运动控制系统-上海交通大学自动化系
基于机电传动控制的智能运动控制系统设计与实现
基于机电传动控制的智能运动控制系统设计与实现智能运动控制系统是一种应用于机电传动控制的先进技术，通过对运动控制系统的设计与实现，可以实现对机器人、自动化设备、工业生产线等的精确控制和智能化操作。
本文将从系统设计、控制策略、应用实现等几个方面，详细介绍基于机电传动控制的智能运动控制系统的设计与实现。
一、系统设计智能运动控制系统设计的关键在于从机械结构出发，结合传感器和控制算法，设计出稳定、高效的运动控制系统。
在设计过程中需要考虑以下几个方面：1. 选型与配置：根据需要实现的运动功能，选择合适的电机、传感器以及控制器，并配置在合适的位置上。
选型时需要考虑运动控制系统的要求，如负载能力、速度要求、精度要求等。
2. 机械结构设计：根据实际需求设计机械结构，包括传动装置、传感器安装位置、工具夹持方式等。
机械结构的设计需要考虑运动过程中的稳定性、刚度和运动精度。
3. 传感器选择与布置：根据控制需求选择合适的传感器，如位移传感器、力传感器、角度传感器等。
合理布置传感器位置可以提高系统的闭环控制性能和故障检测能力。
4. 控制策略设计：由于智能运动控制系统需要实现多种复杂的运动方式，因此需要设计合理的控制策略。
常见的控制策略包括PID控制、自适应控制、模糊控制、神经网络控制等。
二、控制策略控制策略是智能运动控制系统中非常关键的一部分，不同的控制策略可以实现不同的运动控制效果。
以下是几种常用的控制策略：1. PID控制：PID控制是一种经典的运动控制方法，通过调节比例、积分和微分三个参数，实现对系统的稳态误差、超调量以及响应时间的优化。
2. 自适应控制：自适应控制是一种能够根据系统的实时状态和参数变化自动调节控制器参数的控制策略。
通过在线参数更新，可以适应系统参数的变化，提高控制性能。
3. 模糊控制：模糊控制是一种基于模糊逻辑推理的控制策略，通过将模糊的语言变量映射为具体的控制行为，实现对系统的精确控制和适应性。
4. 神经网络控制：神经网络控制利用神经网络的非线性映射能力，在控制过程中不需要事先建模，能够实现对复杂系统的高精度控制和自学习能力。
基于OpenMV摄像头的运动目标控制与自动追踪系统设计与实现
基于OpenMV摄像头的运动目标控制与自动追踪系统设计与实现目录一、内容概括 (2)1.1 研究背景 (3)1.2 研究目的与意义 (4)1.3 国内外研究现状及发展动态 (5)二、相关工作与技术基础 (6)2.1 OpenMV摄像头介绍 (8)2.2 目标检测与跟踪算法概述 (9)2.3 控制系统设计基础 (10)三、系统设计与实现 (12)3.1 系统总体架构设计 (13)3.2 图像采集模块设计 (15)3.3 目标检测与跟踪模块设计 (16)3.4 控制模块设计 (18)3.5 执行机构设计与实现 (19)四、实验与测试 (21)4.1 实验环境搭建 (22)4.2 实验方法与步骤 (23)4.3 实验结果与分析 (25)4.4 系统优化与改进 (26)五、总结与展望 (28)5.1 研究成果总结 (29)5.2 存在的不足与局限性 (30)5.3 对未来工作的展望 (32)一、内容概括本文档主要围绕基于OpenMV摄像头的运动目标控制与自动追踪系统的设计与实现展开。
介绍了OpenMV摄像头的基本原理和功能，以及其在运动目标检测与追踪领域的应用前景。
系统阐述了设计思路与方法，包括硬件选型、软件架构设计、运动目标检测算法选择及实现等关键环节。
在硬件选型部分，我们选用了具备较高性能的OpenMV摄像头，并配置了相应的驱动程序，以确保其稳定运行。
在软件架构上，我们采用了分层设计思想，将系统划分为前端图像采集、中端图像处理与目标检测、后端控制与执行三个层次，以实现各模块之间的高效协同。
在运动目标检测方面，我们重点研究了基于OpenCV的运动目标检测算法，通过优化算法参数和提高计算效率，实现了对运动目标的快速准确检测。
我们还探讨了如何利用深度学习技术来进一步提升检测精度和鲁棒性。
