舵机的数字化控制器设计毕业论文.doc

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1、桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸舵机的数字化控制器设计毕业论文目录引言11舵机控制系统概述21.1舵机工作原理21.2PID控制算法21.2.1PID控制系统的原理和特点21.2.2增量式PID算法41.2.3PID控制器参数的工程整定方法42AVR单片机概述52.1AVR单片机的优势特征52.2ATmega8L单片机的特点62.2.1引脚说明82.2.2A/D转换器92.2.3脉宽调制PWM原理103串口通信123.1串口通信的作用123.2RS-232C接口和MAX232芯片简介123.3MAX232芯片引脚描述及其应用123.3.1MA

2、X232应用电路介绍133.3.2串口模块原理图设计144驱动芯片154.1电机驱动芯片LG9110154.2电机驱动芯片L293D165硬件设计思路185.1系统基本原理185.2系统硬件设计195.2.1原理图说明196系统软件设计20桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸6.1系统主程序206.1.1主程序设计要点206.1.2主程序流程图206.1.3PID子程序流程图226.1.4程序设计思路226.1.5PD子程序说明236.2系统仿真246.3上位机266.3.1MSComm控件原理266.3.2上位机运行结果277系统调试297.1

3、硬件调试297.2软件调试308结论31谢辞32参考文献33附录34桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第49页共52页引言随着高新技术在测控领域中的应用，有力地促进了控制的系统化和精确化，然而，经典的反馈控制、现代控制和大系统理论在应用中遇到不少难题。首先，这些控制系统的设计和分析都是建立在精确的系统数学模型的基础上的，但是各个领域对自动控制系统控制精度、响应速度、系统稳、定性与自适应能力的要求越来越高，被控对象或过程的非线性、时变性、多参数点的强烈耦合、较大的随机扰动、各种不确定性以及现场测试手段不完善等，使难以按数学方法建立被控对象的精确模

4、型；其次，为了提高控制的性能，整个控制系统变得极其复杂，增加了设备的投资，降低了系统的可靠性。人工智能的出现和发展，促进了自动控制向更高的层次，即智能控制发展。基于单片机的智能控制系统，使得舵机等伺服系统的模块化和数字化更容易实现，极大的促进了控制精度、响应速度等控制要求的提高。舵机作为一种伺服电机属于闭环控制系统，和一般的直流电机、交流电机相比具有较高的控制精度，步进电机虽然也具有一定的控制精度但仍然属于开环结构。于是舵机在机器人关节控制和航模转舵控制等需要精确控制而又没有很高载荷的系统中就显得十分经济实用，在航空航天仪器、雷达、导弹、智能自适应仪

5、器、各种武器电子和抗恶劣环境电子等系统中也得到广泛应用。桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第49页共52页1舵机控制系统概述1.1舵机工作原理舵机，又名伺服电机，主要是由外壳马达、减速齿轮和电位器构成。舵机主要适用于那些角度不断变化并可以保持的控制系统，比如人形机器人的手臂和腿，车模和航模的方向控制。舵机工作原理：舵机本质上是可定位的马达，它的内部包括了一个小型直流马达、一组变速齿轮组、一个反馈可调电位器和一块电子控制板。它是一个典型闭环反馈系统[1]，减速齿轮组由马达驱动，其终端（输出端）带动一个线性的比例电位器作位置检测，该电位器把转角坐标

6、转换为一比例电压反馈给控制线路板，控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较，产生调整脉冲，并驱动马达正向或反向地转动，使齿轮组的输出位置与期望值相符，令调整脉冲趋于为0，从而达到使舵机精确定位的目的。简单的说就是发一个控制信号给舵机，经过电路板判断转动方向，再驱动马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由电位器检测送回信号，判断是否已经达到指定位置。数字舵机(DigitalServo)和模拟舵机(AnalogServo)在基本的机械结构方面是完全一样的，主要由马达、减速齿轮、控制电路等组成，而数字舵机和模拟舵机的最大区别则体现在控制电路上，数字舵

7、机的控制电路比模拟舵机的多了微处理器和晶振。相对于模拟舵机，数字舵机有如下优点：首先，驱动马达的动力，可以由微处理器的程序调整，以应用于不同的应用场合，并优化舵机性能。其次，舵机马达能以更高的频率响应控制信号，而且“死区”（无响应区）变小；反应变得更快；加速和减速时也更迅速、更柔和；运转精度以及舵机锁位能力也更强。本设计就是利用模拟舵机的机械部分，运用单片机和电位器的闭环系统进行角度控制，主要用到PD控制，采用电位器进行角度检测，由单片机对其进行处理，输出PWM脉冲信号控制舵机转动到所设定的角度。即将模拟舵机改装成数字舵机，实现了舵机的数字化控制。1

8、.2PID控制算法1.2.1PID控制系统的原理和特点在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分