平板球实验系统-硬件设计开题报告

题

目

统硬件设计学

院专

业姓

名班

级学

号指教

一、综述本课题国内研究动态，说明选题的依据和意义针对板球控制系统的研究目前国内研究的状况如下清华大学模糊控制教研组于2000年前后开始对板球控制系统进行研究，提出了T-S多变量模糊控制方案并在仿真环境下进行了轨迹规划和跟踪实验之后开发了基于视觉的板球控制系统仿真平台设计模糊控制器实现了对板球实验平台的稳定控制大连理工大学的李洪兴教授及其研究生设计了变论域模糊控制器simulink环境下进行仿真相对位置式PID和增量式PID有较好控制效果最后在自己研发的仿真平台上实现了小球对正方形和圆形的轨迹跟踪，取得了较好的控制效果。吉林大学的田彦涛教授及其研究生设计了基于扩展卡尔曼滤波的状态观测器对板球控制系统中摩擦力状态进行了在线实时估计并对估计后的摩擦力进行分析得到与摩擦力相关的因素推导出摩擦力的数学模型最后设计了摩擦力补偿器对摩擦力进行补偿在基于视觉的板球控制系统中进行验证年前后设计了板球系统的参数自调整反步控制考虑控制量受饱和特性限制而引入的约束条件利用遗传算法优化模糊规则降低了镇定控制中的位置超调和偏差中南大学张修如教授及其研究生对板球控制系统的视觉系统进行了研究获取了小球的实际位置外上海交通大学开发了台面球系统利用气缸伺服控制机构进行控制，以及台湾的成功大学C.C.Ker采用接触式的控制面板构建了板球实验平台并对实验装置进行了控制经过这些年的发展国内很多大学都建立了自己的板球控制系统的实物仿真平台不再只是基于simulink仿真的研究并在板球系统上验证控制算法。在国外伊朗德黑兰大学的Carolucas等人在CE151板球实验平台上计基于遗传内插算法的模糊控制器，实现了小球的定位控制。年，美国著名的控制理论专家Hauser.J应用线性化理论，对板球控制系统的输入输出变量进行局部线性化得到了其简化的线性模型板球控制系统上获得了较好的控制效果通过触摸屏检测小球的位置建立系统简化的线性系统模型设计状态反馈控制器对系统进行控制小球的定位控制精度为5mm跟踪圆轨迹径向平均误差18mm运行速度小于4.2mm/s汉阳大学的学者提出了变结构自适应控制器控制的核心是采用分层模糊CMAC神经网络控制，成功的实现了球的定位控制。FANX在板球系统的仿真平台上，在环境不变的情况下，研究球的轨迹规划及跟踪问题。板球系统的实质是指对于平板在轴与,轴方向上的倾斜角度进行不断地调整，以控制小球在板上平稳运动。因此，我们说板球系统的被控对象是平板通

过两个互相垂直的旋转轴来加以控制该平板板上方的摄像头可以采集到小球处于平板上的位置信息然后将该信息反馈给控制系统通过设计不同的控制算法使得控制系统对于平板的倾斜角度进行控制实现小球的定位控制以及特定运动轨迹跟踪的目的对于板球系统的研究不仅取得了大量的理论成果而且在很多实际应用方面也发挥着举足轻重的作用例如机器人控制卫星定位航空航天等领域所谓欠驱动系统意味着系统的自由度大于其独立的控制输入数目从该角度出发板球系统的研究意义也十分重大欠驱动系统的典型例子包括机器人的操纵者轮式机器人步行机器人宇宙飞船飞机直升机导弹、水面舰艇以及水下车辆等可从以下两个方面对欠驱动系统的研究意义进行概括。(1)从制造角度而言，不仅可以节省控制系统的费用，而且还可以减少控制系统的质量就是说用较少的控制设备取代原有的较多的控制设备以实现系统控制，却不以牺牲理想的控制效果为代价。从实际应用层面来看，若系统中某控制设备突然出现故障时，这时可以发挥依然能够正常工作的控制设备的作用，继续对系统实施控制，能够大幅度地提高系统的可靠性。因此，可以看出，其重要意义在于不仅仅可以降低由故障导致的系统瘫痪这种可能性且也可以降低随之带来的损失。正因为如此，近些年来欠驱动系统的研究得到了众多研究人员的关注.与此同时，板球系统的研究还涉及到很多方面的技术，例如非线性动力学建模馈线性化等多种关键技术板上的小球只与平板表面相接触，而没有其余的约束力对板球系统的反步滑模自适应控制其进行控制可见控制小球在一个存在摩擦等非线性因素的环境下进行轨迹跟踪是一个十分困难的问题.因此，综合上述几方面原因，本文所研究的内容理论意义与实际价值并重。二、研究的基本内容拟解决的主要问题：通过学习DXP硬件绘制电路板软件,进行硬件原理图和设计。绘制电机驱动7971路和红外通信模块电路对整个模型进行搭建KEIL件编程软件的使用对目标板进行调试，对分控端的数据采集并分析比较。拟解决的主要问题：（1）单片机怎么根据摄像头采集的信号识别小球？（2）单片机怎么根据摄像头采集的信号判断小球的位置？（3）怎么通过单片机程序控制红外模块控制小球的运动？（4）怎么解决摄像头采集到的信号与实际图像存在偏差？（5）怎么克服靶区内其他因素的影响？（6）怎么控制电机让小球运动到任意位置？2．实验研究过程

