【正文】 軟件設(shè)計低電平有效，直接與89S51 單片機的 I/O 口線相連接，通過讀 I/O 口，判定各 I/O 口的電平，即可識別出按下的 按鍵。 圖 單片機最小系統(tǒng) 變頻器調(diào)速模塊 本設(shè)計主要是防擺設(shè)計，所以，控制電機轉(zhuǎn)速的快慢是主要的一點。復(fù)位電路 用于將單片機內(nèi)部各電路的狀態(tài)恢復(fù)到一個確定的初始值，并從這個狀態(tài)開始工作。在第一個寫脈沖出現(xiàn)時，寫入 ACQMOD 為 1，開始采樣間隔。 圖 濾波電路 有源電力濾波器，是采用現(xiàn)代電力電子技術(shù)和基于高速 DSP 器件的數(shù)字信號處理技術(shù)制成的新型電力諧波治理專用設(shè)備。這對于要測量相對傾角的場合非常有用。 圖 繩長檢測電路 傾角傳感器靜止時也就是側(cè)面和垂直方向沒有加速度作用，那么作用在它上面的只有重力加速度。 圖 稱重傳感器檢測電路 拉繩式位移傳感器的功能是把機械運動轉(zhuǎn)換成可以計量，記錄或傳送的電信號。 三菱變頻器 ,L700 內(nèi)置了 PLC 功能 ,是一款非常經(jīng)濟型而又功能強大的變頻器。 ◆ IOUT1：電流輸出端 1，其值隨 DAC 寄存器的內(nèi)容線性變化； ◆ IOUT2：電流輸出端 2，其值與 IOUT1 值之和為一常數(shù)； ◆ Rfb：反饋信號輸入線，改變 Rfb 端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度； ◆ Vcc：電源輸入端， Vcc 的范圍為 +5V～ +15V； ◆ VREF：基準(zhǔn)電壓輸入線， VREF 的范圍為 10V～ +10V； DAC0832 是微處理器兼容型 D/A 轉(zhuǎn)換器，可以充分利用微處理器的控制能力實現(xiàn)對 D/A 轉(zhuǎn)換的控制，故這種芯片 有許多控制引腳，可以和微處理器的控制線相連，接受微處理的控制；有兩級鎖存控制功能，能夠?qū)崿F(xiàn)多通道 D/A 的同步轉(zhuǎn)換輸出；內(nèi)部無參考電壓，須外接參考電壓。 MAX197 的 INT 腳可與AT89S51 的 INT0 相連 ,以便實現(xiàn)中斷，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。在內(nèi)部采樣控制模式 (控制位置 0)中，由寫脈沖啟動采樣間隔，經(jīng)過瞬間的采樣間隔 (芯片時鐘為 2MHz 14 時，為 3ms)，即開始 A/D 轉(zhuǎn)換。 30176。輸出角度以水準(zhǔn)面為參考，基準(zhǔn)面可被再次校準(zhǔn)。 測量長度可達 18 米 (帶限位開關(guān)）；恒力彈簧收繩最大拉力可達 5 公斤；直徑 毫米軟性多股不銹鋼鋼絲繩 316L 材料耐腐蝕、耐海水浸泡；選裝絕對型多轉(zhuǎn)編碼器抗干擾，重復(fù)性高；特殊規(guī)格可按需定制；輸出方式多種信號可選（ SSI、模擬量 420mA、 RS48 ProfibusDP、 CANopen、 Modbus)；直接測量長距離線性位移 ,測量長度可達 18 米；恒力彈簧收繩最大拉力可達 5 公斤；直徑 毫米軟性多股不銹鋼鋼絲繩 316L 材料耐腐蝕、耐海水浸泡；選裝絕對型多轉(zhuǎn)編碼器抗干擾，重復(fù)性高。因為惠斯登電橋具有很多優(yōu)點，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側(cè)向力干擾，可以比較方便的解決稱重傳感器的補償問題等，所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用。 電阻應(yīng)變片是把一根電阻絲機械的分布在一塊有機材料制成的基底上，即成為一片應(yīng)變片。當(dāng)?shù)蹉^吊取重物，在空中運動的過程中，會與垂直平面出現(xiàn)一個擺角。第一個減速階段是反饋控制階段的一部分。利用 PI 控制器跟蹤繩長變化，還增加了一個增益序列表，該表能改變擺角反饋控制器的增益。經(jīng)過嘗試和修正，他們提出了最優(yōu)速度曲線，它能夠使小車和吊繩的運動時間最短，同時能夠避開途中的障礙物。為此，可將吊車調(diào)運重物的過程分成水平運動過程和垂直運動過程，分別設(shè)計相應(yīng)的控制器進行控制。 （ 4）負載只在垂 直于水平面的平面內(nèi)運動。由于牛頓經(jīng)典力學(xué)主要是解決自由質(zhì)點的動力學(xué)問題，對于自由質(zhì)點系的動力學(xué)問題，是把物體系拆開成若干分離體，按反作用定律附加以約束反力，而后列寫動力學(xué)方程。在對各種實驗現(xiàn)象和結(jié)果進行比較、分析的基礎(chǔ)上，給出了橋式吊車防擺控制器的一些選擇策略，以便更好的滿足實際應(yīng)用的要求。 