悬挂运动控制系统的设计
悬挂运动控制系统中软件算法设计与综合调试
系统中驱动装置采用步进 电机 ，由于 步距角是一定的 ，转速与单位时 间所给脉 冲 数是 成正 比的 ，在 转 动时 线距 离 可 以 很 容易计算出来 ， 停止时也不存在惯性 ， 易控 制 ，应 用于 控 制 精 度要 求 较 高 的场 合 。 在寻迹检测方面 ，系统采用反射式光 耦。 遇见黑色物体 ， 发射管发射的光线被黑 色物体 吸收 ， 接收管截止不导通 ， 出一种 输 电平信号； 遇见 白色物体或浅色物体 ， 由于 物体反光 ， 使光耦接收管 导通 ， 输出另外一 种 电平信号 ；单片机可以根据光耦输 出信 号 的 不 同 ，判断 轨 迹 位 置 ，控制 画笔 的 运 动。 画笔采用 自动控制的方式 ， 在程序 中控 制它的抬起 与落下 。用一个三极 管驱动一 个 电磁 铁 作 为 画 笔的 主 控 元 件 ；当执 行 画 线命令时 ，以高 电平触发三极管使电磁铁 吸合 ， 画笔 落 下；当 画线 命 令取 消 时 ， 以低 电平触发三极管使电磁铁断 电， 画笔弹起。 并且在画笔旁安 了一个发光二极管 ，当画 笔划线时， 二极管点亮 ， 不划线时熄灭 ， 通 过二极管实时显示画笔的状态。为了避免 电磁铁对单片机干扰 ， 采用光电隔离措施。 显 示 电 路 采 用 字 符 型 液 晶 ＡＣ ６２ 液晶显示屏具有轻薄短小、 Ｍ１０ Ａ。 低 压微功耗、体积小 、无辐射危险， 平面直角 显示 及影像稳 定不闪烁等优点 ， 可视面积 大， 画面效果好 ， 分辨率高 ， 抗干扰能力强等 特点。 它足专门用 于显示英文 、 数字 、 符号 等点阵型液 晶显示模块 。 Ｉ 电路 简单 ， 接： １ 不 需 要 扩 展外 围电路 。一片 ７ Ｌ ２ ３ Ｐ ４ Ｓ ７ 将 ０口 分 时 复 用作 为 液 晶 的数 据 输 入 ，用 Ｐ１０ ． Ｐ ．作 为控制线 。 １２
悬挂运动控制系统的设计
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运动 控制系统的设计
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２ 悬挂运动控制系统的软件设计 敏 件 用 Ｃ语 言 编 写 实现 电机 转 速 控 制 ，圆 轨
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图一 系统总体框图 电机 采用纯 粹数 字拉 制的 步进 屯机 ，选 Ｊ ＝ Ｉ ４ ＭＩ Ｃ ３达林顿阵列经过一级功率放 大驱 动步进 电 ４ｌ 机。 控制器采用 Ｌ Ｃ ３ Ｐ ９ ２单片机。Ｌ Ｃ ３ 是 一 Ｐ９ ２ 款单 的转换 转 动的角度大小与施加的脉冲数成正比 ． 转 动的速度 与脉冲频率成ｌ 比， Ｅ 而转动方向则与脉冲的 顺序有关 在速度控 制时为了防止失步的发生，引 进 了变速控 制的思想 ，起 动时以低于 响应频率 的速 度运行 ．然后慢慢加速， 加到一定速度 后 就以此
悬挂运动控制系统设计
第21卷第3期海军航航空工程学院院学报V ol.21No.32006年5月JOURNAL OF NA VAL AERONAUTICAL ENGINEERING INSTITUTE May.2006收稿日期2005-11-26作者简介刘华章1963男副教授硕士.悬挂运动控制系统设计刘华章1张晨亮1唐建华21海军航空工程学院电子信息工程系2海军航空工程学院训练部山东烟台264001摘要介绍了以凌阳单片机SPCE 061A 板为核心作为悬挂运动控制的系统实现了键盘输入识别传感器信号采集电机驱动电路控制等功能根据物体在平面任一处两端吊绳的长度唯一确定的原理通过单片机编程控制电机转动带动吊绳伸长或缩短实现物体沿任意设定轨迹运动引导部分用反射式红外传感器探测板面黑线信息送入单片机处理后控制物块沿黑线前进该系统可以完成到达任意预设坐标沿自行设定轨迹运动以板上任意处为圆心画直径为50cm 的圆和寻黑线前进任务关键词单片机红外传感器步进电机中图分类号T N 91文献标识码A1设计任务和要求1.1设计任务设计一电机控制系统控制物体在倾斜仰角100°的板上运动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80c m 100c m物体的形状不限质量大于100g物体上固定有浅色画笔以便运动时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如图1所示图1悬挂运动控制系统示意图1.2要求1.2.1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 物体在运动时能在板上画出运动轨迹限300s内完成3控制物体在圆心有效范围内直径为50cm的圆周运动限300s内完成4物体从坐标原点出发在150s 内到达设定的一个坐标点两点间直线距离不小于40cm1.2.2发挥要求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线运动见图1曲线在测试时现场标出线宽1.5 1.8c m总长度约50cm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大于1c m 沿连续曲线运动限定在200s 内完成沿间断曲线运动限定在300s内完成3其他2系统设计与实现2.1系统的总体设计方案系统主要通过键盘输入四种指令坐标自定80cm100cm 15cm15cm15c m15c m O ABCD原点海海军军航空工程程学学院学报2006年第3期368义画圆寻迹其中坐标代表物体从某一坐标点到达设定的另一坐标点自定义代表物体作自行设定的运动画圆代表物体作画圆运动寻迹代表物体沿黑线轨迹前进四种指令通过L