实验器材:
正点原子精英STM32F103ZET6开发板
硬件资源:
1,DS0(连接在PB5)
2,串口1(波特率:115200,PA9/PA10连接在板载USB转串口芯片CH340上面)
3,ALIENTEK 2.8/3.5/4.3/7寸TFTLCD模块(通过FSMC驱动,FSMC_NE4接LCD片选/A10接RS)
4,按键KEY0(PE4)/KEY1(PE3)/KEY_UP(PA0,也称之为WK_UP)
5,TPAD电容触摸按键(右下角LOGO,即TPAD,连接在PA1)
6,外部中断8(PA8,用于检测OV7670的帧信号)
7,定时器6(用于打印摄像头帧率)
8,ALIENTEK OV7670摄像头模块,连接关系为:
OV7670模块 ----------- STM32开发板
OV_D0~D7 ----------- PC0~7
OV_SCL ------------ PD3
OV_SDA ------------ PG13
OV_VSYNC ------------ PA8
FIFO_RRST ----------- PG14
FIFO_OE ----------- PG15
FIFO_WRST ------------ PD6
FIFO_WEN ------------ PB3
FIFO_RCLK ------------ PB4
---------------------板球系统说明---------
概述:
以STM32单片机为控制器,舵机为执行器,摄像头为检测仪表(测量元件)的并基于积分分离算法的板球控制系统,实现对小球在平板上精确定位的控制功能
确定系统方案:
1.确定控制目标,选择被控变量
实现滚球在平板上的定位。被控变量选择滚球在平板上的坐标
2.选择测量参数与测量仪表
测量参数为滚球在平板上的坐标。
测量仪表:选择摄像头
原因:检测成本低,控制质量要求在可接受范围内, 对于平板的长宽,摄像头量程基本满足需要,可靠性较低
检测工作原理:像素获取,(未进行滤波操作)直接二值化,小球轮廓检测,获取小球中心
检测小球位置的算法:
通过遍历,寻找小球的上下左右四个顶点位置,求小球质心位置
检测参数的滤波处理操作:
比赛中,无,直接进行图像二值化处理,图像在获取和传输时容易产生噪声,影响目标特征的准确性,阈值人为选择,容易受到光线的干扰,比赛时使用台灯进行补光操作。应该进行图像处理
测量误差 60cm/320 = 1.8mm 60cm/240 = 2.5mm 题目给出小球圆边界与最大范围圆边界有15mm的允许误差,满足精度要求,对控制要求较高
3.操作变量的选择与主要扰动的分析
操作变量:平板的俯仰角和横滚角。
扰动变量:光源对于平板的漫反射
4.操作变量与被控变量的配对
在本比赛中无需考虑,比较明显能够找到,其他变量对于被控变量的增益都过小
5.控制方案与控制算法的选择
控制方案:最简单的单回路控制 or 串级控制 选择单回路控制
控制算法:积分分离的PID算法
测量值与设定值之间的偏差超出某一个阈值,使用PD算法,在阈值范围之内加入积分效果
control value = last controled value + P * error + flag * I * error integral value + d * (now error - last error)
6.执行器的选型
根据操作变量的工艺条件以及对执行器位移特性的要求的选择
选择控制变量与操作变量线性度较好的舵机
驱动舵机功率放大电路:
7.控制系统的现场安装、调试
检查和调整个控制仪表和设备的工作状况。
执行器是舵机的时候工作在合理电压下才会满足线性特性
控制器参数整定过程:临界振荡法
控制算法:
摄像头检测:小球运动检测及处理
舵机驱动电路:
测试方法:
测试结果分析:
遇到的情况及解决方法:
1.常规PID 控制系统长时间震荡?
