直线型一阶倒立摆5---硬件平台搭建
六、硬件平台搭建
硬件平台是由控制板、传感器、驱动器和直线型一阶倒立摆组成。其中控制板起到数据处理和程序控制功能，传感器用于获取受控对象的当前信息，驱动器用于执行来自控制板的信息。传感器将受控对象的模拟信息转换为控制板能识别的数字信息，并发送至控制板。驱动器将控制板的数字信息转换为受控对象能响应模拟信息。故可以认为它们在该环节中本质上充当着信息转换的工具。
1.控制板选择
控制器指的是具有数字处理能力和控制能力的芯片，具有数字处理能力的芯片可分类为片上处理系统Soc)、单片控制芯片(MCU)、数字处理器(DSP)、微处理器(MPU)。每一类芯片各有其特点。MCU有Intel的C8051芯片，意法半导体公司生产的ARM系列控制器，包含STM8、STM32、或者飞思卡尔生产的MCU。DSP有德州仪器的TMS32系列。
对于本例的直线型一阶倒立摆而言，控制器的处理能力依据需要执行的程序复杂程度决定，同时，还需要足够信号输入输出端口，用于获取小车信息、摆杆信息的传感器，用于驱动电动机。因此，可以选择STM32F103C8T6作为控制器。通常，能够买到的这类控制器一般作为最小系统进行销售。虽然，使用这类最小系统能够完成对应的功能，但是还需要搭载其它芯片，影响美观。如果，想要改善，可以考虑基于需求设计一块控制板。
2.驱动器
驱动器包含信号转换器以及电动机。倒立摆系统的具体目的决定了驱动器需要能够输出较高能量的能力，才能让摆杆达到稳定的效果。因此需要选取合适的能量转化器。电动机则需要拥有较快速的响应能力，合适的输出转矩，用于驱动小车运动。根据倒立摆系统的大小，可以预估出使用那种电动机和能量转换器。
本例中采用60cm的直线导轨作为倒立摆的小车的运动范围，采用步进电动机带动，步进电动机则采用对应的能量转换器。关于步进电动机的驱动方法，会在后续博文中写出。
3.传感器
传感器的种类根据控制算法具体决定。本例中传感器包含角度传感器、速度传感器。至于摆杆角速度可以根据离散微分算法确定，小车位置可以根据离散积分算法确定。
角度传感器分辨率越高测量效果越好，光电霍尔角度传感器测量效果要优于电阻式角度传感器。
速度传感器也可以采用高精度的传感器。
4.直线型一阶倒立摆
直线型一阶倒立摆包含直线导轨、小车、以及与小车铰接的摆杆。直线导轨和小车的要求在于尽量地减少摩擦力。而摆杆则更多的选择质量分布均匀的铁质杆。才能满足理论分析部分对摆杆的假设。