滚球控制系统
串级PID算法在滚球控制系统中的应用
串级PID算法在滚球控制系统中的应用
关键词：滚球控制系统；PID算法；串级PID算法；跟踪性能；稳定性
一、引言
滚球控制系统是一种常见的工业控制系统，主要用于控制滚动设备的速度和位置。
该
系统的性能对于生产线的运行效率和产品质量具有重要影响。
传统的滚球控制系统采用的
是PID控制算法，通过对速度和位置信号进行反馈控制，实现滚球的稳定运行。
但是由于PID控制算法在跟踪性能和稳定性方面存在一些问题, 如超调和响应时间过长, 因此需要
采用更先进的算法进行改进。
二、串级PID算法原理
串级PID算法是一种常用的控制算法，由两个PID控制器级联组成。
外层PID控制器
根据设定的目标值和实际值计算出一个控制量，并将该控制量作为内层PID控制器的输入。
然后，内层PID控制器根据外层控制器的输出和实际值计算出另一个控制量，并将其作为
最终的控制信号发送给执行机构。
通过串联连接和级联控制，串级PID算法可以有效地提
高系统的跟踪性能和稳定性。
四、仿真实验
为了验证串级PID算法在滚球控制系统中的有效性，进行了一系列的仿真实验。
建立
了滚球控制系统的数学模型，并设置了目标值和控制参数。
然后，采用传统的PID控制算
法和串级PID控制算法进行实验，并比较了两种算法的跟踪性能和稳定性。
实验结果表明，串级PID算法在跟踪性能和稳定性方面具有明显的优势，能够有效地提高滚球控制系统的
控制性能。
斜梁-滚球系统模型的线性化与固有特性分析
斜梁-滚球系统模型的线性化与固有特性分析摘要：本系统是由斜梁和滚球组成的一个动态模型系统控制。
它是由长梁（平衡斜梁），被固定在发动机的中心和一个滚球，沿光束的上得平面运动。
光束的斜率触发与加速度成正比的角度的倾斜的平衡和重量的球滚动的球。
系统在没有稳定的情况由于滚球的平衡器是不稳定的，它本质上是非线性的广角球。
因此，作稳定系统的要求的基础上移动物体的当前坐标的信息的使用的控制算法。
在两维的测量系统“斜梁和滚球”被提出作为一个系统的“球和平台”，其中的球的滚动的平台的表面上，其中的位置可以被调整倾斜向前，向后，向左或右。
一、问题重述如图1所示斜梁滚球系统，若要研究滚球在梁上的位置可控性，需首先建立其数学模型，已知力矩电机的输出转矩M 与其电流i 成正比，横梁为均匀可自平衡梁（即当电机不通电且无滚球时，横梁可处于0θ=的水平状态），是建立系统的数学模型，并给出简化后系统的动态结构图。
图1 所示斜梁滚球系统二、系统分析 2.1建立动态数学模型 2.1斜坡与滚球线性化的分析设球的质心到杆的距离为0，该系统为特殊情况下的球棒系统。
另令12,,I m I 分别表示棒的惯量、球的质量和球的惯量。
则球质心的位置和速度为(cos ,sin )(cos sin ,sin cos )c c x x x v v x v x θθθωθθωθ==-+其中xv = ，θω= 。
因而动能的移动部分为因而动能的移动部分为 222211()22trans c K mv m v x ω==+ 球棒系统的旋转动能为 221211()22rot v K I I rω=+ 因而，系统总的动能trans rot K K K =+等于222111()22K I mx mv ωλ=++其中2211I mr λ=+>为常数。
此系统的拉格朗日方程组为()sin ()cos d T Tmg dt x x d T T ki mg dt θθθθ∙∙∂∂⎧-=-⎪∂⎪∂⎨∂∂⎪-=-⎪∂∂⎩综合以上公式的系统的方程组为221sin()0()2cos()m x mx mg I mx mxx mgx ki λθθθθθ⎧-+=⎪⎨+++=⎪⎩ 设系统在平衡点附近0θ∙≈，cos 1θ≈，sin θθ≈，则系统方程可化为210()m x mg I mx mgx ki λθθ+=⎧⎨++=⎩综上所述得到系统的线性化数学模型2.2斜坡与滚球固有特性的分析 2.2.1控制比例微分（PD 控制）设金属球32克，平衡梁20厘米采用了经典的方法 - 控制比例微分（PD 控制）。
制备滴丸的装置
制备滴丸的装置
