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磁懸浮演示裝置設計畢業(yè)設計報告-文庫吧資料

2024-09-03 23:44本頁面
  

【正文】 序以及評估代碼的性能水平。 TI 編譯器使用各種經(jīng)典,面向 ARM,成熟的特定設備的優(yōu)化和架構(gòu)的 DSP 進行了調(diào)整。 全局斷點和同步操作可以 控制多個處理器和內(nèi)核。 高級存儲器窗口使您 能夠檢查各個級別的存儲器,以便能夠調(diào)試復雜的高速緩存一致性問題。 CCS 的集成調(diào)試器具有特定于 DSP 的功能和高級斷點,可簡化開發(fā)。之所以選擇 Eclipse 軟件開發(fā)環(huán)境,因為它建立并提供優(yōu)秀的軟件框架,由眾多嵌入式軟件廠商的標準框架組成。 CCS 基于 Eclipse 的著名開源軟件框架。我們之所以選擇讓 CCS 基于 Eclipse ,是因為它為構(gòu)建軟件開發(fā)環(huán)境提供了出色的軟件框架,并且正成為眾多嵌入式軟件供應商采用的標準框架。 CCS 基于著名源碼軟件框架 Eclipse 。在 CCS IDE 提供了一個單一的用戶界面,以幫助您完成應用開發(fā)流程的每個步驟。 磁懸浮演示裝置設計 15 第 5 章 調(diào)試與運行 編程工具 CCS 的介紹 CCS 包含一整套用于開發(fā)和調(diào)試嵌入式應用軟件的工具。 return output。 } else if (output MAX_PID_OUTPUT) { output = MAX_PID_OUTPUT。 } } output = pidKp * error + pidKi * pidintegrationError + pidKd * (error pidprevError)。 // Limit the maximum integration error if (pidintegrationError MAX_INTEGRATION_ERROR) 磁懸浮演示裝置設計 14 { pidintegrationError = MAX_INTEGRATION_ERROR。 PID 系統(tǒng)框圖 比 例積 分微 分被 控 對 象r ( t ) ++e ( t )++u ( t ) y ( t ) 圖 PID 框圖 其傳遞函數(shù)為 公式 u(t)=kp[e(t)+1/TI∫ e(t)dt+TD*de(t)/dt] ( ) 根據(jù)上述的公式用 C 語言實現(xiàn)函數(shù)如下。在過程控制中,根據(jù)偏差的比例( Kp),積分( Ki),和微分( Kd)控 制的 PID 控制器(亦稱 PID 調(diào)節(jié)器)是應用最廣泛的一種自動控制器。舉例來說,一個人是有一個負反饋回路控制系統(tǒng),眼睛是傳感器作為反饋,不斷修正身體各個系統(tǒng)終于可以做出正確的舉動。閉環(huán)控制系統(tǒng)具有正反饋和負反饋,若負反饋信號和系統(tǒng)是指給定值相反的信號,如果相同的極性,則稱為正反饋,閉環(huán)控制系統(tǒng)通常負反饋。 在調(diào)節(jié)的最 后我們發(fā)現(xiàn),只用到了比例參數(shù)和微分參數(shù)。 3) PID 算法 它由于使用靈活和用途廣泛等優(yōu)點,已有系列化產(chǎn)品,只有三個需要設定的參數(shù)( Kp, Ki 和 Kd)即可。程序框圖如下所示。 主函數(shù)開始程序初始化P ID 初始化P WM 初始化AD C 初始化時鐘中斷初始化Wh ile ( 1 ) 循環(huán)中斷處理函數(shù)AD C 采集P ID 計算 P WM 輸出磁懸浮演示裝置設計 12 AD C 初始化數(shù)據(jù)就收滑動平均濾波定時器中斷Wh il e 循環(huán)主函數(shù) 圖 ADC程序 框圖 用于接收經(jīng)過運放電路放大的偏移電壓。使用中斷也可以有效的提高系統(tǒng)的工作效率。