由于國外學(xué)者的研究，國內(nèi)學(xué)者大多采用最優(yōu)控制、 PID 控制模糊控制等方法，并只有仿真效果，而無實驗結(jié)果，可信度，可行性都不能完全確信，而國外的學(xué)者研究比較嚴禁，實驗條件也比較好，采用的控制 策略也很多，大多數(shù)學(xué)者在理論分析的研究上，進行了實驗仿真實驗。 Lee 提出了一種基于 Lyapunov 穩(wěn)定性的吊車防擺控制器。但這些研究都只局限于理論與軟件仿真，而沒有進行實驗驗證。 第 1章 TC 0 3 隨著電控技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，電子防搖急速越來越收到重視，國內(nèi)外學(xué)者采用各種控制方法做了大量的研究。它由蹺板梁和裝在小車的液力緩沖缸組成。這種裝置當(dāng)小車停車后五秒內(nèi)，擺角幅度可撿到 10cm，不影響起升繩的試用壽命，當(dāng)減搖鋼絲繩萬一發(fā)生折斷時，物體也不至于掉下。防擺裝置主要有機械式防擺和電子式防擺兩種形式。 過去，消除吊車擺動的方法大多是利用吊車司機的操作經(jīng)驗。 本系統(tǒng)實現(xiàn)了 吊車到達目的地吊鉤不在擺動的目的 ， 使所吊重物在到達指定地點時，擺角為零。 本文首先建立了橋式吊車運動系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并搭建了系統(tǒng)的仿真實驗?zāi)Ｐ?，設(shè)計了雙閉環(huán) PID 控制器來實現(xiàn)吊車系統(tǒng)的防擺和定位控制。另 外，吊車一般都在離地面很高的導(dǎo)軌上運行，占地面積小，省工省力，是工廠、倉庫、碼頭必不可少的裝卸搬運工具。在港口作業(yè)中，常常要在碼頭、倉庫和船、汽車之間裝卸集裝箱等貨物，由于集裝箱質(zhì)量很大，稍有不慎，將會造成集裝箱和船艙或汽車相撞，從而導(dǎo)致集裝箱解體或者損壞汽車等運輸工具，因此需要集裝箱就位準(zhǔn)確且無擺動。 圖 施工現(xiàn)場的橋式吊車 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前在吊車系統(tǒng)防擺應(yīng)用方面，大多數(shù)吊車采用機械式防擺裝置。這種減搖 裝置使小車重量增大，構(gòu)造也比較復(fù)雜。此時，蹺板梁也跟著向相反的方向傾斜，并迅速吸收吊物搖擺能量。應(yīng)用最優(yōu)控制理論，提出了天車電動消擺和全程消擺等控制策略。 在吊車防擺控制的研究上，國外學(xué)者的控制方法多種多樣，既有比較傳統(tǒng)的經(jīng)典理論控制、現(xiàn)代控制理論、最優(yōu)控制理論、也有比較心的自適應(yīng)控制理論、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、非線性控制、 PID 控制等方法。 Burg 等人提出了基于飽和控制的非線性二維吊車控制策略。 （ 3）橋式吊車防擺控制器的設(shè)計 針對橋式吊車系統(tǒng)的特點，分別采用常規(guī) PID 控制器、非線性 PID 控制器、設(shè)計了吊車水平運動過程的定位控制器。 圖 吊車系統(tǒng)的物理抽象模型 圖中，小車的質(zhì)量為 mc ,受到水平方向的外力 ()Ft 的作用，重物的質(zhì)量為 lm ，繩索的長度為 l 。為了分析其本質(zhì)，必須對實際吊車系統(tǒng)做進一步抽象和必要的簡化處理，因此給出如下假設(shè)： （ 1）對于橋式吊車，由于吊車在進行裝卸作業(yè)時，大車一般處于靜止?fàn)顟B(tài)，故建立力學(xué)模型時，可不考慮大車運動。 由圖 所示的坐標(biāo)系可知，小車的位置和重物的位置坐標(biāo)為： （ 21） 所以小車和重物的速度分量為： （ 22） 系統(tǒng)的動能為： （ 23） 此系統(tǒng)的拉格朗日方程組為： （ 24） 綜合以上公式得系統(tǒng)的方程組為： (25） 式中： mc —— 小車的質(zhì)量（ kg ）； l m —— 重物的質(zhì)量（ kg ）； g —— 重力加速度（ 2/ms）； ? —— 小車與水平軌道的摩擦阻尼系數(shù)（ /kgs ）； 1 F —— 小車受到水平方向的拉力 (N )； 2F —— 繩子受到提升電機的拉力 (N )。令式（ 25）中的0ll??， 2 0F? ,并令 1FF? ，則可得到繩長不變時的橋式吊車運動系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為： （ 26） 對于式（ 27）的定擺長吊車系統(tǒng)，其中 x 為小車的位置， ? 