rs232串口智能小車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-大學(xué)畢業(yè)論文畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)位論文范文模板參考資料(編輯修改稿)
2025-01-04 06:10 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 理論分 析 數(shù)學(xué)建模 按照 第三章 電機(jī)選型的規(guī)則，選擇的直流電機(jī)的主要參數(shù)如下： RS232 串口智能小車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 額定電壓： 12eUv? 額定功率 ： ? 轉(zhuǎn)速 ： 1200en rpm? 電樞電流 : 100eI mA? 機(jī)電時(shí)間常數(shù)： 11mT ms? 減速比： 10:1i? 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不大于： 10rJ K g m?? ? ? 1. 電機(jī)相關(guān)參數(shù)推算 電樞電阻22e e ea eU I PR I??? 電樞電感 ea p e eUL n n I? ??式中 pn 為電機(jī)磁對(duì)數(shù) 電機(jī)輸出額定轉(zhuǎn)矩 ee ePT n? 電勢(shì)常數(shù) 9 .5 5 ( )e e ag eU I RK n ?? 轉(zhuǎn)矩常數(shù) MEKK? 由上述關(guān)系式估算 可得： 電樞電阻 ?? 電樞電感 ?? 電勢(shì)常數(shù) ? 轉(zhuǎn)矩常數(shù) ? 智能小車(chē)總質(zhì)量 Kg? ，車(chē)輪直徑 45D mm? ，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)小車(chē)車(chē)輪與地面的抹茶系數(shù)為 ，隨著運(yùn)行環(huán)境的不同會(huì)有所不同，假設(shè)小車(chē)運(yùn)行在地面平整的實(shí)驗(yàn)室，則小車(chē) 行駛中車(chē)輪承受的摩擦RS232 串口智能小車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 力矩為 : 0 .0 0 5 522L m g DT f N m? ? ? ? ? 負(fù)載折算到電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)矩為： i N m? ?? 電動(dòng)機(jī)負(fù)載折算到電動(dòng)機(jī)軸上的粘性摩擦系數(shù)為： ?? 負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 2 41 .2 1 024L mDJ ?? ? ? ? 負(fù)載折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 2 6 10LJ i K g m? ?? ? ? 電動(dòng)機(jī)軸上總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 2 69. 5 10G e s P r LJ J J J i ? ?? ? ? ? ?，式中 PJ 為齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)裝置及輪子折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，初步估計(jì)為 5rJ 。 2. 數(shù)學(xué)模型推導(dǎo) 根據(jù)上文對(duì)電機(jī)相關(guān)參數(shù) 的推導(dǎo)，下面將推到直流電機(jī)傳動(dòng)函數(shù)和結(jié)構(gòu)圖。 電機(jī)的角速度為： 260MMn?? ? 折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： GesJ 電壓平衡方程式為 : ? ? ? ? ? ?aa a a a d i tU t E R i t L dt? ? ? 式中反電動(dòng)勢(shì) ? ?EME K t?? 電機(jī)軸上 的轉(zhuǎn)矩平衡方程為： 在上式中，電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩 ? ? ? ?M M aT t K i t? ， ? ?MGes dtJ dt?為電機(jī)加速度轉(zhuǎn)矩。 由上面各式，可以得到以 ??Mt? 為輸出量 ， ??aUt為輸入量的? ? ? ? ? ?MM L G es dtT t T t J dt???RS232 串口智能小車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 有關(guān)直流電機(jī)的微分 方程如下式： ? ? ? ? ? ?? ? ? ?22LM a a a LMa Ge s M E Md T tK U t L R T tdtdtL J K K tdt? ?? ? ?? 對(duì)上式進(jìn)行拉普拉斯變換，可得 ? ? ? ? ? ?? ? ? ?2M a a L a La G e s M M E MK U s L s T s R T sL J s s K K s? ? ?? ? ? ? ? 將個(gè)參數(shù)值代入上式整理后可得 ? ? ? ? ? ?? ?? ?8 9 82 10 10 10 146 3 841 0aLMU s s T ss s s? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? 分別令 ? ? 0aUs? 和 ? ? 0LTs? 可得 ? ? ? ?? ? 