磁懸浮演示裝置設計 11 各個中斷服務程序都非常短小,功能不同是通過一些標志位供主程序進行判斷,跳轉(zhuǎn)。 第二部分是 PID 算法部分。檢測部分的程序主要功能是 霍爾元件接收到的懸浮體的位置偏移 。 處理器 的執(zhí)行效率,工作穩(wěn)定性與其軟件的設計密切相關(guān),軟件設計的好與壞直接影響系統(tǒng)的整體運行效果。這些功能都 可以通過整理專家?guī)欤瑸閺V大的單片機愛好者完美的形成,這將大大增加國內(nèi)供應鏈管理軟件的設計水平。根據(jù) C語言特性的可讀性,從而便于對前輩的發(fā)展經(jīng)驗,以提高軟件的設計水平。用 C 語言可以很容易地編程的微控制器移植。對于使用的匯編語言程序,只要理解它們,只要以優(yōu)化程序所需要的時間更精確的方面。因此,用 C 語言進行單片機程序設計單片機有一定的優(yōu)勢,也是以后市場的趨勢。同時 C 語言標準庫提供了多種常用數(shù)學函數(shù),也支持浮點運算,開發(fā)效率較高,開發(fā)時間短,程序可讀性高,可維護性強。 C 語言是一種高級程序設計語言,包含了很多高級語言的優(yōu)點。 匯編語言是用文字助記符來作為機器指令的底層符號語言,是最接近機器代碼的一種變成語言。 圖 線圈霍爾元件安裝實物圖 磁懸浮演示裝置設計 10 第 4 章 軟件設計 編程語言的選擇 對于 ARM 單片機有幾種語言。 圖 霍爾元件安裝圖 安裝使用萬用板上的白線為衡量,先把霍爾元件安裝上,根據(jù)垂直白線擺正霍爾元件然后焊接上,霍爾元件的方向可以最好把地或者電源接在一起便于焊接。由于控制線圈互相垂直,霍爾元件也是垂直可以保證控制線圈的磁場在中間互相抵消,不會影響霍爾元件的數(shù)值,能正確的接受到磁懸浮物發(fā)生偏移時磁場的變化。線圈供電模塊電路圖: 圖 線圈供電模塊電路圖 磁懸浮演示裝置設計 9 霍爾元件與控制線圈的安裝 圖中垂直部分為互相垂直的霍爾元件用于接收懸浮物的 位置變化?;魻栔糜?4 個線圈中間的空隙,高度約在線圈中部,需注意霍爾作用面應位于線圈中軸線上,不應采用圖中虛線標示的安裝方式,否則會造成定位誤差。 圖 電源電路 傳感器電路設計 圖 傳感器電路 電路采用求差電路將霍爾元件接收到的電壓進行放大,這里經(jīng)過測量須放大 30 倍左右,如圖根據(jù)公式( )可得出上圖將霍爾元件的電壓 放大了 21 倍。利用 7805 穩(wěn)壓芯片將其轉(zhuǎn)換為 5v 提供供霍爾元件和處理器的工作電壓。最小系統(tǒng)原理圖如圖 所示。這里用到的晶振為 16M,它能位處理器提供穩(wěn)定的時序。 磁懸浮演示裝置設計 7 第 3 章 系統(tǒng)硬件設計 主控模塊設計 ARM 最小系統(tǒng)主要由晶振電路,復位電路,下載接口等構(gòu)成。 TIVA C 系列 TM4C123G 的 LaunchPad BoosterPack XL 界面證明它是多么容易擴大。該 TIVA C 系列 LaunchPad 的設計突出了TM4C123GH6PMI 微控制器的 設備接口,休眠模塊和運動控制脈寬調(diào)制器( MC PWM)模塊。 圖 TIVA C 實物圖 TIVA C 系列 TM4C123G 的 LaunchPad 評估板( EKTM4C123GXL)是一種低成本評估平臺基于 ARM174。 ARM 處理器的三大特點是:耗電少功能強、 16 位 /32 位雙 指令集 和合作伙伴眾多, ARM 微處理器可以為我們提供許多高性價的應用場合,可靈活的應用于各種領(lǐng)域。 ARM 處理器本身是 32 位設計,但也配備 16 位 指令集。 主控芯片選擇 ARM 處理器是 Acorn 計算機有限公司面向低預算市場設計的一款 RISC 微處理器。圖 為 L298N 芯片 圖 電機驅(qū)動 L298N 可以控制電機的轉(zhuǎn)速和正反轉(zhuǎn)正好符合控制電磁鐵所需要的電流方向和大小??梢允且粋€外部檢測電阻變化量反饋給控制電路。使用標準邏輯電平信號控制 。功率為 25W。其主要特點是:高電壓, 46V 的最大工作電壓 。此項設計需要對接收到霍爾元件的偏移電壓進行放大并且調(diào)節(jié)范圍在 ,以便 ARM 處理器 ADC 檢測和處理。 