第七届(2005年)全国大学生电子设计竞赛作品
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悬挂运动控制系统(E题)

摘要:悬挂轨迹控制系统是一电机控制系统,控制物体在80cm×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 80cm×100cm, while movement system can display the coordinate 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 orientation. In this design system also adopt PWM technique control DC motor drive chip L298 to realize the accurate control of motor rotation speed, rotation direction, Start, Stop and etc operating position. System adopt infrared photosensor measure motor rotation speed and drawing locus by black curve on the palette.

KEY WORDS:sport trajectoryloopy potentiometerPWMinfrared photosensorDC motor driving

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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,已取得了广泛的工程应用。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。在此基础上还可设计成基于三线悬挂结构的运动控制装置。所谓三线悬挂是指,将三根缆线系于一点并悬挂重物,且三根缆线分别挂在三个固定滑轮上,其长度由电机驱动的三个绕线轮分别控制,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。系统软件将物体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,由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。

本设计的主要特点:

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。

4LED显示模块提供一个人机对话界面,并实时显示坐标及物体的运动轨迹。

2 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80cm×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的圆周运动,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)

 

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