懸掛運(yùn)動控制系統(tǒng)設(shè)計-文庫吧
2025-06-22 14:11 本頁面
【正文】 就本賽題來說，其硬件制作相對較少，如何在有限的幾天內(nèi)更好地利用人力資源，開發(fā)出更好的、更完善的系統(tǒng)將成為一個必須面對的問題，而且雙MCU結(jié)構(gòu)易于擴(kuò)展升級。因此，本系統(tǒng)使用了雙MCU的結(jié)構(gòu)來開發(fā)系統(tǒng)軟件。 3）循跡模塊方案 方案一：采用CCD傳感器，通過圖像識別確定黑線軌跡。此方案循跡穩(wěn)定，但實(shí)現(xiàn)難度較大。 方案二：采用反射式紅外傳感器，根據(jù)白紙與黑線的反射率不同辨別軌跡。使用傳感器組成陣列可以探測出軌跡的所有延伸方向，滿足循跡的要求。本系統(tǒng)使用了方案二。 4）輸入輸出模塊方案良好的人機(jī)交互界面使得設(shè)計更加人性化。為方便操作者對整個控制過程有直觀的認(rèn)識，決定使用240128點(diǎn)陣式LCD實(shí)時地顯示運(yùn)動物體的運(yùn)動軌跡和參數(shù)。同時，為了擴(kuò)展系統(tǒng)性能和方便操作，系統(tǒng)在使用44鍵盤的基礎(chǔ)上再添加一個PS/2鼠標(biāo)，打算用來任意操作物體的移動。經(jīng)上述方案設(shè)計與論證，得到系統(tǒng)的總體框架圖如圖1所示。圖1 系統(tǒng)總體方框圖二、系統(tǒng)原理與分析1．步進(jìn)電機(jī)特性步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，使得步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差。這一特性是整個系統(tǒng)方案的基礎(chǔ)。為了不產(chǎn)生累積誤差，必須保證步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行不失步。這和其運(yùn)行矩頻特性密切相關(guān)，如圖2所示。圖2 運(yùn)行轉(zhuǎn)距－頻率特性可見，對步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動信號存在一個必須避開的頻率――共振頻率f0。 在本系統(tǒng)中，使用了電機(jī)是四相步進(jìn)電機(jī)，176。，采用四相八拍驅(qū)動方式，176。，實(shí)測共振頻率在510Hz左右，故系統(tǒng)所使的用每秒脈沖數(shù)（簡稱PPS，Pulse Per Second）應(yīng)遠(yuǎn)小于共振頻率以避開共振點(diǎn)。2．物體運(yùn)動的處理辦法根據(jù)“以直代曲，以割代弧”的思想，所有曲線上的弧線上都可用其割線代替。只要能夠平滑、精確地完成任意兩點(diǎn)的移動，就能夠完成按任意曲線的運(yùn)動。由于重力作用，在由過懸掛滑輪的直線分割的二維平面的下半平面內(nèi)，由XY坐標(biāo)系的一對坐標(biāo)(X,Y)能唯一確定物體到兩懸掛滑輪的距離。為了處理方便，可以使用以兩懸掛滑輪為原點(diǎn)的自然坐標(biāo)對（L(x,y),R(x,y)）來表示物體的位置。此時，L為物體到左邊懸掛滑輪的距離，R為到右邊懸掛滑輪的距離。設(shè)有兩點(diǎn)間的移動：(x1,y1)224。(x2,y2)，則可轉(zhuǎn)化為(L1,R1)224。(L2,R2)的移動。記ΔL=L2L1，ΔR=R2R1，設(shè)為左邊步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的PPS，為右邊步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的PPS，欲使兩點(diǎn)間的運(yùn)動曲線為直線，則應(yīng)滿足以下關(guān)系： （式1）而步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向則由ΔL及ΔR的正負(fù)來確定。實(shí)踐證明，這種驅(qū)動方式可以得到平滑的直線軌跡。3．循跡黑線的探測及循跡算法在以畫筆為中心，半徑22毫米的圓周上安裝了8個反射式紅外對管作為軌跡探測傳感器，安裝方式如圖3所示。 圖3 軌跡探測傳感器安裝方式 圖4 方向調(diào)整示意圖根據(jù)圖3安裝方式及安裝半徑，只要系統(tǒng)的采樣頻率足夠高，軌跡是無法脫離探測范圍的。但由于使用了8個傳感器，不同傳感器信號間的組合太多，使用一般窮舉
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