制备滴丸的装置通常包括以下部分：
1. 滴丸机：滴丸机是制备滴丸的核心设备，一般由机械部分和电气控制部分组成。
机械部分包括转盘、滴液系统和滚球系统等，用于将药液制成滴丸。
电气控制部分包括电机、传感器和控制器等，用于调节转盘的转速和滴丸的大小。
2. 药液输送系统：用于将药液输送到滴丸机的滴液系统中。
药液输送系统通常包括药液储存罐、输液管路和输液泵等，可以有效地控制药液的输送速度和量。
3. 温度控制系统：滴丸的制备过程中，温度对滴丸的质量有着重要影响。
温度控制系统可以控制滴丸机的工作温度，保持药液在适合的温度范围内，以确保滴丸的质量和稳定性。
4. 除湿系统：滴丸制备过程中，药液中的水分会对滴丸的形成和质量产生影响。
除湿系统可以控制制备环境的湿度，以确保药液中的水分含量在合适的范围内。
5. 安全保护系统：滴丸制备过程中，需要使用一些有毒或易燃物质，安全保护系统可以监测和控制制备过程中的安全性，保证操作人员的安全。
需要注意的是，滴丸的制备装置需要根据具体的工艺要求和药物特性进行设计和调整，以确保制备出的滴丸满足要求。
串级PID算法在滚球控制系统中的应用
串级PID算法在滚球控制系统中的应用滚球控制系统是一种常见的控制系统，用于控制和稳定一个球在一个平面上滚动的位置。
在滚球控制系统中，串级PID（Proportional-Integral-Derivative）算法被广泛应用于实时监控和控制滚球的位置。
本文将介绍串级PID算法在滚球控制系统中的应用。
我们来了解一下滚球控制系统的基本原理。
滚球控制系统由一个或多个传感器、一个控制器和一个或多个执行器组成。
传感器用于实时监测滚球的位置，并将其反馈给控制器。
控制器根据传感器的反馈信号计算出控制信号，并向执行器发送控制指令。
执行器根据控制指令的信息进行动作，以稳定滚球的位置。
串级PID算法是一种经典的控制算法，广泛应用于工业控制系统中。
它是由比例项（P 项）、积分项（I项）和微分项（D项）三个部分组成。
比例项用于根据当前误差大小调整控制信号的幅度，积分项用于积累误差并消除稳态误差，微分项用于预测误差变化的趋势并调整控制信号的斜率。
串级PID算法通过组合这三个部分，实现对滚球位置的准确控制。
在滚球控制系统中，串级PID算法可以应用于两个层次的控制中，即内环控制和外环控制。
内环控制用于控制执行器的动作，以使滚球的加速度和速度保持在一个预设范围内。
外环控制用于根据滚球的位置误差来调整内环控制器的参数。
通过这种层次控制的方式，可以实现对滚球位置的精确控制。
1. 滚球位置的测量：滚球控制系统需要通过传感器实时测量滚球的位置。
常用的位置传感器包括光电传感器、激光传感器和加速度传感器等。
这些传感器将滚球的位置信息反馈给控制器，作为误差信号的输入。
3. 外环控制：外环控制用于根据滚球的位置误差来调整内环控制器的参数。
串级PID 算法可以实时监测滚球位置误差的变化趋势，并根据误差的大小和变化速率来调整PID参数。
这样可以使控制系统对滚球位置误差的变化更加敏感和快速，从而实现对滚球位置的准确控制。
4. 系统稳定性分析：滚球控制系统需要具备良好的稳定性，以保证滚球位置的持续稳定。
电子设计大赛论文滚球控制系统
2017年全国大学生电子设计竞赛陕西赛区设计报告封面作品编号：（由组委会填写）…✍……………✍……………剪切线………………✍……………✍……………✍………作品编号：（由组委会填写）说明1.为保证本次竞赛评选的公平、公正，将对竞赛设计报告采用二次编码；2.本页作为竞赛设计报告的封面和设计报告一同装订；3.“作品编号”由组委会统一编制，参赛学校请勿填写；4.“参赛队编号”由参赛学校编写，其中“学校编号”应按照巡视员提供的组委会印制编号填写，“组（队）编号”由参赛学校根据本校参赛队数按顺序编排，“选题编号”由参赛队员根据所选试题编号填写，例如：“0105B”或“3367F”。
5.本页允许各参赛学校复印。
摘要滚球控制系统通过摄像头获得滚球装置中小球和平板的图像，然后采用Nanopi M3进行相应的图像处理算法处理图像，通过坐标变换转换为小球在平板上的位置信息，将位置信息传送给STM32F103RC系统控制器，在平板的两个相互正交方向上分别进行PID控制算法，控制舵机驱动平板在这两个相互正交方向上相互配合地倾斜，从而间接控制小球直线、绕环等运动。
