悬挂运动控制系统设计

"悬挂运动控制系统设计" 悬挂运动控制系统设计是一种基于嵌入式操作系统的设计，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。 在设计过程中，我们需要从多个方面考虑系统的设计，包括控制系统的设计、电机驱动方案、单片机结构方案、循迹模块方案、输入输出模块方案等。 从控制系统的角度来看，采用闭环控制方式比采用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。在本系统中，如果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。但是，我们发现要取得物体位置反馈信息相当困难，采用纯粹的闭环方式控制的难度太大。因此，我们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。 在电机驱动方案方面，我们有两个选择：使用专用电机驱动芯片或使用分立器件自做电机驱动电路。我们选择了使用专用电机驱动芯片，因为专用驱动芯片内部的压降一般比较低，在驱动电路上的功耗较低。 在单片机结构方案方面，我们有两个选择：使用单 MCU 结构或使用双 MCU 结构。我们选择了使用双 MCU 结构，因为双 MCU 结构易于扩展升级，可以更好地利用人力资源，开发出更好的、更完善的系统。 在循迹模块方案方面，我们有两个选择：采用 CCD 传感器或采用反射式红外传感器。我们选择了使用反射式红外传感器，因为使用传感器组成阵列可以探测出轨迹的所有延伸方向，满足循迹的要求。 在输入输出模块方案方面，我们决定使用 240×128 点阵式 LCD 实时地显示运动物体的运动轨迹和参数，同时，使用 4×4 键盘和 PS/2 鼠标，扩展系统性能和方便操作。 通过上述方案设计与论证，我们得到系统的总体框架图，如图 1 所示。该系统可以满足悬挂运动控制系统的设计要求，可以实时控制悬挂物体的运动，具有良好的交互界面和高精度的运动控制能力。 系统的总体控制结构是开环的，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。 在系统设计中，我们需要考虑多个方面的因素，包括控制系统的设计、电机驱动方案、单片机结构方案、循迹模块方案、输入输出模块方案等。只有通过详细的设计和分析，才能得到一个高效、可靠的悬挂运动控制系统。