【精品】电子设计竞赛论文

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悬挂运动控制系统(E题)-一学生作品原创毕业设计(论文)摘要:悬挂轨迹控制系统是一电机控制系统,控制物体在80cmX 100cm的范围内作直线.圆.寻迹等运动,并且在运动时能显示运动物体的坐标。设计采用AT89S51单片机作为核心器件实现对物体运动轨迹的自动控制,通过多圈电位器实现对悬挂物位置的精确测量,并引入局部闭环反馈控制环节对误差进行修正。 以达到对物体的控制和对坐标点的准确定位。采用脉冲宽度调制技术控制直流 电机驱动芯片L298,以实现对电机的转速、转向、启停等多种工作状态进行快 速而准确的控制。采用红外光电传感器实现检测电机速度和画板上黑色曲线轨 迹。关键词:运动轨迹;多圈电位器;脉冲宽度调制;红外反射光电传感;直流电机 驱动ABSTRACT: Hang trajectory control system is a motor control system, object make linear, circle, searching locus and etc locomotion within the range of the 80cmX100cm, while movement system can display the coordirmte of the object. Adopt AT89S51 MCU as the main part to realize the automatic control of the object motion locus in this design, system using multiturn potentiometer to measure the position of object, and introduces local closed-loop feedback control system link to correct error, in that case system can improve the accuracy of control and oricntation. In this design system al so adopt PWM technique control DC motor dri ve chip L298 to real ize the accurate cont rol of motor tot at ion speed, rot ation direction, Start, Stop and etc operating position. System adopt infrared photosensor measure motor rotation speed and drawing locus by black curve on the pale tte.KEY WORDS:sport trajectory; loopy potentiometer; PWM; infrared photosensor; DC motor driving第1章引言运动控制是自动化技术的重要组成部分,是机器人等高技术领域的技术基 础,己取得了广泛的丁程应用。运动控制集成了电子技术、电机拖动、计算机控 制技术等内容,例如在工厂、码头往往需要将货物从一点搬往另一点,如使用悬 挂控制系统更方便、安全!ù苏勾∩匣箍缮杓瞥苫谌咝医峁沟脑硕刂 装置。所谓三线悬挂是指,将三根缆线系于-点并悬挂重物,且三根缆线分别挂 在三个固定滑轮上,其长度出电机驱动的三个绕线轮分別控制,从而控制悬挂重 物在三维空间中的位置。其中原理和悬挂轨迹控制系统一样的。悬挂轨迹控制系统是一电机控制系统。为满足控制需要,本系统采用 AT89S51单片机作为核心器件,多圈电位器为物体位置数据采集器件,以L298 驱动的直流电机为执行设备,键盘和LED显示为人机接口的结构方式。算法方面 通过以微小直线为单位的策略,完成较为复杂的长直线、圆周和不确定曲线。系 统软件将物休运动的坐标转化成悬绳伸缩的距离,进而计算出多圈电位器需要转 动到的位置,再算出两直流电机的脉冲宽度调制(PWM)值。再通过A/D转换实 现对悬挂物位置的精确测量,并引入局部闭环反馈控制环节对误差进行修正。对 于系统自定的确定线型(直线和圆周),通过调整两个直流电机不同的PWM值的 搭配,可以控制物体的运动方向。而对于不确定的曲线,出光电传感器得到路线 信息,经过单片机的处理,给出物体运动方向的指令。木设计的主要特点:1、 优化的软件算法,智能化的自动控制,误差补偿。2、 使用双动滑轮,有效防止滑轮与拉绳之间打滑。3、 使用多圈电位器与动滑轮同步转动,引入反馈,实现物体精确定位。4、LED显示模块提供一个人机对话界面,并实时显示处标及物体的运动轨迹。第2章系统功能及基本原理2.1设计任务1、 控制系统能够通过键盘或其他方式任意设定坐标点参数;2、 控制物体在80cmX 100cm的范围内作自行设定的运动,运动轨迹长度不 小于100cm,物体在运动时能够在板上画出运动轨迹,限300秒内完成;3、 控制物体作圆心可任意设定、直径为50cm的岡周运动,限300秒内完成; 4、物体从左下角坐标原点出发,在150秒内到达设定的一个坐标点(两点间直线距离不小于40cm);图2. 1悬挂控制示意图5、 控制物体沿板上标出的任意曲线运动,如图2.1所示,曲线在测试时现 场标岀,线宽1. 5cm?1. 8cm,总长度约50cm,颜色为黑色;曲线的前一部分是 连续的,长约30cm;后一部分是两段总长约20cm的间断线段,间断距离不人于 lcm;沿连续曲线运动限泄在200秒内完成,沿间断曲线运动限泄在300秒内完 成;6、 能够显示物体中I田i笔所在位置的坐标,运动轨迹与预期轨迹之间的偏差不得超过4cm。2. 2系统基本方案根据设计要求,需要实现勾画设定轨:投陨瓒ü旒5乃蜒肮δ,并能实时的显 示物体中I田i笔所在位置坐标。其系统方案框图如图2. 2所示。图中多圈电位器安 装在两个动滑轮上,电机收放线长度就会通过多圈电位器转换成电压值,通过 A/D转换后送入单片机;反射式光电传感器对黑线进行检测,以脉冲信号的形式 送入单片机,同时按键信号送入单S2.2系统方案框图片机对物体进行设置校正以及轨迹参数设泄,控制器对送来的信号进行分析、运 算、处理,将控制信号输送到电机驱动模块,控制电动机的转速,使物体的运动 轨迹得以控制。第3章方案论证和比较根据题冃耍求可知,本系统所涉及的核心问题主要有:1、 对电机的转速、转向、启停等多种工作状态进行快速而准确的控制,以 保证悬挂物体按照预先设定或即时设定的运动轨迹运行。2、 为保证该控制系统的精度要求,必须对运动物体在画板上的具体位置(坐 标点)迹行实时的检测。3、 为保证该运动物体能在尽可能短的时间内按设定运动轨迹从起始点到达 目标点,还需要和应的设定及显示电路。我们分以下几个部分进
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