在控制与追踪策略方面，我们根据运动目标的速度、方向等特性，设计了相应的PID控制器和模糊控制算法，以实现对摄像头的精确控制和稳定追踪。
自动化、电气工程及其自动化专业介绍
9 电力系统及其自动化
电力系统及其自动化主要研究供配电系统 的基本理论、电力系统运行分析、供配电 及其自动化系统设计等
电力系统安全稳定运行对国计民生具有极 其重要的意义 电力系统经济运行对节能具有极其重要的 作用
二、自动化相关的本科阶段课程
各类基础必修和专业选修：微机原理、电机及拖 动基础、自动控制理论、计算机控制技术、单片 机及嵌入式技术、工业网络、计算机软件类、数 字图像、数字信号处理、最优化技术、机器人等 两个专业方向：电力电子技术、电力传动；自动 检测技术、过程控制 各种实践环节：软件综合设计、过程控制或运动 控制综合实验、可编程计算机控制器课程设计、 专业实习等
三、与本专业相关的工作
运动控制、过程控制相关：相关的设备生产、工程配套、 维护 电力电子相关：电源制造业、新能源变换与控制设备制造 业、相关的工程配套和维护 检测与自动化仪表相关：相关的设备生产、工程配套、维 护 电力系统相关：民用电力系统设计与维护、工厂电力系统 设计与维护 电子与计算机技术相关：计算机软硬件及其外围电路设计、 维护。 信息处理、管理与决策：各种软件、网络类工作、企业管 理等
——自动控制与智能控制
飞斯卡尔全国智能汽车竞赛车模
7 信息处理
计算机软件，如各种监控软件、数据库处 理等 计算机网络，各种设备的远程信息交换 工业网络，工业现场设备的远程信息交换 网络技术可以实现以极少的布线实现大规 模、可靠的数据传输，实现全集成自动化 系统 图像处理、信号处理，解决工业控制中的 相关信息问题
过程控制实验室
3 电力电子技术
电力电子主要研究各种电源：交流变直流、 直流变交流（车载电源变换器）、直流变 直流（稳压器）、交流变交流（交流调速 器）等 去年的中央经济工作会议精神：高度重视 节能新能源行业的发展
运动控制系统课程设计-上海交通大学自动化系
运动控制系统课程设计实验指导书上海交通大学自动化教学实验室第一章 硬件介绍及注意事项一、实验设备的基本组成运动控制系统主要组成如下：1.FX3U PLC；2.触摸屏；2. 变频器；3. 交流异步电动机和编码器；4. 直流电机和变阻器。
伺服与变频调速控制系统实验装置布置图 如下所示：由PLC、触摸屏、变频器、交流电机、直流电机和电阻组成的运动控制系统，其中PLC为控制核心，负责采集交流电机转速并控制变频器输出；触摸屏用于显示系统状态和接收操作指令；交流电机为被控对象，直流电机和电阻组成可调负载。
二、硬件连接1、通过USB接口将计算机与PLC连接。
2、接好实验箱上的连线或被控对象板的其他连线。
3、检查是否有错误，然后开机实验。
三、 对参加实验学生的要求：1、仔细阅读实验指导书，复习与实验相关的理论知识，明确每次实验目的，了解实验内容和方法。
2、按实验指导书中的要求进行接线和操作，经检查和实验老师同意后再通电。
3、在实验中注意观察，记录有关的数据和图像，并由指导老师复查后才能结束实验。
4、实验后应断电，整理实验台，恢复到实验前的状况。
5、认真填写实验报告，按规定格式作出图标、曲线、并分析实验结果。
6、爱护实验设备，遵守实验室规章制度。
伺服与变频调速控制系统实验装置设备布置图第二章 交流变频调速系统课程设计1）本课程设计主要设备1、FX3U PLC；触摸屏。
2、变频器。
3、交流异步电动机和编码器。
4、直流电机和变阻器。
2）本课程设计的性质和任务本课程设计是自动化专业本科生的综合教学实践课。
该课程设计涉及到自动控制原理、电力拖动自动控制系统、数字程序控制系统、微机控制技术等课程的内容。
本课程设计的基本任务是：1. 熟悉和掌握开环交流变频调速系统的基本结构、工作原理和机械特性，以及对该系统的硬件设备选型和配置，编制和调试用户程序。
2. 熟悉和掌握转速单闭环有静差交流变频调速系统的基本结构、工作原理和机械特性，编制和调试用户程序。
