【某场地运输车控制系统的设计分析案例3800字】

某场地运输车控制系统的设计分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u30510某场地运输车控制系统的设计分析案例 1257921.1电机控制 1220761.2计数的扩展 2276811.3中断的扩展 3247201.4数摸转换器的选择 4167311.5电机驱动芯片选择 68661.6运动学分析 8297011.6.1运动学方程 846461.6.2转弯半径 9274121.7控制软件的设计 101.1电机控制设计中选择的直流伺服电机能满足在四个不同象限工作，电动机的鉴向电路设计部分是整个系统的工作状态检测部分，必须在运行时能辨别出电机的旋转方向以及转速等。电机的旋转方向是通过电机轴上的数字编码器通过辨别运转时产生的90度的相位差的相位脉冲进行鉴向[14]，其电路图设计原理如图1.1所示。图1.1鉴向原理伺服电机的正反转主要是看A、B相脉冲那个超前或滞后90度，当A滞后B相脉冲90度时，输出端CP处输出正向计数脉冲；反之输出端CP处输出反向计数脉冲，电机的正反向脉冲图如图1.2(b)和(c)所示。分辨出的电机正反向脉冲通过脉冲计数电路就是计数，并将结果传输给PC机进行处理[15]，其电路图如图3.3(a)所示。图1.2电机转向分辨电路1.2计数的扩展AGV自动引导小车的速度与位移等状态量都是需要进过正反转脉冲进行计算和运算才能得出，而脉冲量是由电机上的数字编码器通过鉴向电路获取的电机的正反转工作状态所得。系统的计数器使用的是8253计数器，该计数器通过软件设计具有定时的功能，还具有6种不同的工作方式，在运行时计数频率能达到2MHz，并且芯片的驶入输出端都和TTL相兼容。8253计数器的内部结构图以及引脚图如图1.3、1.4所示。图1.38253内部结构框图图1.48253引脚图U6中8000H、8001H、8002H、8003H分别是计数器0、1、2以及控制字；U7中6000H、6001H、6002H、6003H6000H分别是计数器0、1、2以及控制字。U6读/写控制逻辑接线：，，。U7读/写控制逻辑接线：，，。AGV自动引导小车后轮的左轮小车控制电机的正反转计数是选用的U6芯片中的计数器0、1进行计数，而后轮的右轮小车控制电机的正反转计数是选用的U7芯片中的计数器0、1进行计数。为了获取一段时间周期内的脉冲数，都是通过上述四个计数器通过获取所得的计数值减掉上一次的计数值进行计算。1.3中断的扩展8259A是一种集成芯片，作为可编程中断控制器，在本文控制系统中主要是用于单片机AT89C51控制器进行控制中断作用，该集成芯片还具有屏蔽各种中断输入以及提供中断向量等功能。8259A集成芯片可以直接管理8级中断，一套控制系统中可以同时采用9片8259A芯片进行级连，从而可以组成64级中断，图1.5就是8259A芯片的引脚图。图1.58259A引脚图图1.5是8259A的外部引脚包含数据线连接端、中断请求、读写信号等引脚。图中是数据线，通过数据线能接受或发生来自CPU传输给8259A芯片的各种控制命令等；INT引脚是中断请求，主要用于向CPU发出中断请求信号；是中断响应，主要用于接收CPU发出的中断响应信号；是读信号，该信号只有在低电平的时候有效，主要用于通知8259A把某个寄存器里面的数据内容传输到数据总线；是写信号，该信号也是只有在低电平有的时候才有效，主要功能是由于将数据线上的数据信息发送给8259A芯片。本课题设计采用的将两片8259A进行连接，从芯片发出的中断请求信号将通过主芯片的引脚传输个主芯片，如果系统中不存在从片，则直接将外部中断直接连接到主芯片的引脚上。