懸掛軌跡運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)畢業(yè)論文.doc

懸掛軌跡運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)畢業(yè)論文懸掛軌跡運(yùn)動(dòng)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(jī)控制系統(tǒng)，控制物體在80cm100cm的范圍內(nèi)作直線、圓、尋跡等運(yùn)動(dòng)，并且在運(yùn)動(dòng)時(shí)能顯示運(yùn)動(dòng)物體的坐標(biāo)。設(shè)計(jì)采用AT89S51單片機(jī)作為核心器件實(shí)現(xiàn)對物體運(yùn)動(dòng)軌跡的自動(dòng)控制，通過多圈電位器實(shí)現(xiàn)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(jìn)行修正。以達(dá)到對物體的控制和對坐標(biāo)點(diǎn)的準(zhǔn)確定位。采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)控制直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298，以實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、啟停等多種工作狀態(tài)進(jìn)行快速而準(zhǔn)確的控制。采用紅外光電傳感器實(shí)現(xiàn)檢測電機(jī)速度和畫板上黑色曲線軌跡。關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)軌跡；多圈電位器；脈沖寬度調(diào)制；紅外反射光電傳感；直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)懸掛軌跡運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)畢業(yè)論文第1章引言運(yùn)動(dòng)控制是自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部分，是機(jī)器人等高技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)基礎(chǔ)，已取得了廣泛的工程應(yīng)用。運(yùn)動(dòng)控制集成了電子技術(shù)、電機(jī)拖動(dòng)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等內(nèi)容，例如在工廠、碼頭往往需要將貨物從一點(diǎn)搬往另一點(diǎn)，如使用懸掛控制系統(tǒng)更方便、安全。在此基礎(chǔ)上還可設(shè)計(jì)成基于三線懸掛結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制裝置。所謂三線懸掛是指，將三根纜線系于一點(diǎn)并懸掛重物，且三根纜線分別掛在三個(gè)固定滑輪上，其長度由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的三個(gè)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(jī)控制系統(tǒng)。為滿足控制需要，本系統(tǒng)采用AT89S51單片機(jī)作為核心器件，多圈電位器為物體位置數(shù)據(jù)采集器件，以L298驅(qū)動(dòng)的直流電機(jī)為執(zhí)行設(shè)備，鍵盤和LED顯示為人機(jī)接口的結(jié)構(gòu)方式。算法方面通過以微小直線為單位的策略，完成較為復(fù)雜的長直線、圓周和不確定曲線。系統(tǒng)軟件將物體運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化成懸繩伸縮的距離，進(jìn)而計(jì)算出多圈電位器需要轉(zhuǎn)動(dòng)到的位置，再算出兩直流電機(jī)的脈沖寬度調(diào)制（PWM）值。再通過A/D轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)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(jìn)行修正。對于系統(tǒng)自定的確定線型（直線和圓周），通過調(diào)整兩個(gè)直流電機(jī)不同的PWM值的搭配，可以控制物體的運(yùn)動(dòng)方向。而對于不確定的曲線，由光電傳感器得到路線信息，經(jīng)過單片機(jī)的處理，給出物體運(yùn)動(dòng)方向的指令。本設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)：1、優(yōu)化的軟件算法，智能化的自動(dòng)控制，誤差補(bǔ)償。2、使用雙動(dòng)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(dòng)滑輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，引入反饋，實(shí)現(xiàn)物體精確定位。懸掛軌跡運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)畢業(yè)論文4、LED顯示模塊提供一個(gè)人機(jī)對話界面，并實(shí)時(shí)顯示坐標(biāo)及物體的運(yùn)動(dòng)軌跡。第2章系統(tǒng)功能及基本原理2.1設(shè)計(jì)任務(wù)1、控制系統(tǒng)能夠通過鍵盤或其他方式任意設(shè)定坐標(biāo)點(diǎn)參數(shù)；2、控制物體在80cm100cm的范圍內(nèi)作自行設(shè)定的運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡長度不小于100cm，物體在運(yùn)動(dòng)時(shí)能夠在板上畫出運(yùn)動(dòng)軌跡，限300秒內(nèi)完成；3、控制物體作圓心可任意設(shè)定、直徑為50cm的圓周運(yùn)動(dòng)，限300秒內(nèi)完成；4、物體從左下角坐標(biāo)原點(diǎn)出發(fā)，在150秒內(nèi)到達(dá)設(shè)定的一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)(兩點(diǎn)間直線距離不小于40cm)；懸掛軌跡運(yùn)動(dòng)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(biāo)出的任意曲線運(yùn)動(dòng)，如圖2.1所示，曲線在測試時(shí)現(xiàn)場標(biāo)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(yùn)動(dòng)限定在200秒內(nèi)完成，沿間斷曲線運(yùn)動(dòng)限定在300秒內(nèi)完成；6、能夠顯示物體中畫筆所在位置的坐標(biāo)，運(yùn)動(dòng)軌跡與預(yù)期軌跡之間的偏差不得超過4cm。懸掛軌跡運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)畢業(yè)論文2.2系統(tǒng)基本方案根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需要實(shí)現(xiàn)勾畫設(shè)定軌跡和對設(shè)定軌跡的搜尋功能，并能實(shí)時(shí)的顯示物體中畫筆所在位置坐標(biāo)。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(gè)動(dòng)滑輪上，電機(jī)收放線長度就會通過多圈電位器轉(zhuǎn)換成電壓值，通過A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)；反射式光電傳感器對黑線進(jìn)行檢測，以脈沖信號的形式送入單片機(jī)，同時(shí)按鍵信號送入單片機(jī)對物體進(jìn)行設(shè)置校正以及軌跡參數(shù)設(shè)定，控制器對送來的信號進(jìn)行分析、運(yùn)算、處理，將控制信號輸送到電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,使物體的運(yùn)動(dòng)軌跡得以控制。第3章方案論證和比較根據(jù)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(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、啟停等多種工作狀態(tài)進(jìn)行快速而準(zhǔn)確的控制，以保證懸掛物體按照預(yù)先設(shè)定或即時(shí)設(shè)定的運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)行。2、為保證該控制系統(tǒng)的精度要求，必須對運(yùn)動(dòng)物體在畫板上的具體位置（坐標(biāo)點(diǎn)）進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測。懸掛軌跡運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)畢業(yè)論文3、為保證該運(yùn)動(dòng)物體能在盡可能短的時(shí)間內(nèi)按設(shè)定運(yùn)動(dòng)軌跡從起始點(diǎn)到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)，還需要相應(yīng)的設(shè)定及顯示電路。我們分以下幾個(gè)部分進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和比較論證。3.1控制器模塊根據(jù)題目要求，控制器主要用于控制電機(jī)，并對坐標(biāo)參數(shù)進(jìn)行處理，控制電機(jī)移動(dòng)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，F(xiàn)PGA可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)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(yīng)用EDA軟件仿真、調(diào)試，易于進(jìn)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(shí)時(shí)系統(tǒng)的控制核心。通過輸入模塊將參數(shù)輸入給FPGA，F(xiàn)PGA通過程序設(shè)計(jì)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，但是由于本設(shè)計(jì)對數(shù)據(jù)處理的時(shí)間要求不高，F(xiàn)PGA的高速處理的優(yōu)勢得不到充分體現(xiàn)，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同時(shí)由于芯片的引腳較多，實(shí)物硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計(jì)和實(shí)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(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制。由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。并