《运动控制系统》实验指导书解读
《运动控制系统》实验指导书逄海萍刘建芳编青岛科技大学自动化与电子工程学院电气工程教研室实验一晶闸管不可逆直流调速系统主要单兀调试,,1实验二不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究,,4实验三双闭环晶闸管不可逆直流调速系统,,,,,8实验四双闭环可逆直流脉宽调速系统,,,,,,15实验一晶闸管不可逆直流调速系统主要单元调试一、实验目的1 •熟悉直流调速系统主要单元部件的工作原理及调速系统对其提出的要求。
2 •掌握直流调速系统主要单元部件的调试步骤和方法。
二、实验内容1. 转速调节器ASR和电流调节器调节器ACR的调试2 .触发单元的调试3 .主电路的调试三、实验设备及仪器1 . MCL系列教学实验台主控制屏。
2. MCL--31 组件(适合MCL--111)3. MCL--34 组件。
4. MEL-11 挂箱5. 双踪示波器6 .万用表四、注意事项1 .双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接，故在使用时必须使两探头的地线同电位(只用一根地线即可)，以免造成短路事故。
2 .电流表要与电动机的电枢串联，严禁并联。
3 .改接线路前断开电源。
4 .脉冲观察孔不能于晶闸关门极相连。
五、实验方法及步骤1. 速度调节器(ASR)的调试(1) 调整ASR的输出限幅值①“ 5”、“ 6”端接MEL-11挂箱电容(7卩)，使ASR调节器为PI调节器，将Ug接到ASR 的1端，零速封锁(DZS)的3端接到ASR的4端，零速封锁开关打到“解除”。
②接通“低压直流电源”，增加给定，调节ASR的RP1,RP2,使ASR的输出限幅值为± 3V。
③给定调到0，断开“低压直流电源”。
(2) 测定输入输出特性①将反馈网络中的电容短接(“ 5”、“6”端短接)，使ASR调节器为P调节器。
(1)主电路未通电, 板上的直流低压电源引到用示波器观察 MCL — 33的六个脉冲观察孔,应有双窄脉冲，且间隔均匀，幅值 ② 接通“低压直流电源”，调节给定电位器，向调节器输入端逐渐加入正负电压，测 出相应的输出电压，直至输出达到限幅值，并画出输入输出特性曲线。
基于DSP的机械手开放式运动控制器设计
本文介绍的机械手含有 ４ 个伺服 电机 ，Ｄ Ｐ主要完成这 ４ Ｓ 个关节 电机 的直接、精确的控制。Ｄ Ｐ Ｓ 根据上位 机传来的控制参数 ， 并同时接收电机上的光电编码器反馈脉冲， 处理后得到各关节的实时位置和速度参数 ，
进 行闭环 控制 。 控机 与 Ｄ Ｐ间 的 Ｐ ／０ 工 Ｓ Ｃ１４总线接 口南 Ｃ Ｌ Ｐ Ｄ实 现 。同 时 Ｄ Ｐ和 Ｃ Ｌ Ｓ Ｐ Ｄ的 Ｉ 口还要 控制 机 ／ Ｏ
位 的方式 ） 。图 ２ 所示为 Ｃ Ｌ Ｐ Ｄ构成的 Ｐ ／ ４ Ｃ１ 总线接 口。根 ０ 据 Ｐ ／０ Ｃ１４总线的 Ｉ ／ ０访问时序 ，只需使用 以下 的总线信号 ， 即可完成 ８位总线的通信设计 ： Ｓ ［．１ Ｃ１４数据 总 线 ； Ｄ７． ：Ｐ ／０ ０
Ｓ ［．１ Ｃ１４地址 总 线 ； Ａ９． ：Ｐ ／０ ０
Ｄ［－】 ０７ Ａ［－】 ０９
ＷＲ Ｒ Ｄ ＣＳ １
数 据总 线 地 址总 线
逻 辑
控 制
Ｓ ［－】 ＤＯ７ Ｓ ［一］ ＡＯ９
Ｊ ＯＷ ＩＲ Ｏ
Ｓ ＹＳＣＬ Ｋ
引脚 ，其中绝大多数与 Ｉ Ｓ Ａ总线信号特性完全一致 ，它也是
一
个 ｌ 和 ８位 同时兼 容 的总 线 （ ６位 在本 系统 中 ， 用 的是 ８ 使
第 ３ 期
基于 Ｄ Ｐ的机械手开放式运 动控 制器设计 Ｓ
・ｌ ５・
２ 控制 系统硬件设计
２ １ Ｐ ／０ ． Ｃ １ ４总线接 口
在嵌人式工控主板 中， 大多使用 Ｐ ／ ４ Ｃ１ 总线作为标准接 ０
口总线 。Ｐ ／０ Ｃ１４总线 是从 ＩＡ总线 衍生 而来 的 ，共有 １４根 Ｓ ０
计算 出对应 于每个 关节 电机 的控 制参 数 ， Ｐ ／０ 经 Ｃ１４总线