C D显示器显示出来同时L C D 显示器提示输入各个坐标如当选择坐标指令时提示输入某点坐标值当选择画圆指令时提示输入原点坐标值输入完毕后凌阳单片机SPCE 061A [1]控制步进电机完成相应动作当物体作寻迹运动时凌阳单片机接受由8个红外传感器组成的物体寻迹模块的信号做出相应的判断控制电机的运转完成动作系统总体原理[2]框图如图2所示图2系统总体原理框图2.2系统单元电路设计2.2.1步进电机驱动电路采用两个三相的步进电机型号为55BF004步进电机工作的原理是步进电动机将电脉冲信号转换成直线位移或角度位移步进电动机的运动由一系列电脉冲信号控制完成单片机每输出一个脉冲步进电机就转动一个角度或前进一步它的位移与输入脉冲的数目成正比速度与脉冲频率成正比电机驱动电路[3]如图3所示此电路图画出的是步进电机其中一相的驱动电路另外三相的驱动电路与此电路图相同其工作原理为单片机输出脉冲通过光耦合器与电动机驱动部分电路隔离实现小信号电路控制大功率电路的目的在此我们让电机工作在三相六拍工作方式步进电机方向控制的原理为设置某一方向为正方向其三相六拍各相输入方式示意为A B C各代表一相输入A A BBB C CC A A 那么反向应该是A A C C C B B B A A 这样可以控制电机转向步进电动机速度控制原理为控制步进电动机的运行速度可以通过控制单片机发出脉冲的频率或者换相的周期来实现图3步进电机的一路驱动电路2.2.2红外传感器电路红外传感器电路[4]包括发射电路和接收电路两部分发射电路见图4电路由555定时器发射占空比可调的方波信号输入三极管b 极使三极管工作在开关状态驱动红外发射管发射红外线接收电路见图5电路中红外接收管接收到红外线时导通无红外时截止导通时L M 339的7端输入为低截止时输入为高经LM 339以及后面电路进行信号调理后输出T T L电平信号送给单片机图4红外发射电路图5红外接收电路2.3系统的软件设计系统的软件主要完成对整个过程的整体统筹把每个分任务通过程序联系起来对硬件输入的各种信号进行相应处理完成动作SPC E061A物体寻迹模块电机驱动模块键盘输入LCD 显示语音播报总第87期刘华章等悬挂运动控制系统设计3692.3.1系统总的流程图根据题目的要求经过仔细分析充分考虑各种因素制定了整体的设计方案系统开始检测键盘等待输入各种命令当有命令输入时调用该命令所对应子程序完成各种命令同时显示数据系统总的流程图如图6所示图6系统总的流程图假设物体从C 点运动到D 点见图1A 点坐标为15115B点坐标为95115C 点坐标为x n ,yn D点坐标为x n+1,yn+1则22)115()15(AC n n y x +=22)115()95(BC n n y x +=2121)115()15(AD +++=n n yx 2121)115()95(BD +++=n n yx 则左电机的拉伸距离为L S=A D A C 右电机的拉伸距离为RS=B D B C 物体从原点到设定坐标点软件流程图如图7所示图7物体从原点到设定坐标点的流程图2.3.2控制物体作圆周运动的软件设计把一个半径为25c m 的圆周平均分成360等份计算出圆周线上各个分点的坐标首先物体放到圆周左侧然后物体沿着各个点依次走下去即完成了画圆物体作圆周运动如图8所示图8物体作圆周运动示意图由上图可得n 点X 轴坐标为)180/14.3cos(250×=n x xn (5)n 点Y 轴坐标为)180/14.3sin(250×+=n y yn (6)同理可求得n +1点的坐标x n+1,yn+1点调用坐标子程序控制电机拖动物体从而实现画圆控制物体作圆周运动软件流程图如图9图9控制物体作圆周运动的流程图2.3.3控制物体寻迹运动的软件设计物体上的寻迹红外传感器的分布如图10所示8只传感器均匀分布在圆周上传感器相互间的距离不宜过大否则会增大运动轨迹与黑线的误差也不宜过小否则相邻传感器打到白纸上的红外光会互相串入引起干扰从而产生误动作寻迹的原理如图11所示首先把8个传感器中的一个放于黑线的起点当从键盘输入寻迹指令时物体开始沿探测到黑线的这个传感器与中心点O 的连线的方向前进此时检测此传感器相邻的4个传感器是否压黑线如果没有压黑线则使物体继续保持原方向运动如果压黑线则使物体沿当前压黑线的传感器与中心点O 的连线的向前进此时同样需要检测当前传感器相邻的4个传感器是否压设定当前坐标检测键盘输入目标坐标进入画圆子程序进入坐标子程序寻坐标自定义寻黑线画圆输入运行轨迹进入自定义曲线子程序输入圆心N 进入黑线子程序坐标合理YYYYYNNN 开始N 计算A C -A D 的值输入目标坐标Y NYNN开始计算BD -B C 的值电机步数设置左边电机完成运动左边电机停止右边电机完成运动左右均到达目标右边电机停止Y输入圆心坐标x 0yn 赋值为0判断圆心坐标是否合理计算x n+1y n +1的值调用寻坐标子程序实现从x n y n 点到x n+1y n+1点n 加1n 360?开始n+1OnN N+1海海军军航空工程程学学院学报2006年第3期370黑线如此循环检测可以解决任意曲线的寻迹如果传感器在3s 之内没有发现黑线则说明物体已经全部离开黑线寻迹完毕重物往回运动2s 的目的是为了让重物返回黑线末端图10物体上的寻迹红外传感器位置分布图图11控制物体寻迹运动的流程图3系统测试系统测试的目的是检测系统的各项功能是否达到题目要求的指标所需测试工具为米尺圆规秒表 1.8cm宽黑色胶布等系统需测试的功能项包括到达预设目标点的测试画圆的测试沿自行设定轨迹运动的测试寻迹功能测试本悬挂运动控制系统经过测试完成到达预设目标点测试画固定直径圆的测试沿自行设定轨迹运动的测试和寻黑线功能测试键盘设置灵活L C D实时显示物体所在位置坐标电机控制精确运行灵敏语音播报迅速各项指标完全符合题目要求4总结本系统以凌阳单片机61板为核心作为控制单元利用4*4键盘为输入模块用液晶显示屏显示多项指标信息实现人机交互和物体按要求运动的各项功能利用光电传感器探测黑线所处方向步进电机作为驱动物体运动装置在系统设计过程中力求硬件线路简单充分发挥软件编程方便灵活的优势来满足系统各项要求参考文献[1]罗亚非.