大幅度提降设定值,解决方法是积分分离算法,
2.存在外部扰动,尤其是外部光源
使用可调节亮度的台灯进行补光,并且将平台通过
显示屏显示出来
3.摄像头无法完整覆盖整个平板
通过适当的太高摄像头,牺牲一部分小球位置精确度。
4.舵机无法准确驱动,控制变量与操作变量不成线性关系
测量电池电压,发现电压过低,更换电池
5.摄像头采样率(帧数) 测量滞后现象
实际效果还可以,30帧的采样率
滞后会影响系统稳定性,系统相位裕度会减小
6.物理元件的死区和饱和的现象怎么解决,运动范围
通过限幅
7.被控对象是一个非线性系统,你是如何控制的
通过反馈,可以将被控对象视作黑箱,非线性系统可以使用PID去控制被控对象
8.调试PID 参数问题,系统一直得不到临界震荡的效果或者震荡不明显?
使用的临界比例度法,他适用于系统时间常数较小的情况。 时间常数较大下,纯比例作用下会很稳定
改进:增长执行器舵机的舵臂,提升广义对象系统的响应性能,
临界比例度法:先去掉积分和微分部分,将P值逐渐增大到系统临界震荡,然后加入积分,对P适当缩小
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STM32F103ZET6为控制器,舵机为执行器,OV7670传感器,基于积分分离PID算法的板球控制系统完整源码+说明.zip (217个子文件)
OV7670.uvguix.Administrator 71KB
OV7670.axf 462KB
OV7670.uvguix_Administrator.bak 70KB
OV7670_uvprojx.bak 21KB
OV7670_uvoptx.bak 20KB
OV7670_sct.Bak 464B
keilkilll.bat 372B
stm32f10x_tim.c 104KB
lcd.c 80KB
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stm32f10x_rcc.c 49KB
stm32f10x_adc.c 45KB
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stm32f10x_can.c 43KB
stm32f10x_usart.c 36KB
system_stm32f10x.c 35KB
stm32f10x_fsmc.c 34KB
stm32f10x_spi.c 29KB
stm32f10x_dma.c 28KB
stm32f10x_sdio.c 27KB
stm32f10x_gpio.c 22KB
stm32f10x_dac.c 18KB
core_cm3.c 16KB
usmart.c 15KB
stm32f10x_cec.c 11KB
usmart_str.c 11KB
stm32f10x_pwr.c 8KB
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stm32f10x_exti.c 7KB
control.c 6KB
ov7670.c 6KB
task.c 6KB
main.c 6KB
stm32f10x_wwdg.c 5KB
stm32f10x_dbgmcu.c 5KB
usart.c 5KB
timer.c 5KB
stm32f10x_iwdg.c 5KB
tpad.c 4KB
stm32f10x_crc.c 3KB
sccb.c 3KB
stm32f10x_it.c 2KB
scope.c 2KB
usmart_config.c 2KB
key.c 2KB
exti.c 1KB
led.c 1KB
GAI.c 1016B
sys.c 758B
beep.c 727B
global.c 200B
lcd.crf 306KB
main.crf 299KB
stm32f10x_tim.crf 294KB
control.crf 292KB
usmart_config.crf 292KB
task.crf 292KB
timer.crf 290KB
usmart.crf 283KB
ov7670.crf 281KB
stm32f10x_rcc.crf 279KB
tpad.crf 279KB
usart.crf 278KB
scope.crf 278KB
stm32f10x_usart.crf 278KB
stm32f10x_fsmc.crf 278KB
usmart_str.crf 277KB
stm32f10x_gpio.crf 276KB
sccb.crf 275KB
gai.crf 275KB
exti.crf 274KB
key.crf 274KB
system_stm32f10x.crf 273KB
delay.crf 273KB
led.crf 273KB
stm32f10x_exti.crf 273KB
sys.crf 272KB
global.crf 272KB
misc.crf 272KB
stm32f10x_it.crf 272KB
core_cm3.crf 4KB
usmart_config.d 2KB
main.d 1KB
control.d 1KB
timer.d 1KB
task.d 1KB
ov7670.d 1003B
lcd.d 937B
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usmart.d 893B
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stm32f10x_gpio.d 878B
stm32f10x_exti.d 878B
tpad.d 864B
stm32f10x_rcc.d 861B
stm32f10x_tim.d 861B
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龙年行大运
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