TMS320F28027与L298N的悬挂运动控制系统设计
TMS320F28027与L298N的悬挂运动控制系统设计程章格;谷若雨;王海波;刘和平;邓力【期刊名称】《单片机与嵌入式系统应用》【年(卷),期】2014(14)5【摘要】介绍了由TMS320F28027和 L298N模块以及编码器组成的悬挂运动控制系统。
该系统通过控制2个步进电机，控制轴上线的收放来达到使悬挂物在平面内任意运动的效果，以实现画圆或指定图案和显示当前坐标等功能。
主要介绍了步进电机的控制算法和利用TMS320F28027芯片实现位置闭环控制的方法。
该系统具有高效、稳定、准确等优点。
%The suspended movement control system which is consist of TMS320F28027,L298N module and absolute rotary encoder.The system simultaneously controls two step motors to move freely in a plane surface by rolling the line of the step motor’s control shaft, and it achieves the function of circling,drawing specified patterns,displaying the current coordinates,and so on.This paper focuses on the exploration of the control algorithms under control and the way to conduct the chip TMS320F28027.The system has the advantages of stability,efficiency and accuracy.【总页数】4页(P49-51,55)【作者】程章格;谷若雨;王海波;刘和平;邓力【作者单位】重庆大学电气工程与自动化，重庆 400044;重庆大学电气工程与自动化，重庆 400044;重庆大学电气工程与自动化，重庆 400044;重庆大学电气工程与自动化，重庆 400044;重庆大学电气工程与自动化，重庆 400044【正文语种】中文【中图分类】TM301.2【相关文献】1.基于MSP430F449的悬挂运动控制系统设计 [J], 费婷婷;刘蓉;周乐意;袁子晴2.基于FPGA控制的悬挂运动控制系统设计 [J], 谭菊华;王东波;刘桥3.基于MCS-51单片机的悬挂运动控制系统设计 [J], 张程;聂虹4.悬挂运动控制系统设计 [J], 芮长城;温阳东;方龙5.基于单片机的悬挂运动控制系统设计 [J], 李积英因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
上海交通大学电子信息与电气工学学院研究生课表(全部系所)
SOC设计方法
嵌入式系统原理与控制
射频系统设计
集成电路测试方法与实践
射频集成电路设计
神经网络与机器学习
高等数字集成电路设计
微系统建模设计
先进微纳加工技术与应用
模拟射频集成电路高级课题选讲
生物芯片技术
模拟集成电路的版图艺术
集成电路设计前沿技术
高速集成电路设计
博士课程
纳米电子学
微系统技术与应用
微机械传感器
微弱信号检测（英语）
机电控制技术
数据融合技术
智能仪器技术
新型传感器技术
仿生机械学
嵌入式系统设计
精密工程特论
博士课程
现代导航导论
机械系统动力学及其控制
现代检测理论
全球定位系统原理及应用
微纳电子制造科学与技术
纳米化学与分子生物学
精密工程特论
新型传感技术
数据融合技术
信安系
硕士生
通信理论与系统
随机过程与排队论
无线宽带视频传输技术
阵列信号处理与空时信号处理
视觉计算理论与工程实践
现代电子测量技术与实验
半导体物理与器件物理学
微波与高速电路理论
计算电磁学
计算机通信网络设计与分析
自适应信号处理