凌阳16位单片机应用基础[M ].北京:北京航空航天大学出版社,2003:2-8[2]全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编2003[G ].北京:北京理工大学出版社,2005:203-207[3]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程[M ].北京:电子工业出版社,2005:115-117[4]何希才.传感器及其应用电路[M ].北京:国防工业出版社,2001:89-92D esi gn of ha ngi ng m ovem e nt cont r ol syst emL I U H uaz ha ng 1Z H A N G Che nl i ang 1T A N G Ji anhua21D epar t m ent of El ect r oni c and I nf orm at i on Engi neer ing N AEI2D epar t m ent of Trai ni ngN AEIY antaiShandong264001bst A bs t r act :The sys t em adopt s t he M CU SPCE061A as t he ker nel t o cont r ol t he m ovem ent of t hesubj ect .I t can i dent i f y t he i nput of t he keyboard,gat her t he i nf or m at i on fr omt he i nf rar ed w ave sens or s ,and cont r ol t he dri vi ng ci r cui t of m ot or devi ce.A ccordi ng t o t hat t he l engt h of t he r ope i s uni que for each pos i t i on of t he s ubj ect ,cont rol l i ng t he m ovem ent of t he m ot or t o change t he l engt h of t he r ope can r eal i ze t he pos i t i on change of t he s ubj ect .The det ect i on of t he bl ack t hr ead i s real i zed by r ef l ect i on i nf rar ed w ave s ens ors i n order t o as sur e t he subj ect m ove al ong w i t h t he bl ack t hread dr aw n ar bi t rar y.I n t he des i gn,i t can aut om at i cal l y ar r i ve at t he posi t i on s et arbi t rar y,sket ch a ci r cl e and s o on.ey or ds K ey w ords :M C U ;i nf rar ed w ave s ens or ;s t ep-m ot or红外传感器上下右左左上右上左下右下开始重物保持此传感器方向运动时间是否超过2sNNYY返回主程序确定当前压黑线传感器的位置从零开始计时检测此传感器左右90°范围的传感器是否压黑线重物停止运动使重物保持此传感器方向运动重物朝此传感器相反方向运动1s。
悬挂运动控制系统的设计
悬挂运动控制系统的设计本毕业设计课题是属于教师拟定性课题，主要是研究基于单片机的对步进电机的有效控制。
步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件，每输入一个脉冲电机转轴步进一个步距角增量。
电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速...<P>本毕业设计课题是属于教师拟定性课题，主要是研究基于单片机的对步进电机的有效控制。
步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件，每输入一个脉冲电机转轴步进一个步距角增量。
电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲频率。
<BR> 步进电机是机电一体化产品中关键部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。
步进电机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。
广泛应用于机电一体化产品中，如：数控机床、包装机械、计算机外围设备、复印机、传真机等。