為重物的擺角； F是小車行走電機的水平拉力， cm 為小車的質(zhì)量， lm 為重物的質(zhì)量， l 為繩索的長度，繩索運動的阻尼、彈性和質(zhì)量可忽略；小車與水平軌道的摩擦阻尼系數(shù)為 ? ，忽略其他擾動。 （ 2）自適應(yīng)控制。實驗證明，盡管它能在繩 載荷裝置的自然頻率附近抑制擺角，但是在高頻的時候會加大擺角。 結(jié)合所學(xué)知識和所查找的資料， PID 控制符合本設(shè)計要求。檢測重量選擇用稱重傳感器， 稱重傳感器是用來將重量信號或壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號的轉(zhuǎn)換裝置 。 彈性體是一個有特殊形狀的結(jié)構(gòu)件。 % 圖 電阻應(yīng)變式稱重傳感器 拉繩位移傳感器又稱拉繩傳感器、拉繩傳感器、拉繩電子尺、拉繩編碼器。如果初速度已知，就可以通過 積分計算出線速度，進而可以計算出直線位移。 /177。 /176。選擇 MAX197 為軟件設(shè)置低功耗工作方式，所以置 SHDN 腳為高電平。 DAC0832 結(jié)構(gòu)： ◆ D0～ D7： 8 位數(shù)據(jù)輸入線， TTL 電平，有效時間應(yīng)大于 90ns(否則鎖存器的數(shù)據(jù)會出錯 )； ◆ ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效； ◆ CS：片選信號輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效； ◆ WR1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ns）有效。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。檢測電路的主要部件是惠斯登電橋 ,它可以比較方便地解決稱重傳感器的補償問題 ,其功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號輸出。一個內(nèi)部彈簧保證拉繩的張緊度不變。當(dāng)傾角傳感器靜止時也就是側(cè)面和垂直方向沒有加速度作用，那么作用在它上面的只有重 力加速度。 濾波電路模塊 濾波電路主要是只傳輸指定頻段信號 ,抑制其它頻段信號的電路，濾波器分為無源濾波器與有源濾波器兩種，有源濾波器 : 一般由集成運放集成運放集成運放集成運放與 RC 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，它具有體積小、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，同時，由于集成運放的增益和輸入阻抗都很高，輸出阻抗很低，故有源濾波器還兼有放大與緩沖作用。它可分為內(nèi)部采樣模式和外部采樣模式，采樣模式由 控制寄存器 的 D5 位決定。 1） 時鐘電路 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 2 J u n 2 0 1 3 S h e e t o f F i l e : D : \ P R O T E L 9 9 S E 繪圖軟件 \ E X A M P L E S \ M yD e s i g n. dd bD r a w n B y :D 0 / D 8D 3 / D 9D 4 / D 1 0D 5 / D 1 1D5D6D4D7S H D NH B E NRDWECSC L KA G N DC H OC H 1C H 2C H 3C H 4C H 5C H 6C H 7I N TR E F A D JR E FV D DD G N DU1M A X 1 9 71234567891011121314 1516171819202122232425262728D0D1D2D3D4D5D6D7A M 0A M 1A M 2A M 3A M 4A M 5A M 6A M 7I N TH B E NRDWEL S 0C 1 31 0 0 p FC 1 64 . 7 u FC 1 54 . 7 u FC 1 40 . 1 p FR 3 04 . 7 KC 1 70 . 0 1 u FV C C 21 單片機工作時，從取指令到譯碼再進行微操作，必須在時鐘信號控制下才能有序地進行，時鐘電路就是為單片機工作提供基本時鐘的。晶振的取值范圍一般為0~24MHz，常用的晶振頻率有 6MHz、 12 MHz、 MHz、 24 MHz 等。 圖 變頻器電路 鍵盤電路 常用的鍵盤借口分為獨立式按鍵借口和矩陣式鍵盤借口。獨立式按鍵電路按鍵直接與單片機的 I/O 口線相連，通過讀 I/O 口，判定各 I/O 口線相連接，通過讀 I/O 口，判定各 I/O 口的電平狀態(tài)，即可識別出按下的按鍵。變頻