悬挂运动控制系统设计说明

悬挂运动控制系统（E 题）摘要本系统在嵌入式操作系统基础上，使用两块单片机协调工作，对悬挂物体的运动进行实时控制。系统通过两个步进电机的配合完成了平面任意曲线运动，通过光电传感器配合循迹算法迅速有效地完成了循迹运动。运动的精度为毫米级，过渡时间不超过 1 分钟。同时，使用了点阵式 LCD 配合 PS/2 鼠标等外围设备，提供了良好的交互界面。AbstractThis design bases on an embedded operating system, and uses two pieces of SCM to take real time control of a suspender’s movement in a planar plane. The system can move in any designed way with the cooperation of two step-motors, and do a quick tracing movement because of a special arithmetic, which is based on an array of photoelectric sensors. The position’s precision of the movement can achieve a level of millimeter, and its transition time is less than 1 minute. Meanwhile, with a LCD and a mouse which follows PS/2 protocol and other input/output devices, it can provide a friendly and humanistic man-machine conversation.一、方案论证与比较从控制系统的角度来看，采纳闭环控制方式比采纳开环控制的效果要好。但在闭环方式的控制系统中，一般都需要反馈信息。就本赛题而言，假如使用闭环方式进行控制，系统必须得到物体位置的反馈信息。在方案论证的过程中，我们发现要取得物体位置反馈信息相当困难，采纳纯粹的闭环方式控制的难度太大。同时，我们发现假如采纳步进电机作为控制系统的执行机构的话，由于步进电机在不失步时不产生累计误差的特性，可以使用开环的控制方式。经计算表明，采纳较小步距角的电机和不太大的绕线轴半径时，系统可以很好地满足赛题的设计指标要求的。因此，决定使用步进电机控制的方案，整个系统的总体控制结构是开环的。以此为基础，下面对系统各子模块的方案进行论证。1）电机驱动方案方案一：使用专用电机驱动芯片。专用驱动芯片部的压降一般比较低，在驱动电路上的功耗较低。因此是一种比较合适的选择。方案二：使用分立器件自做电机驱动电路。可以用场效应管搭建 H 桥式驱动电路，简单方便。但假如器件选择不当，可能会产生较大的压降，附加功耗增加，使电路过热甚至烧毁电...