<BR><BR> Abstract<BR>This article mainly elaborated has been hanging the movement control system merit, introduced was hanging the movement control system function, the principle and the design process. Is hanging the movement control system is one of in control engineering domain important applications, its main target is to is controlled the object the movement condition, including path, speed and position implementation check. The movement control system compares with other control systems, has the system model simply, the check algorithm is unitary, also not complex characteristic and so on non-linearity and coupling situation. Also is precisely because the movement control system can implement to the path, the running rate, the pointing accuracy as well as the repetition precision accuracy control requirement, has the broad application foreground in each category of control engineering, therefore the movement control system has at present become in the check study application domain very much significant the research direction. Through the monolithic integrated circuit to stepping monitor check, implemented the motor-driven to cause the object at on the board which inclined the movement, The control section is the SST89E52 monolithic microcomputer which SST Corporation produces primarily, with when the 1602LCD liquid crystal screen and according to turned has implemented with the user interactive, through the keyboard entry different control command, the liquid-crystal display was allowed to display the setting value and the run thecoordinates. The electrical machinery control section used LM324N four to transport puts and is connected the electronic primary device voluntarily to develop the 42BYG205 stepping monitor actuation electric circuit to implement the electrical machinery accuracy control. The algorithm partially for will suit the monolithic integrated circuit system to operate carries on optimizes many times, will reduce the microprocessor the operand. Has completed the object voluntarily the movement and according to the different setup path movement. <p class='Uux450'></p> <BR>Key words Magneto; 1602LCD; LM324N; Drive circuit <pclass='Uux450'></p> </P><P> 选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。
05年电子设计大赛题论文——悬挂控制系统
作者：缑文博丁杰白博赛前辅导老师：刘远聪兰建平胡亚琦摘要本悬挂系统是以两个AT89C52为核心，用专用步进电机的驱动SJ-220驱动步进电机控制坐标图上的笔的位置，通过两个定滑轮配合步进电机，利用控制电机的转速的变化绘制出所需的图形。
利用LCD作为整个过程的显示部分，结合4×4的键盘输入，控制画图过程的输入。
一、设计方案和论证按照题意，控制系统能够通过键盘或其他方式任意设定坐标点参数；控制物体在80cm ×100cm的范围内做自行设定的运动，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300s内完成；控制物体做圆心可任意设定、直径为50cm的圆周运动，限300s内完成；物体从左下角坐标原点出发，在150s内到达设定的一个坐标原点。
