懸掛軌跡運動控制系統(tǒng)畢業(yè)論文.doc

懸掛軌跡運動控制系統(tǒng)畢業(yè)論文懸掛軌跡運動控制系統(tǒng)畢業(yè)論文摘要：懸掛軌跡控制系統(tǒng)是一電機控制系統(tǒng)，控制物體在80cm100cm的范圍內作直線、圓、尋跡等運動，并且在運動時能顯示運動物體的坐標。設計采用AT89S51單片機作為核心器件實現對物體運動軌跡的自動控制，通過多圈電位器實現對懸掛物位置的精確測量，并引入局部閉環(huán)反饋控制環(huán)節(jié)對誤差進行修正。以達到對物體的控制和對坐標點的準確定位。采用脈沖寬度調制技術控制直流電機驅動芯片L298，以實現對電機的轉速、轉向、啟停等多種工作狀態(tài)進行快速而準確的控制。采用紅外光電傳感器實現檢測電機速度和畫板上黑色曲線軌跡。關鍵詞：運動軌跡；多圈電位器；脈沖寬度調制；紅外反射光電傳感；直流電機驅動懸掛軌跡運動控制系統(tǒng)畢業(yè)論文ABSTRACT：Hangtrajectorycontrolsystemisamotorcontrolsystem,objectmakelinear,circle,searchinglocusandetclocomotionwithintherangeofthe80cm100cm,whilemovementsystemcandisplaythecoordinateoftheobject.AdoptAT89S51MCUasthemainparttorealizetheautomaticcontroloftheobjectmotionlocusinthisdesign,systemusingmultiturnpotentiometertomeasurethepositionofobject,andintroduceslocalclosed-loopfeedbackcontrolsystemlinktocorrecterror,inthatcasesystemcanimprovetheaccuracyofcontrolandorientation.InthisdesignsystemalsoadoptPWMtechniquecontrolDCmotordrivechipL298torealizetheaccuratecontrolofmotorrotationspeed,rotationdirection,Start,Stopandetcoperatingposition.Systemadoptinfraredphotosensormeasuremotorrotationspeedanddrawinglocusbyblackcurveonthepalette.KEYWORDS:sporttrajectory；loopypotentiometer；PWM；infraredphotosensor；DCmotordriving懸掛軌跡運動控制系統(tǒng)畢業(yè)論文第1章引言運動控制是自動化技術的重要組成部分，是機器人等高技術領域的技術基礎，已取得了廣泛的工程應用。運動控制集成了電子技術、電機拖動、計算機控制技術等內容，例如在工廠、碼頭往往需要將貨物從一點搬往另一點，如使用懸掛控制系統(tǒng)更方便、安全。在此基礎上還可設計成基于三線懸掛結構的運動控制裝置。所謂三線懸掛是指，將三根纜線系于一點并懸掛重物，且三根纜線分別掛在三個固定滑輪上，其長度由電機驅動的三個繞線輪分別控制，從而控制懸掛重物在三維空間中的位置。其中原理和懸掛軌跡控制系統(tǒng)一樣的。懸掛軌跡控制系統(tǒng)是一電機控制系統(tǒng)。為滿足控制需要，本系統(tǒng)采用AT89S51單片機作為核心器件，多圈電位器為物體位置數據采集器件，以L298驅動的直流電機為執(zhí)行設備，鍵盤和LED顯示為人機接口的結構方式。算法方面通過以微小直線為單位的策略，完成較為復雜的長直線、圓周和不確定曲線。系統(tǒng)軟件將物體運動的坐標轉化成懸繩伸縮的距離，進而計算出多圈電位器需要轉動到的位置，再算出兩直流電機的脈沖寬度調制（PWM）值。再通過A/D轉換實現對懸掛物位置的精確測量，并引入局部閉環(huán)反饋控制環(huán)節(jié)對誤差進行修正。