采用按键选择和12864液晶显示屏，选择和显示工作模式和参数。
系统制作完善，测试结果理想，很好的完成了各项任务要求。
关键词：PID控制算法；图像处理；STM32F103RC；12864液晶显示屏1 方案设计与论证总体方案描述图是滚球系统的构成框图，主要由控制器、执行器、板和球、摄像机、图像处理模块构成。
图1-1 滚球系统构成框图具体的工作过程为：通过摄像机采集小球的运动图像，在图像处理单元，利用Nanopi 2 Fire对图片进行处理，获取球相对于板的位置，将位置信息传送到控制器，在控制器内计算控制量，通过控制执行机构来控制平板运动，进而控制小球的运动。
主控制器的选择方案方案1：采用可编程逻辑器件CPLD，具有并行输入输出方式。
它在系统处理的速度上较快，但是规模大、结构复杂，而系统不需要复杂的逻辑功能，对数据处理速度的要求也不是非常高。
基于滚球倒立摆模型对新型自平衡车载人研究
基于滚球倒立摆模型对新型自平衡车载人研究
段宇;付莹贞;苏涛勇;肖金平;刘子杰;彭翼杰
【期刊名称】《机械设计与制造工程》
【年(卷),期】2024(53)3
【摘要】针对自平衡车制动性能差、抗干扰能力弱等问题,设计了一种新型自平衡车,利用滚球倒立摆模型研究新型自平衡车载人运动过程。
构建动力学模型,基于PID控制方法论证了设计方案的可行性;基于自抗扰控制技术改进控制系统,使用Simulink进行仿真并与实验数据对比分析。
结果表明,新型自平衡车在较大加速度(15 m/s^(2))时仍能保持稳定,动态品质较高。
【总页数】5页(P34-38)
【作者】段宇;付莹贞;苏涛勇;肖金平;刘子杰;彭翼杰
【作者单位】南昌航空大学通航学院;南昌航空大学航空制造工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.基于倒立摆原理的智能平衡车设计
2.基于电机驱动倒立摆的两轮自动寻道平衡车的设计
3.基于模型设计的倒立摆滑模变结构控制器研究
4.基于模型预测控制的直线倒立摆的MATLAB和ADAMS仿真研究
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
滚球控制系统设计报告
2017年全国大学生电子设计竞赛设计报告滚球控制系统（B题）【本科组】摘要：本系统采用STM32F103ZET6最小系统板为控制中心，利用OV7670摄像头、显示器、按键、S010舵机、小球、万向节、平板支架构成滚球控制系统。
单片机利用摄像头采集到的数据，确定小球的位置坐标，通过PID闭环控制舵机PWM输出打角拉动支撑杆，控制平板倾斜度达到小球滚到指定区域停留等状态。
控制系统采用PID算法组成闭环控制系统具有很好的稳定性，此外通过TFT显示屏显示小球位置，各个功能的实现可以通过按键输入。
一、系统方案本系统主要由单片机控制模块、摄像头模块、LCD显示屏模块、电源模块、舵机及平板机械支架构成组成。
STM32作为滚球系统的控制核心，利用摄像头采集过来的数据通过黑白二值化，以此判别平板和黑色球并显示在LCD上。
摄像头对滚球准确定位，确定其坐标位置，同时记录平板规定的9个区域坐标，单片机通过返回的坐标位置结合PID算法，给定舵机PWM输出形成闭环控制系统，从而控制小球去到指定区域保持平衡。
同时，可通过矩阵按键选择功能模式，与设计任务一一对应的，系统的总体方案框图见图1。
图1 系统总体方案框图1、主控制器件的论证与选择方案一：采用STC89C52单片机作为控制模块的核心。
STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。
但其能使用的I/O口很少，ROM空间不足，不适合采用STC89C52为主控芯片。
方案二：采用STM32103FZET6单片机为主控器。
STM32运行速度快，片上资源丰富，具有很多外围接口，可拓展性强，灵活性高。
完全可以实现本系统的各个设计任务，具有良好的响应速度。