81 2 2 .9 1 08 .3 6 1 4 6 3 8 4 1 0Ma sGs U s s s? ??? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? 982 28 .8 1 0 1 .5 4 1 08 .3 6 1 4 6 3 8 4 1 0Ma s sGs U s s s? ? ? ? ??? ? ? ? ? 上式 ??1Gs是以速度為輸出電樞電壓為輸入是的傳遞函數(shù) ， 式??2Gs是以速度為輸出負(fù)載轉(zhuǎn)矩為輸入時(shí)的傳遞函數(shù)。 運(yùn)動(dòng)分析 移動(dòng)機(jī)器人要想走向使用，必須擁有能勝任的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，可靠的導(dǎo)航系統(tǒng)，精確的感知能力。對(duì)于智能小車(chē)來(lái)講，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)是其控制系統(tǒng)的關(guān)鍵一環(huán)，而精確的位置知識(shí)則是這一環(huán)節(jié)的基本的問(wèn)題。智能小車(chē)能做出什么樣的運(yùn)動(dòng)軌跡是有其自身結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)方式?jīng)Q定的。而每一復(fù)雜的運(yùn)動(dòng) 都是有若干個(gè)簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)合成，也就是說(shuō)智能小車(chē) 能走出什么樣的軌跡完全是由最基本的基本的運(yùn)動(dòng)軌跡形式擬合而成。因此對(duì)智能小車(chē)最基本的幾種軌跡形式的分析成為必要。下面對(duì)幾種簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)軌跡形式進(jìn)行分析。 1. 智能小車(chē)的直線(xiàn)行走 在智能小車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，其中直線(xiàn)形式是最基本、最常見(jiàn)的行走軌跡，如圖 5 所示。在智能小車(chē)直線(xiàn)行走過(guò)程中，在某時(shí)刻小車(chē)中心點(diǎn)RS232 串口智能小車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 O，假設(shè)這一時(shí)刻為 n 時(shí)刻，下一時(shí)刻為 n+1 時(shí)刻小車(chē)中心點(diǎn)變?yōu)?O’ 。在圖 5 中可以直接看出小車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與水平方向的夾角保持不變，即‘ ? ? ? ?1nn???? 。 圖 5 直線(xiàn)控制情況 若要使智能小車(chē)直線(xiàn)行走即保持 ? ? ? ?1nn???? ，根據(jù)? ? ? ?1 nnn? ? ?? ? ? ?，其中 n?? 為在 n+1 時(shí)刻的變動(dòng)量，根據(jù)條件可知， 0n???，然而根據(jù) ? ?11n n nSSb? ?? ? ? ? ?（ b 為 2 個(gè)驅(qū)動(dòng)輪之間的橫向距離， nS? 和 1nS?? 分別是右輪和左輪從 n 時(shí)刻到 n+1 時(shí)刻之間行走的距離，當(dāng)車(chē)輪正向轉(zhuǎn)動(dòng)是為正值反轉(zhuǎn)時(shí)為負(fù)值）。因此從0n???可得出，保持右輪和左輪從 n 時(shí)刻到 n+1 時(shí)刻之間行走的距離相等。 2. 智能小車(chē)的弧線(xiàn)行走 沿一弧線(xiàn)行走是智能小車(chē)運(yùn)動(dòng)軌跡的一種常見(jiàn)情況。每一段弧線(xiàn)都是有曲率半徑不同的圓弧組成。因此這里只分析圓弧控制的情況。在對(duì)智能小車(chē)進(jìn)行控制前必須給出必要的控制要求。如果先給出小車(chē)的起始位置、終點(diǎn)位置和弧線(xiàn)的圓心位置（即給出了圓 弧的半徑），則這段圓弧就被確定下來(lái)。下面分析智能小車(chē)的弧線(xiàn)行走控制方法。 RS232 串口智能小車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 圖 6 智能小車(chē)以半徑為 R 的弧線(xiàn)運(yùn)動(dòng) 如圖 6 所示， ICC 為小車(chē)曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的圓心， n 時(shí)刻到 n+1 時(shí)刻小車(chē)的中心 分別為 O 和 O’ ,與水平方向的夾角分別為 ??n? 和 ? ?1n? ? 。假設(shè)在 n 時(shí)刻到n+1 時(shí)刻小車(chē)曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的角 度為 ? 半徑為 R，那么需要確定的就是小車(chē)左輪和右輪的運(yùn) 動(dòng)關(guān)系。 根據(jù)平面解析幾何知識(shí)易知 n???? 222 2 s in2x y R ???? ? ? ? ???? 因?yàn)椴蓸又芷跒?5ms 而電機(jī)的轉(zhuǎn)速經(jīng)過(guò)減速器后車(chē)輪的轉(zhuǎn)速相對(duì)比較緩慢了，因此可以使上式分別近似為 2 2 2 2x y R ?? ?? ? c o s 2 nxR ?????? ? ????? sin 2 nyR ?????? ? ????? 如果小車(chē)要行走的弧線(xiàn)角度為 k? 半徑為 R,，那么 可以按照微積分理論進(jìn)
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