陀螺仪模块、直流轴流风机组成，添加一些辅助电路作为扩展功能。
系统工作有六种工作模式，使用无线遥控切换模式并显示。
下面分别论证这几个模块的选择。
1.1直流风机的论证与选择方案一：使用直流鼓风机。
直流鼓风机的机械摩擦非常小，具有较大的精度，并能提供足够的风力进行运动。
但在实验过程中，风机启动速度较慢，且由于其自身重量过大，风摆在运动过程中受惯性影响极大，不能有效的完成任务要求。
方案二：采用直流轴流风机。
直流轴流风机是在固定位置使空气流动，自身重量和体积都比较小，且出风口大，能够很好的提供动力与控制。
在实验过程中能够较快的启动，并能较好的实现任务要求，符合实验需要。
综合以上两种方案，风力摆在运动过程中需要进行实时控制摆杆的姿态，且需要风机启停反应快，故选择方案二。
1.2控制器模块的论证与选择根据设计要求，控制器主要用于计算摆杆姿态、控制直流轴流风机PWM、使摆杆能完成相应等功能。
方案一：采用STC89C51作为系统控制器。
它的技术成熟，成本低。
STC89C51是8位的单片机，数据传输速度慢，在用于精密的操作时，不能满足实时控制的要求，且复杂的控制算法难以实现，不利于控制。
方案二：采用意法半导体公司的STM32F103单片机作为控制器。
STM32系列单片机是32位、RISC、低功耗的处理器。
在进行高精密的操作时，处理能力非常强，运算速度快，具有很好的控制能力，且成本低，更符合实验要求。
综合考虑以上两种方案，采用方案二。
2.系统结构根据上述方案的论证，我们确定以STC32F103作为控制核心，采用型号为PFB0812XHE的直流轴风机控制摆杆运动，用陀螺仪MPU6050检测状态数据，并将采集到的数据传输给控制板，然后通过单片机计算处理得出摆杆的姿态并调整直流轴风机的转速，从而使摆杆快速获得需要的状态，通过对应的无线遥控，设置相应的功能并发送给控制板，使其实现对应的功能，完成任务要求。
基于AT89C52的风摆控制系统设计与实现
基于AT89C52的风摆控制系统设计与实现尚坡利;吴宁【摘要】介绍了一种基于AT89C52单片机为控制核心的风摆控制系统,该系统通过调节直流风扇转速实现对摆杆摆角的实时测量、显示和控制.系统采用SCA100T-D02角度传感器来实现对摆杆转角信号的采集,根据转角值输出一定占空比的PWM脉冲波,用L298N作为驱动电路控制风扇电机转速,以达到控制摆杆转角的目的,同时在径向距离大于50cm时可用蜂鸣器报警.该系统经过测试实验,能耗低,性价比高,具有较高的实际应用价值.【期刊名称】《甘肃科技纵横》【年(卷),期】2016(045)009【总页数】3页(P37-38,6)【关键词】检测技术与自动化装置;风摆;AT89C52【作者】尚坡利;吴宁【作者单位】兰州石化职业技术学院电子电气工程系,甘肃兰州730060;兰州工业学院电气工程学院,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TP273;TP368.12015年全国大学生电子设计竞赛本科组B题以风力摆控制系统为研究对象，要求所设计系统在规定时间内能够做出重复自由摆运动，或是可根据要求设定摆动方向，摆动时所附加激光笔能够画出直线段；或是将风力摆拉起一定角度放开，规定时间内使风力摆制动达到静止状态。
本论述基于该竞赛题目提出的设计要求，给出一种简单实用、性价比高，且易于实现的设计方案。
根据题目的要求，本系统需解决以下问题：对风扇电机的转速进行快速而准确的控制，以保证风扇的转角短时间稳定在控制范围内；为保证系统的精度要求，必须要对摆杆摆动角度进行实时检测及显示；为保证摆杆达到预定角度还需要相应的设定电路。
根据以上要求，其控制模型框图见图1所示。
为完成系统控制目标，对各环节模块进行如下设计。
2.1 控制模块设计根据题目要求，控制器主要用于传感器信号的接收与辨认、控制电机转动、显示实时角度等。