通过比较，我们选择方案二。
2、滚球控制系统方案选择方案一：采用MPU6050三轴陀螺仪。
利用三轴陀螺仪可以算出平板的当前位置姿态，具有测量精确、结构简单等优点，但考虑到小球需要到平板指定的9个区域，MPU6050传感器很难确定其准确位置，可靠性差。
控制系统数字仿真第二章习题答案
控制系统数字仿真与CAD第二章习题答案2-1 思考题：（1）数学模型的微分方程，状态方程，传递函数，零极点增益和部分分式五种形式，各有什么特点？（2）数学模型各种形式之间为什么要互相转换？（3）控制系统建模的基本方法有哪些？他们的区别和特点是什么？（4）控制系统计算机仿真中的“实现问题”是什么含意？（5）数值积分法的选用应遵循哪几条原则？答：（1）微分方程是直接描述系统输入和输出量之间的制约关系，是连续控制系统其他数学模型表达式的基础。
状态方程能够反映系统内部各状态之间的相互关系，适用于多输入多输出系统。
传递函数是零极点形式和部分分式形式的基础。
零极点增益形式可用于分析系统的稳定性和快速性。
利用部分分式形式可直接分析系统的动态过程。
（2）不同的控制系统的分析和设计方法，只适用于特定的数学模型形式。
（3）控制系统的建模方法大体有三种：机理模型法，统计模型法和混合模型法。
机理模型法就是对已知结构，参数的物理系统运用相应的物理定律或定理，经过合理的分析简化建立起来的各物理量间的关系。
该方法需要对系统的内部结构和特性完全的了解，精度高。
统计模型法是采用归纳的方法，根据系统实测的数据，运用统计规律和系统辨识等理论建立的系统模型。
该方法建立的数学模型受数据量不充分，数据精度不一致，数据处理方法的不完善，很难在精度上达到更高的要求。
混合法是上述两种方法的结合。
（4）“实现问题”就是根据建立的数学模型和精度，采用某种数值计算方法，将模型方程转换为适合在计算机上运行的公式和方程，通过计算来使之正确的反映系统各变量动态性能，得到可靠的仿真结果。
（5）数值积分法应该遵循的原则是在满足系统精度的前提下，提高数值运算的速度和并保证计算结果的稳定。
2-2.用matlab语言求下列系统的状态方程、传递函数、零极点增益、和部分分式形式的模型参数，并分别写出其相应的数学模型表达式：(1) G（s）=324327242410355024s s ss s s s+++++++(2).X=2.25 -5 -1.25 -0.542.25 -4.25 -1.25 -0.2520.25 -0.5 -1.25 -121.25 -1.75 -0.25 -0.75 0X⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦u y=[0 2 0 2] X（1）解：（1）状态方程模型参数:编写matlab程序如下>> num=[1 7 24 24];>> den=[1 10 35 50 24];>> [A B C D]=tf2ss(num,den)得到结果：A=-10 -35 -50 -241 0 0 00 1 0 00 0 1 0⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦,B=1⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦,C=[]1 7 24 24,D=[0]所以模型为:.X=-10 -35 -50 -241 0 0 00 1 0 00 0 1 0⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦X+1⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦u,y=[]1 7 24 24X(2)零极点增益:编写程序>> num=[1 7 24 24];>> den=[1 10 35 50 24];>> [Z P K]=tf2zp(num,den)得到结果Z= -2.7306 + 2.8531 , -2.7306 - 2.8531i ,-1.5388P= -4, -3 ,-2 ,-1K=1(3) 部分分式形式:编写程序>> num=[1 7 24 24];>> den=[1 10 35 50 24];>> [R P H]=residue(num,den)得到结果R= 4.0000 ,-6.0000, 2.0000, 1.0000P= -4.0000, -3.0000 , -2.0000 ,-1.0000 H=[]G(s)=46214321s s s s -+++++++（2）解：（1）传递函数模型参数：编写程序>> A=[2.25 -5 -1.25 -0.52.25 -4.25 -1.25 -0.250.25 -0.5 -1.25 -1 1.25 -1.75 -0.25 -0.75]；>> B=[4 2 2 0]'; >> C=[0 2 0 2];>> D=[0];>> [num den]=ss2tf(A,B,C,D)得到结果num = 0 4.0000 14.0000 22.0000 15.0000 den =1.0000 4.0000 6.2500 5.2500 2.2500324324 s + 14 s + 22 s + 15()s + 4 s + 6.25 s + 5.25 s + 2.25G s =(2) 零极点增益模型参数:编写程序>> A=[2.25 -5 -1.25 -0.52.25 -4.25 -1.25 -0.25 0.25 -0.5 -1.25 -1 1.25 -1.75 -0.25 -0.75]；>> B=[4 2 2 0]'; >> C=[0 2 0 2];>> D=[0];>> [Z,P,K]=ss2zp(A,B,C,D)得到结果Z =-1.0000 + 1.2247i -1.0000 - 1.2247i -1.5000P= -0.5000 + 0.8660i -0.5000 - 0.8660i -1.5000 -1.5000 K = 4.0000表达式 ()()()()()4s+1-1.2247i s+1+1.2247i ()s+0.5-0.866i s+0.5+0.866i s+1.5G s =（3）部分分式形式的模型参数：编写程序>> A=[2.25 -5 -1.25 -0.52.25 -4.25 -1.25 -0.25 0.25 -0.5 -1.25 -11.25 -1.75 -0.25 -0.75]；>> B=[4 2 2 0]'; >> C=[0 2 0 2];>> D=[0];>> [num den]=ss2tf(A,B,C,D)>> [R,P,H]=residue(num,den)得到结果R = 4.0000 -0.0000 0.0000 - 2.3094i 0.0000 + 2.3094iP = -1.5000 -1.5000 -0.5000 + 0.8660i -0.5000 - 0.8660i H =[]4 2.3094 2.3094() 1.50.50.8660.50.866i iG s s s i s i=-+++-++2-3.用欧拉法求下面系统的输出响应y(t)在0≤t ≤1上，h=0.1时的数值。
滚球控制系统设计与制作
60 ⋅{ f }(Hz) KmZ
（3）
所选步进电机为单相四拍，丝杠螺母最大行程为 2cm。
3.2 控制逻辑
小球实际位置记作 Ps，小球目标位置信号记作 Pm，则 偏差值 ∆=Pm-Ps。于是，电机的控制逻辑如下：
①当 -0.75<∆<0.75 时，电机停转；
②当 ∆ ≤ -0.75 时，电机正转；
现代制造技术与装备
２０１７ 第 １１ 期 总第 ２５２ 期
３ 理论分析与计算
3.1 步进电机转速及丝杠行程计算
丝杠行程决定了平板倾角，而丝杠行程与步进电机转 速密切相关。步进电机的关键参数计算 [2] 如下：
步进电机齿距：
τ = 360° Z
（1）
步距角：
（2）
转速：
= {n}rpm
{= β}(rad){ f }(Hz) 60 2π
GUO Xinliang1, ZHOU Weibang1, MA Chengwu1, DOU Xubing2