有机电致发光显示与照明
ATM全光网与个人无线网
导波光学
学术英语
高等电磁场理论
近代微波测量实验
微波与高速集成电路分析与设计
现代通信系统中的电磁兼容
可证明安全理论
生物信息学
自然语言理解
网络安全基础
互联网信息搜索与挖掘
电子系
硕士课程
通信理论与系统
通信理论与系统
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《运动控制系统》课程教学大纲
课程代码：AU310
开课学期：第6学期
学分/学时：3/48 （理论学时：40； 实验和课程设计学时：8）
课程类别：专业基础必修课
先修课程：自动控制原理、计算机控制、电力电子技术
后修课程：无
开课单位：电子信息与电气工程学院
课程团队负责人:赵群飞 责任教授：赵群飞
大纲执笔: 赵群飞 教授 审核：周越 教学副主任
一、课程学习目标及其与指标点的关系
《运动控制系统》是一门讲授交、直流电动机控制理论和控制规律，以提高电能利用效率及运动控制系统性能的一门专业主干课程，是自动化专业的一门必修课。
本课程秉承理论与实际相结合的理念，使学生了解并掌握各类交、直流电动机控制系统的基本结构、工作原理和性能指标，掌握先进的运动控制理论和系统设计方法，具备以下综合分析能力和工程设计能力：
1.掌握直流电动机调速系统结构特点、调速原理和数学模型；理解速度反馈控
制原理、熟练掌握调速系统静态和动态性能指标。
（支撑毕业要求1-3和5-3）
2.掌握闭环系统静特性与开环系统机械特性的关系，理解转速反馈控制作用，掌
握数字测速方法和数字PID算法。
掌握转速、电流双闭环反馈控制直流调速
系统的数学模型与动态过程分析，控制系统的动态性能指标和调速系统中调节器的工程设计方法。
（支撑毕业要求2-1和3-2）
3.掌握交流异步电动机调速时转差功率变化规律和处理方法，交流异步电动机
稳态模型和调速方法；掌握异步电动机变压变频调速基本原理及机械特性，交流异步电动机动态数学模型的基本性质和坐标变换方法，理解掌握矢量控制系统和直接转矩控制系统工作原理和控制系统结构。
理解掌握同步电动机的稳态模型与调速方法，熟悉、了解同步电动机的矩角特性和变压变频调速原理。
（支撑毕业要求2-1）
4.掌握调速系统、伺服系统控制器的数字化和嵌入式实现，熟练利用MatLab、
LabView等工具进行系统仿真和验证。
（支撑毕业要求5-3）
5.通过分组进行的直流双闭环调速系统实验、交流电动机矢量控制和变频控制
实验以及课程设计，进一步了解系统的负载特性和抗干扰能力，控制器各参数对静态特性、动态特性、稳态指标、动态指标的影响和工程设计方法。
（支撑毕业要求9-2和10-3）
二、课程学习目标与教学内容和方法的对应关系
三、课程考核方式和评分标准
本课程的考核方式为：考试40%+平时作业与考勤40% +大作业20%
期末考试：题型有选择题、填空题、判断题、简答题和计算题。
考试内容涵盖基本的概念、系统结构、指标分析和控制器设计。
能够评价课程目标1和课程目标4的达成情况。
平时作业：每一章内容结束后会布置相关的作业来复习上课所学内容。
能够评价课程目标2和课程目标3的达成情况。
平时作业的评分标准如下：
大作业：对知识的综合应用、专业兴趣的培养，以及同学之间的协作能力，能够评价课程目标4和5的达成情况。
大作业的评分标准如下：
四、持续改进
本课程根据学生作业、案例分析及课堂研讨、实验完成情况、平时考核情况和学生、教学督导等反馈，及时对教学中不足之处进行改进，并在下一轮课程教学中改进提高，确保相应毕业要求指标点达成。
五、教材及参考书目
教材：
[1] 阮毅、陈维钧．运动控制系统[M]．北京：清华大学出版社，2006
主要参考书:
[1] 陈伯时．《电力拖动自动控制系统—运动控制系统》（第 3版）[M]．北京：机械工业出版社，2003
[2] 王兆安、黄俊．电力电子技术（第4版）[M]．北京：机械工业出版社，2000
[3] 杨耕、罗应立．《电机与运动控制系统》（第2版）[M] 北京：清华大学出版社，2014。