有以下两种方案：方案一：采用FPGA作为系统控制器。
FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大、密度高、体积小、稳定性高，并且可应用EDA软件仿真、调试，易于进行功能扩展。
简易风力摆报告设计
摘要设计了一个简易风力摆控制装置，由直流风机组，陀螺仪，直流减速电机以及激光笔等组成。
以MSP430F149单片机为核心，用PWM波控制控制电机转速，调节风力大小，并以四个风机上下与左右同面两两并在一起对碳素管及激光笔进行工作，使细杆及激光笔在风机的作用下可进行自由摆动且进一步可控摆动在地上划线，具有很好的重复性，并且可以设定摆动方向且画短线，已经能够在将风力摆拉起一定角度放开后可以在规定时间内达到平衡。
关键词：风力控制摆、陀螺仪、轴流风机、PWM调速、MSP430单片机风力摆控制系统（B题）1方案设计与选择设计内容要求一个下端悬挂有(2~4只)直流风机的细管上端固定在结构支架上，只由风机提供动力，构成一个风力摆，风力摆上安装一个向下的激光笔。
通过单片机代码指令控制驱动风机使风力摆按照一定的规律运动，并使激光笔在地面画出要求的轨迹，风力摆结构图如图1所示。
图1风力摆结构图设计要求基本要求(1)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±，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± 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。
发挥部分(1)以风力摆静止时激光笔的光点为圆心，驱动风力摆用激光笔在地面画圆，30s 内需重复3 次；圆半径可在15~35cm 范围内设置，激光笔画出的轨迹应落在指定半径± 的圆环内；(2)在发挥部分(1)后继续作圆周运动，在距离风力摆1~2m 距离内用一台50~60W 台扇在水平方向吹向风力摆，台扇吹5s 后停止，风力摆能够在5s 内恢复发挥部分(1)规定的圆周运动，激光笔画出符合要求的轨迹；(3)其他。
风力发电机系统变速恒频控制器的研究与设计的开题报告
风力发电机系统变速恒频控制器的研究与设计的开题报告一、研究背景和意义随着全球对可再生能源的需求日益增加，风力发电作为一种具有广泛应用前景的清洁能源，其发展也日益迅速。
然而，由于风力发电的可变性，使得其发电机组输出功率和频率存在波动，这对于电网的安全稳定运行构成了一定的威胁。
因此，风力发电机组需要一个能够有效控制其输出功率和频率的控制器。
目前，风力发电机组的控制器主要有两种:变速恒频控制器和直驱控制器。
其中，变速恒频控制器由于其良好的稳定性和控制精度，成为了最受欢迎的一种控制方式。
它通过自适应控制算法控制风力发电机叶片的转速和角度，并将输出电压和频率调整到恒定值，从而实现了对风力发电机组的控制。
因此，本文旨在探索风力发电机系统变速恒频控制器的研究与设计，以提高风力发电的可靠性和稳定性，促进风力发电的发展和应用。
二、研究内容和目标本文研究内容包括以下两个方面：1.风力发电机系统的控制策略研究。
通过对风力发电机组的控制策略进行深入研究，探讨其变速恒频控制的原理和方法，为系统的稳定运行提供有效的控制手段。
2.风力发电机系统变速恒频控制器的设计与实现。
基于研究的控制策略，设计并实现风力发电机系统的变速恒频控制器，提高风力发电机组的稳定性和可靠性，使其能够更好地适应市场需求。
三、研究方法和步骤本文的研究方法主要包括文献调研、理论分析、仿真验证和实验验证等。
具体步骤如下：1.通过文献调研、市场调查等方式，深入了解风力发电系统的基本原理和现状，掌握系统变速恒频控制的主要思路和方法。
2.在理论分析的基础上，采用MATLAB等仿真工具进行系统仿真，以验证变速恒频控制器的控制效果和稳定性。