(1.School of mechanical and electrical engineering, Lanzhou Institute of technology, Lanzhou 730050;2.Bowen College of LanZhou JiaoTong University, Lanzhou 730101)
y 轴顺时针翻起时，小球向 4 区域滚动，经过 S2 时，电机反转；
x 轴转动同理。当两个电机同时正传时，可实现小球从区域
1 滚动至区域 5。
图 ４ 传感器布置图 ４ 硬件及程序设计
系统硬件 [3] 的构成如图 2 所示，其控制程序执行流程 如图 5 所示。
基于OpenMV的运动目标控制与自动追踪系统
基于OpenMV的运动目标控制与自动追踪系统
周子尧;章扬
【期刊名称】《电子制作》
【年(卷),期】2024(32)3
【摘要】本系统以OpenMV为控制核心,由云台、单片机最小核心板、电池、稳
压电源、按键等模块构成。
通过OpenMV的图像识别与处理,可对屏幕中的黑色
矩形边框、红色激光笔光斑进行识别,并通过控制舵机云台使激光笔打在屏幕中的
指定位置,从而实现运动目标控制与自动追踪,满足了要求的各项指标,且实现了误差均小于0.5cm。
系统功能由按键控制,人机交互功能友好,此外还具有手动校准功能。
【总页数】5页(P7-11)
【作者】周子尧;章扬
【作者单位】杭州电子科技大学电子信息学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
1.OpenMV视觉模块的滚球目标识别与追踪系统研究
2.基于OpenMV的目标方
位追踪算法3.基于OpenMV的追踪式无线充电系统设计4.运动目标控制与自动追踪系统的设计5.基于嵌入式技术的运动目标控制与自动追踪系统设计
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滚球控制系统
作者：欧阳晨星
来源：《科技风》2019年第10期
摘要：本方案采用了K60单片机为核心的滚球控制系统。
该系统主要由K60单片机模块、稳压模块，摄像头模块，图像处理模块构成。
有K60来显示该系统的功能。
通过UART 和电脑通信，通过摄像头颜色识别技术来收集信号，以期获得准确的转向，利用PID算法调整舵机位置并用舵机来改变小球运动方向。
在直径不大于2.5cm的小球能够按照指定的要求在平板上完成各种指定的动作这个条件下。
在区域2开始后，先利用Openmv摄像头识别技术来获取舵机转动方向是本方案的重要步骤。
本方案利用了身边的材料，采用的木板较轻便灵活，采用摄像头使数据更准确，采用PID算法使小球能够按照指定路线移动。
关键词：K60;Openmv摄像头;UART通信;PID算法
一、系统方案
本系统主要由摄像头模块、驱动电机模块、控制系统模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
（一）摄像头的論证与选择
方案一：总钻风MV9032摄像头模块。
利用MV9032摄像头模块的摄像头全局快门和高动态性能的特点，与MK60DN512VLQ10芯片配合使用，非常符合本设计，但由于光线影响较大，适应场地能力弱。
方案二：OV7670摄像头模块。
OV7670摄像头模块的摄像头高灵敏度，并且拍摄的图像清晰，不过视角太小，而平板的尺寸是65*65，要把整个平板都拍摄到摄像机里去，摄像头的位置要放得很高，搭建和固定不方便。
方案三：OPENMV摄像头模块。
OPENMV摄像头模块能进行图像处理和颜色识别，功能很强大，很适合这个系统。
综合以上三种方案，选择方案三。
（二）驱动电机的论证与选择
方案一：步进电机。
其可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识，不好进行操控。
方案二：直线行程电机。
直线行程电机的耗电量比较大，发热量大，而本设计所使用的只是7.2V的镍镉电池，不适合本设计。
方案三：舵机。
舵机角度可以保持在驱动当中，稳定性好。
综合以上三种方案，选择方案三。
（三）控制系统的论证与选择
方案一：STC51控制系统。