對于系統(tǒng)自定的確定線型（直線和圓周），通過調整兩個直流電機不同的PWM值的搭配，可以控制物體的運動方向。而對于不確定的曲線，由光電傳感器得到路線信息，經過單片機的處理，給出物體運動方向的指令。本設計的主要特點：1、優(yōu)化的軟件算法，智能化的自動控制，誤差補償。2、使用雙動滑輪，有效防止滑輪與拉繩之間打滑。3、使用多圈電位器與動滑輪同步轉動，引入反饋，實現物體精確定位。懸掛軌跡運動控制系統(tǒng)畢業(yè)論文4、LED顯示模塊提供一個人機對話界面，并實時顯示坐標及物體的運動軌跡。第2章系統(tǒng)功能及基本原理2.1設計任務1、控制系統(tǒng)能夠通過鍵盤或其他方式任意設定坐標點參數；2、控制物體在80cm100cm的范圍內作自行設定的運動，運動軌跡長度不小于100cm，物體在運動時能夠在板上畫出運動軌跡，限300秒內完成；3、控制物體作圓心可任意設定、直徑為50cm的圓周運動，限300秒內完成；4、物體從左下角坐標原點出發(fā)，在150秒內到達設定的一個坐標點(兩點間直線距離不小于40cm)；懸掛軌跡運動控制系統(tǒng)畢業(yè)論文圖2.1懸掛控制示意圖5、控制物體沿板上標出的任意曲線運動，如圖2.1所示，曲線在測試時現場標出，線寬1.5cm1.8cm，總長度約50cm，顏色為黑色；曲線的前一部分是連續(xù)的，長約30cm；后一部分是兩段總長約20cm的間斷線段，間斷距離不大于1cm；沿連續(xù)曲線運動限定在200秒內完成，沿間斷曲線運動限定在300秒內完成；6、能夠顯示物體中畫筆所在位置的坐標，運動軌跡與預期軌跡之間的偏差不得超過4cm。懸掛軌跡運動控制系統(tǒng)畢業(yè)論文2.2系統(tǒng)基本方案根據設計要求，需要實現勾畫設定軌跡和對設定軌跡的搜尋功能，并能實時的顯示物體中畫筆所在位置坐標。其系統(tǒng)方案框圖如圖2.2所示。圖中多圈電位器安裝在兩個動滑輪上，電機收放線長度就會通過多圈電位器轉換成電壓值，通過A/D轉換后送入單片機；反射式光電傳感器對黑線進行檢測，以脈沖信號的形式送入單片機，同時按鍵信號送入單片機對物體進行設置校正以及軌跡參數設定，控制器對送來的信號進行分析、運算、處理，將控制信號輸送到電機驅動模塊，控制電動機的轉速,使物體的運動軌跡得以控制。第3章方案論證和比較根據題目要求可知，本系統(tǒng)所涉及的核心問題主要有：1、對電機的轉速、轉向、啟停等多種工作狀態(tài)進行快速而準確的控制，以保證懸掛物體按照預先設定或即時設定的運動軌跡運行。2、為保證該控制系統(tǒng)的精度要求，必須對運動物體在畫板上的具體位置（坐標點）進行實時的檢測。懸掛軌跡運動控制系統(tǒng)畢業(yè)論文3、為保證該運動物體能在盡可能短的時間內按設定運動軌跡從起始點到達目標點，還需要相應的設定及顯示電路。我們分以下幾個部分進行方案設計和比較論證。3.1控制器模塊根據題目要求，控制器主要用于控制電機，并對坐標參數進行處理，控制電機移動方向。對于控制器的選擇有以下兩種方案。方案一：采用FPGA為系統(tǒng)的控制器，FPGA可以實現各種復雜的邏輯功能，模塊大，密度高，它將所有器件集成在一塊芯片上，減少了體積，提高了穩(wěn)定性，并且可應用EDA軟件仿真、調試，易于進行功能控制。FPGA采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實時系統(tǒng)的控制核心。通過輸入模塊將參數輸入給FPGA，FPGA通過程序設計控制步進電機運動，但是由于本設計對數據處理的時間要求不高，FPGA的高速處理的優(yōu)勢得不到充分體現，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同時由于芯片的引腳較多，實物硬件電路板布線復雜，加重了電路設計和實際焊接的工作。方案二：采用AT89S51作為系統(tǒng)控制的方案。單片機算術運算功能強，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實現各種算法和邏輯控制。由于其功耗低、體積小、技術成熟和成本低等優(yōu)點，各個領域應用廣泛。并