3.配合实验基地现场实验，进行实验验证和数据分析，验证变速恒频控制器在现实环境下的控制效果和稳定性，对系统进行优化。
4.总结控制器设计和实验结果，进一步验证本文研究的有效性和可行性，为风力发电系统的变频恒频控制提供技术参考和实践指导。
风力摆控制系统
风力摆控制系统摘要：本系统以MSP430F149单片机作为主控芯片，通过陀螺仪传感器MPU-6050检测风力摆的姿态信息，采用PID控制算法和互补滤波，实现了系统的最优控制，角度和X-Y轴等姿态信息的实时显示，使系统按照预期的轨迹运动。
本设计结构简单、可靠性高、操作方便、性能优良。
关键词：风力摆；MSP430F149； PID调节；互补滤波目录一、系统方案 (1)1、检测模块的论证与选择 (1)2、动力模块的论证与选择 (1)3、显示模块的论证与选择 (1)4、控制模块的论证与选择 (2)二、系统理论分析 (2)1、运动情况分析 (2)（1）水平直线运动 (2)（2）自动“归零”运动 (2)（3）圆周运动 (3)2、水平直线运动计算 (3)3、圆周运动计算 (3)4、PID调节和互补滤波 (4)三、电路与程序 (4)1、电路的设计 (4)（1）系统总体框图 (4)（2）供电子系统 (4)（3）检测模块 (5)（4）显示模块 (5)2、程序的设计 (5)(1)程序功能描述与设计思路 (5)(2)程序流程图 (6)四、测试方案与测试结果 (6)1、测试方案 (6)2、测试条件与仪器 (6)3、测试结果及分析 (6)（1）测试结果 (6)（2）测试分析与结论 (8)五、结论与心得 (8)六、参考文献 (8)风力摆控制系统（B题）【本科组】一、系统方案本系统主要由检测模块、显示模块、动力模块和控制模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
1、检测模块的论证与选择方案一：采用MMA7455加速度传感器检测平台倾角。
其核心为飞思卡尔公司的MMA7455L数字三轴加速度传感器，它通过数字输出，工作可靠。
但其8位模式限制了其测量精度，在测量微小的角度变化上误差较大，且7455不含陀螺仪，由此产生陀螺仪与加速器之间时间差的问题。
方案二：采用电位器检测摆杆倾角。
用电阻分压方式可以实现电位器对角度变化的感应。
但是必须经过模数转换才能将信号传给处理器处理，其灵敏度和模数转换器的精度都会对测量结果产生直接影响，误差很大。
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沈阳航空航天大学
开题报告
学生姓名：***
论文题目：风力摆控制系统设计与实现
（四）机械部分设计
机械部分采用铝合金型材作为主题支架，在伸出的顶臂中部固定万向节连接碳杆，碳杆下方连接风机作为摆头。
具体形状如图。
（五）可能出现的问题
本系统要求机械部分绝对对称，机械部分的偏差很可能会导致控制不稳。
对风力摆的控制和抗干扰能力上，要求精度高，响应时间短，算法实现上控制起来有难度。
选用电机工作时电流很大，电机驱动的散热做不好很容易引起一连串烧毁芯片。
姿态检测元件要和摆头完全平行，稍有偏差角度采集时就可能会出现数据不准确，不稳定，难以处理的问题。
三、研究目标
此次设计是针对于微型计算机控制原理、单片机原理及其应用展开的，基于我们自动控制理论的学习，设计一个风力摆控制的教学演示系统。
1、此系统目的是控制风力摆完成不同要求的运动。
2、控制系统主要以PWM波实现对风机的多种策略的PID控制。
3、角度检测模块主要实现风力摆角度，加速度等位置信息的实时监测，反馈给控制中心。
4、在有外力干扰下，系统能够快速回到预设状态，有较强的稳定性。
5、采用多种控制策略，来实现对风力摆的摆幅，摆动方向的不同控制
四、参考文献
[1]李全利.单片机原理及应用技术.北京：高等教育出版社，2004
五、计划进度一览表。