在此基础上，能够显示物体中画笔所在位置的坐标。
考虑到测量对象较多，如果使用一个单片机，系统资源将非常紧张，难以达到最佳的控制。
因此，采用两片单片机，合理分工，分别控制各模块的工作。
系统框图如图1所示。
对于各模块的设计，分别讨论如下。
1.电动机及其的选择（1）电动机的选择方案一：使用步进电机。
其优点在于速度易于控制，可以实现快速启停，且转动角度严格可控。
可以根据驱动脉冲电流的次数计算小车的行驶距离，省去距离测量这一环节。
步进电机的功率大，速度可调，转速稳定，可以达到精密控制。
方案二：使用直流电机，用脉冲宽度调节方法，对电机进行控制。
但此方案的缺点也很明显，直流电机动起来惯性大，转速不易控制，很难达到精确地控制，误差较大。
因此，选择方案一。
（2）电动机驱动模块所用电动机是四相电动机，需要放大4路驱动信号。
方案一：采用4路三极管放大电路驱动，该方案电路复杂，可靠性难以保证。
方案二：采用专用的步进电机驱动SJ—220, SJ-220驱动器驱动二相混合式步进电机，该驱动器采用原装进口模块，实现高频斩波，恒流驱动，具有很强的抗干扰性、高频性能好、起动频率高、控制信号与内部信号实现光电隔离、电流可选、结构简单、运行平稳、可靠性好、噪声小，带动2A以下所有的42BYG、57BYG、系列步进电机。
悬挂运动控制实验仿真系统的设计与实现
思想 和实现方法 ，分析 了此类实验 的特点 以及如何通过 软件 仿真快速 高效地得到直 观的感觉 、并通过仿 真 获得 必要 的数据 ，从 而在节省 时间 、实验材料 、快速确定 实验参数 的前提下 ，完成好整个 实验 。最 后指 出
通过 软件仿 真来完成较 为复杂的综合性实验是一种重要 的辅助手段 。
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技
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与
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第２ ３卷
第ｌ Ｏ期
２０ ０ ６年 ｌ Ｏ月
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中图 分 类 号 ： ４ ４ Ｃ ３ 文献 标 识 码 ：Ｂ 文章 编 号 ：１０ －９６ ２０ ）０ ０７ — ３ ０ ２４ ５ （０ ６ １— ０ ７ ０
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车辆悬挂系统的非线性特性分析与控制
车辆悬挂系统的非线性特性分析与控制车辆悬挂系统是车辆运动学和动力学性能的重要组成部分。
传统的线性控制方法针对车辆悬挂系统往往难以满足实际的控制需求，因为悬挂系统具有显著的非线性特性。
因此，本文将对车辆悬挂系统的非线性特性进行分析，并提出相应的控制方法。
一、非线性特性的表现形式车辆悬挂系统的非线性特性主要表现在以下几个方面：1. 阻尼特性的非线性：车辆悬挂系统的阻尼特性随着行程变化呈非线性变化。
在小行程范围内，阻尼力随位移的增加呈线性变化；但在大位移范围内，阻尼力的增加速度减缓，呈非线性变化。
2. 弹簧刚度的非线性：车辆悬挂系统的弹簧刚度也随行程的变化而变化。
在小行程范围内，弹簧刚度随位移的增加基本保持不变；但在大行程范围内，弹簧刚度随位移的增加逐渐减小，呈非线性变化。
3. 悬挂系统的干摩擦力：车辆悬挂系统中存在着干摩擦力，其大小与悬挂行程的方向变化有关。
干摩擦力会导致悬挂系统的非对称性和非线性特性，进而影响车辆的稳定性和悬挂系统的控制效果。
二、非线性特性的影响车辆悬挂系统的非线性特性对车辆的运动稳定性和乘坐舒适性都具有重要影响。
1. 运动稳定性：非线性特性可能引起悬挂系统在行驶过程中出现跳动、抖动等现象，进而影响车辆的稳定性和行驶安全性。
2. 乘坐舒适性：非线性特性使得悬挂系统难以在不同行程范围内提供恰当的减震效果，从而影响乘坐的舒适性和悬挂系统的振动控制效果。
三、非线性特性的控制方法针对车辆悬挂系统的非线性特性，可以采用以下几种控制方法：1. 非线性控制器设计：基于非线性特性的具体表现形式，设计适应于车辆悬挂系统的非线性控制器。
可以采用神经网络、滑模控制等方法来提高悬挂系统的控制性能。
2. 自适应控制：通过在线辨识悬挂系统的非线性特性参数，并实时调整控制策略，使得控制器具有较强的适应性和鲁棒性。
3. 模糊控制：利用模糊逻辑来处理悬挂系统中存在的不确定性，设计模糊控制器来实现对非线性特性的控制。
基于MSP430F449的悬挂运动控制系统设计
图 １ 系统 设 计 框 图
Ｆ ｇ Ｂ ｏ ｋ ｄ ａ ｒ ｍ ｆｓ ｓ ｅ ｉ ．１ ｌ ｃ ｉ ｇ ａ ｏ ｙ ｔ ｍ
方案② ：ｒｓｎ ａ Ｂｅｅｈ ｍ微元算 法。该算法 只做整数 Ｊ／ 运 Ｊ减 ｎ
算 和 乘 ２运算 ， 算 速 度 很 快 ， 于用 硬 件 实 现 嘲 运 适 。
方案③ ： 使用伺 服电机 ， 伺服 电机是一 种 内带编码盘 。 可
以 通 过 驱 动 器 精 确 控 制 转 动 角 度 （． １级 别 ）而 且 过 载 能 ００ 。 ０ ， 力强 ， 用 于精密控 制 ， 其驱动 电压一般 较高 ， 积较大 ， 常 但 体
在 本 题 目的 实 现 上 并 不 Nhomakorabea 用 。