LM358 引腳圖: 圖 LM358 引腳圖 2)求差電路 求差電路是用來實現(xiàn) vi vi2兩個電壓相減的電路,又稱差分放大電路。內(nèi)部包括有高增益、獨立的、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器,電源電壓范圍很寬的單電源電源可使用,也可適用于雙電源工作模式,在正常工作條件下,電源電流與電源電壓無相關(guān)?;魻栃獋鞲衅鲗儆诒粍有蛡鞲衅?,它要有外部電源才能工作,這一特點使它能檢測轉(zhuǎn)速低的運轉(zhuǎn)情況?;魻栐布D: 磁懸浮演示裝置設計 4 圖 霍爾元件 霍爾元件獲取的數(shù)據(jù)是根據(jù)隨磁場的強度變化而變化,磁場增大,電壓增大, 磁場減小,電壓電壓,霍爾效應得到的值很小,需要經(jīng)集成運算放大器處理,就能得到足以輸出較強的信號。霍爾效應是研究半導體材料性能的一種可行方法。霍爾效應是電磁現(xiàn)象的一種, 這一現(xiàn)象是霍爾( , 1855— 1938)于 1879 年在研究金屬的導電機構(gòu)時發(fā)現(xiàn)的。整個系統(tǒng)是個閉環(huán)的系統(tǒng)。使用 LM358 求差電路將獲得的偏移電壓放大從而獲得霍爾元件得到的懸浮物的較小偏移量,并將電壓控制在 處為 ADC 所能檢測到的電壓。 磁懸浮演示裝置設計 3 第 2 章 系統(tǒng)方案 系統(tǒng)總體方案設計 本系統(tǒng)包括:永磁、控制線圈、霍爾元件、放大模塊等。改進磁軸承控制器的設計;價格將會顯著降低。在顯著的改進和增強在以下方面獲得這樣的磁性軸承:轉(zhuǎn)子的軸向尺寸的減小,系統(tǒng)的動態(tài)性能提高 。近年來,結(jié)合最新的研究成果和無傳感器檢測磁軸承兩個研究領(lǐng)域,一個新的研究方向的誕生 —— 無傳感器磁軸承。此外,由于傳感器的價格較高,導致在一個非常高的價格的磁懸浮軸承,這大大限制了其在工業(yè)中的應用。由于傳感器的,使軸向磁軸承系統(tǒng)大小的增加,從而降低了系統(tǒng)的動態(tài)性能,以及成本高和可靠性低。進行磁懸浮軸承系統(tǒng)的振動控制理論的研究,將其應用于汽輪機轉(zhuǎn)子的振動和故障分析中,通過調(diào)整磁懸浮軸承的剛度來改變汽輪機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設計的思想,從而改善轉(zhuǎn)子運行的動態(tài)特性,提高機組運行的可靠性,避去可能出現(xiàn)的共振情況等,提供全新的電力技術(shù)難題解決方案。然而在還是在實現(xiàn)產(chǎn)品化和研究理論的過程中,此磁懸浮技術(shù)有還是遺留很多難題,眾所周知的磁懸浮列車懸浮與推進的技術(shù)難題以及復雜的控制系統(tǒng)實現(xiàn)都不是很成熟,需要完成的研究是實現(xiàn)工程化和組成系統(tǒng)的技術(shù)提升,還需要運用電磁技術(shù)、電子技術(shù)、直線電機、機械技術(shù)、 計算機技術(shù)、新型材料和系統(tǒng)分析等方面的技術(shù)研究成果。磁懸浮塊實驗數(shù)據(jù)分析容易 ,組成簡單,在研究磁懸浮系統(tǒng),對于多種控制算法方面的驗證和實施具有重要的作用。在很多領(lǐng)域有廣泛應用,如:磁懸浮列車、磁懸浮承軸等。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展,特別是計算機技術(shù)的的迅速發(fā)展,促進了磁懸浮控制系統(tǒng)智能化的方向快速發(fā)展。目前,各國已在廣泛的對磁懸浮進行研究,隨著控制理論的不斷的發(fā)展和完善,選用先進的控制方法對系統(tǒng)畸形的控制和設計,是系統(tǒng)具有更好的魯棒性。 關(guān)鍵詞 : 懸浮體, PID 算
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