北京石油化工学院URT

1、北京石油化工学院URT基于单片机系统的球杆控制系统研制开题报告系 别 信息学院 专 业 自动化 学 号 5120100814 姓 名 杨凌志 指导教师 盛沙 日 期 2013年6月15号 北京石油化工学院教务处制本课题研究现状及可行性分析球杆系统是大学控制实验室里常见的实验设备,通常用来检验控制策略的效果,由于球杆系统与机器人有很多的相似性,并且很多实际系统都可以抽象为球杆模型。球杆是一个典型的非线性、不稳定、机电耦合系统, 是自动控制原理课程的典型实验装置, 也是研究动态系统建模及控制算法的典型实验对象，需要设计控制器才能控制小球的位置，并且其结构简单、直观明了。可满足自动控制原理、现代控制

2、工程等课程的实验要求，也可以作为电机学、电机与拖动、模式识别等课程的实验设备。球杆系统分为执行系统和控制系统两大组成部分。执行系统是一个典型的四连杆机构，横杆由一根带刻度的不锈钢杆和一根直线位移传感器组成，可以绕其左边的支点旋转，通过控制横杆的角度，就可以控制小球的在横杆上的位置。执行系统采用直流伺服电机驱动，通过控制电机轴的转角，就可以实现对横杆角度的控制。控制系统采用IPM100智能伺服运动控制器，IPM100是基于最新DSP 控制器技术的36V，3A全数字智能伺服驱动单元，可以控制直流无刷、有刷或永磁同步交流电机。小球的位置通过直线位移传感器采集，控制器根据位置误差计算控制量，控制电机轴

3、的转角，从而控制横杆的角度，使小球稳定到目标位置。球杆系统现状：球杆系统是大学控制实验室里常见的实验设备，通常用来检验控制策略的效果，由于球杆系统与机器人有很多的相似性，并且很多实际系统都可以抽象为球杆模型，因此对球杆系统的研究引起了国内外学者关注。控制系统仿真是控制系统研究必不可少的手段。可是，现在市场上的固高球杆系统和Amira公司的球杆系统都比较昂贵，以至于许多学校都没有购买此设备，且目前球杆系统在现代的教学中有着很狭隘的用途，只能锻炼学生的编程能力，只需在电脑上写一些程序，控制一下系统，就几乎没有其他的用途了，以至于学生对硬件认知没有达到应该的深度，对于系统的硬件组装没有得到任何的锻炼

4、，甚至对软件的编程也没有达到预期的效果。随着信息时代的加速发展，学生应当得到更加全面的培训和锻炼，这就需要有更加能培养学生能力的球杆系统的出现。而我们小组设定的球杆系统，既弥补了其价格昂贵的缺陷性，又扩充了其教学方面应用，远程控制，利用红外或摄像技术等检测小球的位置，可以让学生从硬件到软件，从系统组装到软件编程，都可以有整体的锻炼与提高。本课题需要重点研究的关键问题及解决问题的思路 本课题的主要任务是利用CC2530片上系统，以C语言作为软件编程语言，建立一个创新型的球杆系统，为学生的自主创新实验各种控制提供软硬件环境。小球位置测定方案的选定与研究关于CC2530远程控制的方案设计TCP协议远

5、程控制的实现小球位置的输入方案的实现：1.电脑输入 2.外部实物输入电机的选定与用IPM控制的电机运作的实现方案设计制作出几种创新学球杆系统（用红外线法测定小球位置，用摄像法测定小球位置、远程控制小球位置等方案等）的实物并比较其优劣思路：制作出几种创新学球杆系统（用红外线法测定小球位置，用摄像法测定小球位置、远程控制小球位置等方案等）的实物并比较其优劣51系列单片机（CC2530）作为控制器，用红外传感器、超声波或电阻式传感器测定小球位置。学生在实现过程中需要完成对球杆系统机械结构的设计，电路原理图的设计、软件调试、硬件焊接等多个步骤。三、完成本课题所需要的工作条件（如资料、工具书、场所、实验

6、、调研等）及解决办法完成本课题需要参阅许多资料，主要是图书馆的电子文献，当然，除此之外还有一些相关的文献、著作，以及通过网络搜寻一些最新资料，然后抓住本课题的关键，理解，并在别人研究的基础上努力提出自己的观点和想法。设备：电脑、面包板等场地：B401自动控制原理实验室资料：网络上的各种科技文献四、进度计划 进度计划：开期：查阅资料，写开题报告，完成项目方案 2013.06.012013.07.08中期：机械结构设计，实物搭建，硬件原理图，电路仿真，软件编程，测试。 2013.07.092013.12.01结题：调试、完善。写论文。 2013.12.112014.03.20五、指导教师意见同学们对课题研究现状有了一定的了解，对可行性分析详实，对课题的关键问题把握准确，针对关键问题提出的解决思路切实可行，对完成课题所需的条件认识充分，提出的工作方案及进度计划详实、合理。同意开题。指导教师（签名）：年 月 日六、教研室审核意见课题准