在 现 代 的 车辆 运 动 、医疗 设 备 和 工 业 控 制 等 系 统 中 ． 悬 挂 运 动 系 统 的 应 用 越 来 越 多 ． 这 些 系 统 中 悬 挂 运 动 部 件 通 在 常 是 具体 的 执 行 机 构 ． 而 悬 挂 部 件 的 运 动 精 确 性 是 整 个 系 因 统 工 作 效 能 的 决定 因 素 ， 而 实 际 实 现 悬 挂 运 动 控 制 系 统 的 因 精 确 控 制 具 有 极 其 重 大 的 现 实 意 义 。本 系 统 采 用 低 功 耗
１２ ． 电机 驱 动 器 选 择
１ 悬 挂 运 动控 制 系统 设 计 方 案
１１ 电 机 选取 ．
方案① ： 使用分立元件搭建 。利用 大功率三极管放大功
率 给 步 进 电 机 提 供 驱 动 电 压 和 电 流 。但 本 实 验 对 功 率要 求 较 大 ， 度有 限。 精
方案① ： 直流电机。直流电机的优点是输出功率 大． 带负
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目录摘要与关键字------------------------------------------------------------------------------------4 第一章设计任务及要求----------------------------------------------------------------------51.1设计任务--------------------------------------------------------------------------------51.2技术要求--------------------------------------------------------------------------------61.2.1基本要求- ----------------------------------------------------------------------------61.2.2发挥部分----------------------------------------------------------------------------6 第二章模块方案比较与论证--------------------------------------------------------------- 72.1 电动机驱动调速模块------------------------------------------------------------- 72.2 控制器模块----------------------------------------------------------------------------82.3 滑块位移检测模块-------------------------------------------------------------------92.4 纸面线段寻迹模块------------------------------------------------------------------9 第三章系统硬件设计与实现---------------------------------------------------------------103.1 系统硬件结构总体设计-----------------------------------------------------------103.2系统主要单元模块的设计与实现------------------------------------------------103.2.1 机械部分的设计-----------------------------------------------------------103.2.2智能控制部分的设计----------------------------- ------------------------11 第四章系统软件设计------------------------------------------------------------------------154.1 运动机构数学模型的建立--------------------------------------------------------154.2 控制系统程序的设计与实现-----------------------------------------------------164.2.1 控制程序总体设计--------------------------------------------------------16 第五章系统测试------------------------------------------------------------------------------185.1测试仪器------------------------------------------------------------------------------185.2指标测试------------------------------------------------------------------------------185.2.1自行设定运动测试----------------------------------------------------------------185.2.2圆周运动测试----------------------------------------------------------------------185.2.3键盘输入坐标点并运动到该点的测试----------------------------------