51单片机串行口比较少，功能比较少，响应速度和反应时间比较慢。
方案二：MK60DN512VLQ10控制系统。
MK60DN512VLQ10功能比较齐全，波特率比较大，能很好的进行图像处理和控制电机的驱动。
综合考虑采用MK60DN512VLQ10控制系统。
二、系统理论分析与计算
（一）小球位置的分析
（1）摄像头采集。
通过MK60DN512VLQ10最小系统驱动Openmv摄像头模块，开始进行数据采集，并传输到数据存储器中。
（2）最大类间方差法。
从数据存储器中读取图像信息，通过最大类间方差法进行图像处理。
（3）确定小球位置。
通过最大类间方差法处理可以将小球的位置确定下来，进行小球指定轨迹的滚动。
（二）舵机的计算
（1）舵机的选择。
该舵机的型号为SD-5，正常供电电压应该在5V到6.5V之间。
电压过高会导致舵机烧毁，电压过低无法正常启动舵机以及打脚不灵敏，所以需要在硬件方面给它进行滤波。
（2）舵机的转向。
设计时就要综合考虑转向机构响应速度与舵机力矩之间的关系，通过优化得到一个最佳的转向效果。
（3）调节小球位置。
通过PID算法调节舵机的转速和角度，使小球按照指定的轨迹运动。
三、电路与程序设计
（一）电路的设计
摄像头模块采集→控制系统→舵机。
（二）程序的设计
（1）程序功能描述与设计思路。
①程序功能描述。
高效的程序与算法，合适的参数是滚球控制系统平稳自动滚动的基础。
图像采集及后续处理，速度与打角的控制是整个软件系统的
两大内容。
我们设计的滚球控制系统采用openmv摄像头模块进行小球识别。
图像采集及后续处理是软件算法的一大内容。
在舵机的转向和速度控制方面，我们使用了经典PID控制算法，再配合使用理论计算和实际参数补偿的办法，使小球能够稳定地完成任务。
②程序设计思路。
通过openmv摄像头模块扫描，对所采集到的图像用最大类间方差法进行处理将所采集到的坐标传回主控芯片MK60DN512VLQ10，再由PID算法对舵机进行控制，从而实现滚球控制。
（2）程序流程图。
摄像头（采集数据）→K60处理数据→舵机（改变小球轨迹）。
四、测试方案与测试结果
（一）测试方案
（1）硬件测试。
搭建65cm*65cm的小球运动平板、底座和支架，并做好摄像头固定支架。
最后找准中心点，放置小球，使小球处于静止状态。
（2）硬件软件联调。
搭建硬件设备并焊接电路，上电测试，各模块通电正常。
下载程序，测试各模块正常工作。
进行程序编写，软件和硬件结合，完成了部分任务要求。
（二）测试条件与仪器
测试条件：多次检查，硬件电路与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路无虚焊。
测试仪器：高精度数字示波器，高精度数字万用表。
（三）测试结果及分析
（1）测试结果（数据）。
经测试，电路的焊接与系统原理图完全相同，硬件的搭建有误差，不精准，但能够利用软件矫正，软硬件相互结合，相互协调。
（2）测试分析与结论。
在将硬件组装完成之前将舵机、摄像头等硬件用万用表测试一遍，确保硬件完好。
在软件调试之前，再对硬件检测一遍，连接有无错误，再用OpenMV IDE 对各个模块进行进行调试。
如果检测到硬件出现问题，查找下是哪个硬件部分的问题，常见的如杜邦线没插好，虚焊电路等。
然后对摄像头进行调试，将小球放在硬质木板上看摄像头能否检测识别到，调整间距和幅度，找到最合适的位置。
将摄像头模块固定。
测试仪器：高精度的数字毫伏表，模拟示波器，数字示波器，数字万用表，指针式万用表。
最后进行总体调试。
五、结论与心得
滚球控制系统，在硬件的搭建上，合理利用身边有用的资源，做到大胆创新，精益求精。
在电路设计上，以理论为基础，综合多种电路的优点，巧妙设计自己的电路。
在软件的调试上，队友们思想活跃，为系统出谋划策，理性分析问题，结合原理抓住问题的根源所在，用心解决每一个问题。
最后经历了一次次失败的测试不断地进行改进与优化，完成作品。
参考文献：
[1]于海生.计算机控制技术[M].北京：机械工业出版社，2007.
[2]卢继传.对于做强中小企业的思考[J].管理科学文摘，2003，（9）.。