（1）搭建基本的硬件平台，查找相关资料，整理出多种方案，比较确定最终方案。（2）将摄像头采集的信号显示在液晶屏上，实现实时监测。（3）通过摄像头识别出找到小球。（4）通过摄像头采集的信号识别小球并判断其坐标，确定其位置。（5）通过查找资料解决电机的控制，还有驱动的操作。（6）测试整体程序的稳定性，并完善解决其中的问题，提高稳定性。三、研究步骤、方法措施：（1）整个分控端的硬件设计与制作，画图以及投板制作后的元器件焊接，实现整个硬件平台的搭建（2）整个系统的调试，实现各个预定的功能（1）校图书馆提供相关资料；（2）通过互联网查询相关信息及最新动态；（3）通过所学知识及相关教材初步了解；（4）其他条件协商解决。四研工进：序号12345678910

时间2015.11.102015.11.10-2015.12.272015.12.28-2016.3.102016.3.112016.3.12-2016.4.142016.4.152016.4.16-2016.5.202016.5.21-2016.6.22016.6.3-2016.6.82016.6.9-2016.6.15

内容任务下达任务相关资料查阅任务方案初步确定及设计开题报告会文献综述、外文翻译、及前期方案设计中期检查毕业设计本体设计、实现及测试，材料撰写毕业设计完善、论文等过程材料撰写，查重等答辩报告会材料整改

五、主要参考文献：[1]熊若男浅谈计算机技术与信息技术联用[数字技术与应用2014,02:231.[2]王国军陈松乔自动控制理论发展综述[J].微型机与应用2000(06)[3]李芳板球系统设计及控制系统研究[D].蒙古科技大学2013[4]徐云云基于视觉的板球控制系统算法研究[D].西华大学2012[5]王旭芳板球系统的反步滑模自适应控制[D].大连理工大学,[6]H.Date,M.IshikawaandM."Simultaneouscontrolofforball-platemanipulationbasedontime-Stateform,"inIEEETransactionsvol.no.3,June[7]Z.Liu,"AnofSystemItsinSystem,"2015FifthInternationalonInstrumentationMeasurement,Computer,Communicationand(IMCCC),Qinhuangdao,pp.1516-1520.[8]苏金,田彦,白明.基于监督模糊的板球系统轨迹控制研究[A].中国自动化学会控制理论专业委员会.第25届中国控制会议论文集（下册）[C].中国自化学会控制理论专业委员会:[9]沈洁摄像头消旋平台的设计[D].中北大学[10]F.M.S.Tregubov,ofelectricalwiringin&SolidWorks,"ControlandCommunications2013Internationalon,2013,1-3.[11]邓睿.显示屏图像显示的研究电子科技大学2015[12]张光凯浅谈基于ProtelDXP2004环境下的电路仿真分析方法[J].中国新通信,2012,20:92-93.[13]王莉莉Protel99Multisim件在电路仿真中的应用比较[南宁职业技术学院学报,[14]刘.基于ARM嵌入式教学实验平台的设计与开发[D].电子科技大学2014[15]王超炎基的类壁虎机器人运动控制统的实现[D].南京航空航天大学2007[16]Y.Tarnini,"Fastcheapdrive,"2015InternationalRenewableApplications(ICRERA),10.1109/ICRERA.2015.7418499[17]王艳华基于FPGA控制的步进机细分驱动器的设计与现实[D].蒙古大学,[18]魏娜浅析步进电机的选择与使用[科技与企业[19]董里扬浅谈步进电机的工作原理[科技信息[20]吴芳琴基于单片机的简易计算器设计[电子世界,2015,19:53-54.[21]S.Y.HeR.Xiao,"Adetectionsystem