風(fēng)力擺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論(編輯修改稿)
2025-07-10 23:32 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 配合運(yùn)動將擺的幅度限制在任務(wù)規(guī)定范圍（誤差不超過177。 ），以便 順利畫出規(guī)定長度的直線段。 （ 3）任務(wù)難點(diǎn)三：風(fēng)力擺紅外線運(yùn)動軌跡的線性度的控制 基本任務(wù)（ 1）、（ 2）均有線性度的要求，規(guī)定畫出的直線段線性度誤差不超過177。技術(shù)難點(diǎn)便在于怎樣通過控制電機(jī)是擺運(yùn)動在線性范圍內(nèi)。 （ 4）任務(wù)難點(diǎn)四：極坐標(biāo)的確定 基本任務(wù)（ 3）中需要以在地面的任意角度（ 0176。 )自己設(shè)定以作參考）做類似自由擺的運(yùn)動，除去限制擺幅、線性度等難點(diǎn)外，最主要的技術(shù)難點(diǎn)便是極坐標(biāo)的確定。 （ 5）任務(wù)難點(diǎn)五：風(fēng)力擺在運(yùn)動中快速制動 在基本任務(wù)（ 4）需要以一定角度講擺 4 拉起放開，在規(guī)定時間內(nèi)使風(fēng)力擺達(dá) 到靜止?fàn)顟B(tài)?？煞治龅贸黾夹g(shù)難點(diǎn)在于快速制定。 技術(shù)難點(diǎn)（解決方案） （ 1）風(fēng)力擺紅外線運(yùn)動軌跡的線性度的控制 解決該難點(diǎn)的方法是當(dāng)風(fēng)力擺順利起擺后，通過角度傳感器檢測擺偏移的角度，通過判斷角度的符號來控制電機(jī)動作修正偏移。 （ 2）運(yùn)動狀態(tài)下風(fēng)力擺極坐標(biāo)的實(shí)時確定 此難點(diǎn)是所有難點(diǎn)中最難以解決的問題，通過角度傳感器采集回來的關(guān)于 X軸、 Y軸的所在平面的偏移角度，利用幾何分析，找出極坐標(biāo)與兩個偏移角度的數(shù)學(xué)關(guān)系。 （ 3）對風(fēng)力擺擺動時快速制動的快速性 將風(fēng)力擺的運(yùn)動分解為 X軸、 Y軸方向的運(yùn)動，兩組電機(jī)分別對兩個方向的運(yùn)動制動，如此電機(jī)能連續(xù)對風(fēng)力擺作用，以達(dá)到在規(guī)定時間內(nèi)制動的目的。 （ 4）風(fēng)力擺激光筆畫圓的高圓形度 利用角度傳感器測出圓的半徑，即 X軸、Y軸方向的極值，通過判定極值確定是否畫圓，以便利用機(jī)組調(diào)節(jié)，保證畫圓。 造成這些技術(shù)難點(diǎn)的原因有： ○ 1 控制器 —— 軸流風(fēng)機(jī)的功率較低； ○ 2 4個軸流風(fēng)機(jī)的功率不一致性； ○ 3 萬向節(jié)的方向性干擾； ○ 4 空氣的隨機(jī)行干擾。 為此，本 小組將依靠硬件系統(tǒng)及控制算法克服，具體內(nèi)容如下文。 系統(tǒng)基本被測量及測量算法 角度 a 的測量算法 風(fēng)力擺以碳素纖維桿為與 X 軸的夾角 a1,與 Y軸的家轎 a2，其示意圖如下圖所示。 圓錐角 b 的測量算法 通過多次測量找出了圓錐角 b與擺偏移X軸或者 Y軸的距離的關(guān)系，即和擺幅兩倍的線性關(guān)系，式子如下： b=5x50…………………………… （ 1） 式（ 1）表明，圓錐角 b與風(fēng)力擺偏移 X軸或者 Y軸的成一次函數(shù)關(guān)系，實(shí)驗(yàn)表明利用此式子，通過軟件控制風(fēng)力擺完成基本任務(wù)（ 2）效果很好，系 統(tǒng)穩(wěn)定，誤差小。 極坐標(biāo) c 的測量算法 由傳感器采集進(jìn)單片機(jī)的兩個角 a1，a2； x1與 X軸的所在平面的夾角， x2與 Y軸的所在平面的夾角 ,如下圖。通過幾何分析，得出的關(guān)系式子如下： tanc=tana1/tana2…………………… （ 2） 式 (2)表明，極坐標(biāo) c與 a a2的關(guān)系為三角函數(shù)關(guān)系，運(yùn)用此式子可以確定出極坐標(biāo)，以此完成基本部分（ 3）的任務(wù)要求。 空間位置（ XOY）的測量算法 X與 Y的算法一樣，所以只給出求 X的 5 公式如下： X=5b/350………………………… （ 3） 式 (3)中 b為 圓錐角 ,該式子表明空間坐標(biāo) X、 Y與圓錐角成一次函數(shù)，以此可以確定風(fēng)力擺在坐標(biāo)軸中的位置，有利于對風(fēng)力擺的控制。 控制算法 控制指標(biāo) 根據(jù)風(fēng)力擺控制系統(tǒng)任務(wù)要求，針對于基礎(chǔ)部分和發(fā)揮部分的任務(wù)要求，需要控制一下的指標(biāo)量，以滿足系統(tǒng)執(zhí)行時的精度要求。 線性度 在基礎(chǔ)任務(wù)（ 1）、（ 2）、（ 3）以及發(fā)揮部分中，需要要求風(fēng)力擺在一定的誤差帶內(nèi)運(yùn)動，軌跡誤差不得超過177。 。因此，需要對系統(tǒng)測量的線性度，并加以控制。 線段長度 在基礎(chǔ)部分（ 2）、（ 3）要求風(fēng)力擺的擺動幅值能夠在 3060cm可設(shè)置，或任意角度擺動不短與 20cm，所以需要測量紅外指示燈在地面畫出的軌跡長度，并加以控制，來判斷風(fēng)力擺動作是否滿足任務(wù)
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