悬挂运动控制系统创新设计

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1、《机械创新设计》课程设计2机械创新设计说明书悬挂运动控制系统创新设计院（系）机械工程学院专业机械电子工程班级11机电2班学生李楠任课老师严天宏2014年12月15日16目录1摘要32系统设计要求43方案设计53.1控制方案选择53.2电机选择63.3电源部分方案选择73.4寻线机构设计以及TRIZ理论应用73.5其它部件的机构选择93.5.1顶部滑轮93.5.2传输线93.5.3电机轴套93.5.4重物104软件设计104.1点到点移动的设计114.2画圆方案设计124.3自定义轨迹设计方案124.4实时显示点坐标设计方案134.5寻迹程序设计135部分程序附录146参考资

2、料157致谢16161摘要在现代的工业控制、车辆运动和医疗设备等系统中，悬挂运动控制系统的应用越来越多，在这些系统中悬挂运动部件通常是具体的执行机构，因而悬挂部件的运动精确性是整个系统工作效能的决定因素，而在实际中实现悬挂运动控制系统的精确控制是非常困难的。靠改变悬挂被控对象的绳索长短来控制被控对象运动轨迹的悬挂运动控制系统，在生产控制等领域有很广的应用范围，但受技术上的制约，使用也有一定限制。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STM8单片机作为核心器件实现对物体运动轨迹

3、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。161系统设计要求设计一个电机控制系统，控制物体在倾斜的板上运动（仰角=100度）。在一白色底板上固定两个滑轮，两只电机（固定在板上）通过穿过滑轮的吊绳控制一物体在板上运动，运动范围为80cm*100cm，物体形状不限，质量大于100克。物体上固定有浅色的画笔，以便运动时

4、能在板上画出运动轨迹。板上标有间距为1cm的浅色坐标线（不同于画笔颜色），左下角为直角坐标原点，示意图如下：图2.1实物示意图基本要求：（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，物体运动时能在板上画出轨迹，限时300秒；（3）控制物体作圆心可任意设定、直径为50cm的圆周运动，限时300秒；（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）16扩展要求:（1）能够显示物体中画笔所在位置的坐标；（2）控制物体沿板上标出的任意曲

5、线运动，曲线在测试时现场标出，线宽1.5cm-1.8cm，总长度约为50cm，颜色为黑色，曲线的前一部分是连续的，长约30cm，后一部分是两段不连续的，总长约20cm，间断距离不大于1cm，物体沿连续曲线运动时间在200s以内，沿不连续曲线运动时间在300s以内。1方案设计采用单片机作为数据处理及控制的核心,经过驱动电路与直流电机A和电机B联接,对被控物体做出控制,光电检测用来检测被控物块的运动轨迹与预定轨迹的偏差,再反馈给单片机,再由单片机发出调整控制指令。根据掌握知识及实际考虑，系统总体框图如图下图所示。控制器LED显示4×4键盘电机A电机B寻迹部分执行机构电机驱动电源

6、（12V）单片机的供电电源（5V）速度采集模块电机驱动模块1.1控制方案选择方案1.闭环数字控制方式16闭环数字控制方式，主要利用光电传感器检测法，结构图如图1所示。首先单片机根据输入的数据来计算物体要移动的距离并控制物体往坐标的大概方向运动，红外发射接收器来探测悬挂物体移动了多少个1*1cm的小方格,并经过A/D送给单片机，单片机通过特定的算法计算出物体的坐标，并控制电机的转动来控制物体往坐标进发，在此过程中单片机不断计算，不断调整电机的转速和方向使悬挂物体做一定路线的移动。但其缺点是，电路复杂，不但要求要有A/D电路，光电探测电路，还要其电路要做得十分精确。任何一个电路

7、设计得不好，也会使物体运动产生很大的偏差。图1闭环数字控制方案2.开环数字控制方式开环数字程序控制方式,即没有反馈系统，开环数字控制的结构图如图2所示。由图可看出，此种控制方式与上面的控制方式少了反馈电路。单片机由输入的数据来计算物体要移动的距离，直接发出控制脉冲来控制电机的转动，进而控制物体的运动方向。由于少了反馈电路，系统的精度只与单片机所采用的算法准确性有关，此种方式电路结构简单，成本低且易于调整和维护，是一种较理想的方式。图2开环数字控制方式综合上面所述，考虑时间和调试的复杂性，本设计采用方案2。1.1电机