由图1.6可知主从芯片的数据信号和中断响应信号是相互连接的，但是当从片数量较多时，需要在主从芯片中添加驱动器。在8259A的主从式级联方式中，主从片的引脚分别连接的高低电平，主从芯片的联接方式如图3.7所示。图1.68259A的级联1.4数摸转换器的选择数模转换器（ADC）的作用是将数字量转换模拟量，该转换器的性能判断是主要是通过建立时间、精度转换、分辨率和线性误差的技术性指标进行判别。数模转换器只有当模拟输出量是电流时，从稳定输出到最终值用时会很短；数模转换器的转换精度是指静态转换误差是以最大的形式输出；数模转换器的分辨率是指输出电压的最小和最大值间的比值，例：本文使用的DAC1208芯片其分辨率为；数模转换器的线性度是指理想直线与实际转换特性曲线之间的最大偏移值。图1.7、1.8分别是DAC1208芯片的内部结构图以及引脚图。图3-图1.7DAC1208的内部结构图图1.8DAC1208的引脚图DAC1208芯片的工作方式有三种分别是直通、单缓冲、双缓冲方式。直通式是指将DAC寄存器和输入寄存器连接成直通方式；双缓冲方式是将DAC1208的两个锁存器采用控锁存方式连接，本设计因为采用的两个直流伺服电机为了实现同步效果所以采用双缓冲方式连接；单缓冲方式使是指一个寄存器采用受控的锁存方式连接，另外一个采用直通方式。图1.9DAC1208双缓冲连接方式U9、U10的输入寄存器地址以及DAC寄存器地址分别为3FFFH、1FFFH、5FFFH、5FFFH。本次设计DAC1208芯片采用的双缓冲连接方式如图1.9所示，其中当引脚输入的是高电平时，将数据采用8位输入寄存器进行接收，否则将采用4位输入寄存器接收传输的数据；片选信号接收到的高低电平决定着与锁存信号第一级数据锁存是否有效。当接收的是高电平时，允许第一级进行锁存；当同时有效并且写信号必须为1，才能进行第一级锁存信号；当信号有效并且写信号为2时，将进行第二级锁存信号。1.5电机驱动芯片选择本文直流伺服电机采用的PWM技术作为电机的驱动，该技术是通过控制直流电压，使其输出的时候可以得到脉冲宽度、幅度、固定频率与输入信号成方波脉冲串的线性关系，从而达到控制电机的f=30KHz转速。因此PWM切换频率需要进行选择，如下所示：（1）为改善电机的运行特性，克服静摩擦就需要采取切换频率使电机轴上产生微振。即：(1.1)式中，，表示力矩常数；表示电感；表示PWM电源电压；表示电机静摩擦力矩。（2）设定的位置误差应该大于微振的最大角位移，即：（1.2)式中，J为转动惯量；为设定的位置误差。（3）尽量减少电机产生的高频功耗。即：(1.3)式中，为电内阻。采用UC3637型号的PWM芯片和H功率桥放大电路来控制伺服电机的运转，其原理如图1.10所示。图1.10UC3637原理框图UC3637是三角波振荡器，该振荡器的电路如图1.11所示。图1.11恒幅三角波产生电路三角波参数计算时[6]，定时电路的电流取值为0.5Ma,则有：(1.4)(1.5)式中，为PWM频率；允许。(1.6)通过图1.11所示的控制系统，可以的得知：；；；PWM频率；限流Imax=8A；则：(1.7)(1.8)(1.9)；(1.10)式中，电源电压；恒流充电电流；三角波峰值的转折电压；为定时电阻；为振荡频率；为定时电容。1.6运动学分析1.6.1运动学方程假设后轮的中心点为P点，瞬心点为Q点。(1.11)(1.12)（1.13）(1.14)(1.15)整理成矩阵形式：(1.16)式中，为雅可比矩阵。