------18第六章总结-----------------------------------------------------------------19参考文献----------------------------------------------------------------------------------------20致谢----------------------------------------------------------------------------------------------21附录----------------------------------------------------------------------------------------------22摘要本系统的控制部分采用两块单片机实现（AT89C55和AT89C52），主单片机用于控制信号输入和电机驱动，从单片机用于信号检测和运动滑块坐标的实时显示。
执行机构采用无相四线制步进电机带动，定位精度高，误差不随转数累加，驱动电路采用双H桥结构的L298电机驱动芯片，由主单片机输出环形脉冲序列直接驱动。
本题的难点在于控制算法的实现，我们对控制系统进行了精确的数学建模，得到了步进电机输出和绘图滑块的运动坐标的精确对应关系，并把绘图区的坐标信息建立成表格存储在ROM中，通过查表的方式来计算得到控制输出量。
我们的控制系统达到了很好的控制精度，基本上完成了题目的要求。
关键字：单片机步进电机数学建模查表AbstractThe control part of this system is based on two microcontrollers ( AT89C55 and AT89S52), one used for the input signal of control and the drive of the step motor, the other used for slippery piece of the signal examination and displaying the coordinate of the solid hour at any time. And the drawing system is carrying out by two fourphase step motors, which are drived directly by integrated chip L298 that has double H bridges structure of the electric circuit, and its circuit driving pulses are given directly by the primary microcontroller. A difficult point in the problem is how to carry out the control arithmetic, for which, we set up the precise mathematics mold of the control system. The mold could describe the strict relationship of the step motors’ outputs and the coordinates of the slipper for drawing at every point in the drawing area. We stored all the coordinate data in a ROM, and we can get the data by table look-up way when the coordinate is used in running course. By this way, our control system form to a very high precision, and we complete about all the task well.Key word: microcontroller, step motor , mathematics molding, table look-up1、设计任务及要求1.1设计任务：设计一电机控制系统，控制物体在倾斜的板上运动。
在一白色底板上固定两个滑轮，两只电机，通过穿过滑轮的吊绳控制一物体在板上运动，运动范围为cm cm 10080 。
物体的形状不限，质量大于100克。
物体上固定有浅色画笔，以便运动时能在板上画出运动轨迹。
板上标有间距为cm 1的浅色坐标线，左下角为直角坐标原点。
1.2设计要求：1.2.1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cm cm 10080 的范围内做自行设定的运动，运动轨迹长度不小于cm 100，物体在运动时能够在板上画出运动轨迹，限300秒内完成；（3） 控制物体做圆心可任意设定、直径为cm 50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cm 40）。
1.2.2发挥部分（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线运动，曲线在测试时现场标出，线宽cm cm 8.1~5.1，总长度约cm 50，颜色为黑色；曲线的前一部分是连续的，长约cm 30；后一部分是两端总长约cm 20的间断线段，间断距离不大于cm 1；沿连续曲线运动限定在200秒内完成，沿间断曲线运动限定在300秒内完成；（3） 其他。