摘 要：基于PID控制算法和MPU-6050传感器技术，采用MK60DN512单片机控制完成风力摆控制系统。实现的功能有通过激光笔定时画直线，定时画圆周以及定时恢复静止。软件部分采用了姿态解算算法，实时进行角度监控，对于控制系统中的相关问题提出了具体的解决办法，并在实验室进行测试，能给控制系统的研究工作带来帮助。
　　关键词：PID控制；MPU-6050；MK60DN512；风力摆
　　1 系统设计方案论证与分析
　　风力摆控制系统是一个综合了控制与机械的系统，在机械方面与控制上要进行论证与选择，在机械方面的选择是实现功能的基础，也间接决定了控制策略，设计系统的时在实验室进行了很长时间的验证以及方案设计与选择。
　　1.1 风力摆机械模块方案的论证与选择
　　方案一：采用二个12V 3.3A的直流风机，对立摆放。
　　方案二：采用三个12V 3.3A的直流风机，按三角形摆放。
　　方案三：采用四个12V 3.3A的直流风机，按四方体摆放。
　　在实验中发现两个直流风机质量轻，易起摆，但是画线不稳定；三个直流风机质量中等，比较容易起摆，较稳定，但是好控制；四个直流风机质量重，不易起摆，但是一旦起摆，最稳定，四个的重量可满足起摆的条件，且画圆稳定，所以选择方案三。
　　1.2 传感器模块方案的选择与论证
　　方案一：采用角度传感器和加速度传感器，算出传入比后，角度传感器可直接测量角度；加速度传感器可以测量牵引力产生的加速度。
　　方案二：采用MPU-6050陀螺仪，6轴运动处理传感器，集成了3轴MEMS陀螺仪，3轴MEMS加速计，以及一个可扩展的数字运动处理器（DMP）可测量风力摆的角速度以及角加速度，与方案一相比，MPU-6050的优点是内置数字运动处理（DMP）引擎可减少复杂的融合演算数据、感测器同步化、姿势感应等的负荷，得到的数据更准确。所以选择方案二。
　　1.3 算法控制方案的论证与选择
　　方案一：采用基于增量式PID的角度控制算法。通过对模拟控制系统PID控制规律表达式的离散化，可得数字式PID表达式为：。
　　方案二：采用模糊自调整参数PID控制，此控制既有模糊控制不依赖于被控对象，对被控对象的非线性和时变性具有一定的适应能力等优点，又引入了PID控制系统同时获得良好的动态性能和稳态性能。因为基于增量式PID的角度控制算法简单稳定，可靠性高，模糊自调整参数PID控制虽然非常精确，但是较难掌握，所以选择方案一。
　　1.4 电源模块方案的选择与论证
　　方案一：采用298直流电机驱动电路，所用芯片l298属于H桥集成电路，其输出电流为2000mA，最高电流4A，最高工作电压36V。
　　方案二：采用开关电源，标准输出为12V 3A。虽然298直流电机驱动电路体积小，控制方便，但是承受电流较小，电压不稳定；开关电源优点是小型、轻量和高效率且输出稳定，因此选择方案二。
　　2 系统设计
　　2.1 K60最小系统与控制板
　　K60最小系统板，风力摆系统的控制核心，由于系统设计的要求，在单片机设计中进行裁剪，以较好的控制MPU-6050进行姿态解算，通过串口传递数据到单片机，由单片机控制到OLED显示，根据角度数据以及目标角度对风力摆的摆动角度进行PID控制，完成目标摆动轨迹。.

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