1.6.2转弯半径假设AGV小车质量分布均匀；小车的车轮半径为r；小车后轮间的间距为B；小车在转弯时的速度为弯；小车后轮到转弯圆心间距为转弯半径R；车轮与路面的摩擦系数为；小车在水平面正常运行时后两轮的速度为，则有：(1.17)查表5-2，取，所以取AGV小车的最小转弯半径为，则左右轮的速度分别为：(1.18)(1.19)1.7控制软件的设计公式(1.11)、(1.15)分别表示AGV小车在运行时的线速度和角速度，因此能得出、x、y的状态量值，即：（1.20）（1.21）(1.22)（1.23）(1.24)近似检测是采用的数学中的数值积分方法，即将区间分成，若干子区间。要想检测精度达到使用要求就需要控制周期短或子区间充分足够小,表达式如下:（1.25)（1.26）(1.27)控制系统最重要一部分是程序编写，并且要求代码过程简短，程序易懂并且执行效率高等特点。本文设计AGV自动引导小车的行驶路径主要是根据设计的路线进行，所以小车运行的程序编写，需要通过检测装置反馈的电压信号判断AGV小车行驶路线是否存在偏差，若存在位置偏差控制器将需要进行偏差的量传输给电机，从而控制小车按照预设路线行驶。因此，AGV自动引导小车在行驶中，需要不断进行位置检测并反馈给控制板，进而调整电机的转速和方向，从而达到实时控制的效果。本文AGV小车的软件控制流程如图1.12所示。图1.12控制系统程序结构图由图1.12可知，首先程序开始前需要先设定各别变量值和函数，并对本系统的各芯片初始化；再读取行驶前设置的路线坐标；再进行轨迹插补；读取上一次运行时的误差进行分析并驱使小车向前行驶；在进行路线的检测，并判断第一段路线是否运行完成，若是NO将检测的路线数据与实际设置的路线数据进行比较是否产生偏差，若存在偏差将偏差值传给转换器D/A请进行路线纠正。若YES将运行下一段路线，并判断是否到达终点，到达终点停止运行，若没有到达终点将继续行驶。DDA圆弧插补程序：XPBIT00H；X向溢出标志YPBIT01H；Y向溢出标志XSEQU60H；起点坐标XYSEQU61H；起点坐标YXEEQU62H；终点坐标XYEEQU63H；终点坐标YJVXEQU64H；X积分累加器JVYEQU65H；Y积分累加器JRXEQU66H；X被积函数寄存器JRYEQU67H；Y被积函数寄存器JEXEQU68H；X向终点计数器JEYEQU69H；Y向终点计数器ORG1000HMOVJVX，YS；初始化MOVJVY，XSMOVJRX，#0MOVJRY，#0MOVR2，XSMOVR4，XEACALLBSUB；MOVJEX，R6MOVR2，YSMOVR4，YEACALLBSUB；MOVJEY，R6CLRXPCLRYPMOVR2,XSMOVR4,YSACALLYC；调用溢出子程序CF:MOVA,JEX；X向JZYXMOVR2,JRXMOVR4,JVXACALLBADD；修改X向寄存器MOVJRX,R6MOVA,R7CJNEA,JRX,NX1；X向是否溢出SETBXPDECXSDECJEX；-X走一步AJMPYXNX1:JCYXSETBXPDECXSDECJEXXY:MOVA,JEY；JZZDPMOVR2,JRYMOVR4,JVYACALLBADD；MOVJRY,R6MOVA,R7CJNEA,JRY,NX2；SETBYP；+Y走一步INCYSDECJEYAJMPJINXNX2:JCJINX；SETBYPINCYSDECJEYJINX:JNBXP,NX3；DECJVYNX3:JNBYP,CFINCJVXAJMPCFZDP:MOVA,JEXJNZCF；X向到终点吗？MOVA,JEYJNZCF；Y向到终点吗？ENDBADD：BSUB：BSUB：MOVA，R4；取减数CPLACC.7；MOVR4，ABADD：MOVA，R2；取被加数XRLA，R4；两数异号MOVC，ACC.7；当两数不同号CY=1，反之CY=1图1.13DDA圆弧插补流程图MOVA，R2CLRACC.7；符号位清0MOVR2，AMOVA，R4CLRACC.7；符号位清0MOVR4