运动控制系统的速度控制器设计毕业论文
2022-05-24 21:25:53
论文总字数：30166字
摘 要
本文以单片机C8051F020为智能车控制系统的核心元件，通过码盘上的红外对接二极管将小车的现时速度读入单片机内，实现对快速前进中的小车速度的精确检测，并尽可能不增加小车任何机械运动部件和机械负荷。同时，所用的直流电机采用BTS7960模块驱动，十分的稳定。控制方案采用以PID数字控制为主，争取实现系统在最短时间内达到设定的速度，使得系统实现快速行驶和稳定运行达到最佳平衡。通过数字PID增量式的调速后，单片机会将现时速度和设定速度进行比较，并将速度精确调试到设定值。然后产生PWM，从而驱动电机。在实际过程中会遇到各种问题，因此研究工作需要不断优化，具体工作包括：
1.熟悉单片机C8051F020开发板的功能。
2.搭建测速模块。
3.调速PID算法的编写，并且不断的优化，实现转速控制。
关键字：C8051F020单片机 PID算法 实时通信
The speed of motion control system controller design
Abstract
This article is based on C8051F020 microcontroller (MCU) as a core element of intelligent vehicle control system, through infrared encoder on the butt diode, the speed of the car now read into the microcontroller, accurate for detecting the speed of fast forward in the car, and as far as possible not increase car any mechanical moving parts and mechanical loads. At the same time, the dc motor driven by BTS7960 module, very stable. System control strategy adopted in PID digital control as the main control scheme, to strive for to set the speed of the system in the shortest possible time, makes the system to achieve fast and stable operation to achieve the best balance. Through the digital PID incremental speed, microcontroller will compare the current speed and the set speed, accurate speed debugging to the set value. Then generates PWM, thereby driving the motor. Always face various problems in practical process, so must be constantly optimized, detailed work process are:
1. Familiar with the function of MCU C8051F020 development board.
2. Build speed measuring module.
3. The writing of the speed regulating PID algorithm, and constantly optimized, realize the speed control.
Keywords: C8051F020 microcontroller, PID algorithms, real-time communication
目 录
摘要 I
ABSTRACT II
第一章 绪论 6
1.1 研究背景及意义 6
1.1.1 研究背景（intelligence/smart Car/vehicle） 6
1.1.2 研究意义 6
1.2 运动控制系统 7
1.3开发板的简介 8
1.3.1 开发板的主要特点 8
1.3.2 开发板的硬件介绍 9
1.4 算法控制及测速模块 10
1.4.1 PID算法 10
1.4.2 测速和转速模块 11
1.5 软件使用简介 11
1.6 文章内容和结构 12
第二章 测速系统 14
2.1 测速模块 14
2.1.1 基础知识简介 14
2.1.2 测速工作原理 15
2.2 C8051F020最小系统 16
2.2.1 JTAG 16
2.2.2 端口输入输出 17
2.2.3 定时器 18
2.3 BTS7960驱动模块 20
2.3.1 结构图 20
2.3.2 原理图 20
2.3.3 模块简介 21
2.4 本章小结 21
第三章 调速系统 23
3.1 算法 23
3.1.1 PID算法控制 23
3.1.2 数字PID控制器设计 25
3.1.3 位置式 26
3.1.4增量式 26
3.1.5 增量型数字PID的优点 27
3.2 实际运用方式 28
3.3 实验结果 29
3.4 本章小结 30
第四章 通信 31
4.1 通信的基本概念 31
4.2 UART 31
4.2.1 UART0 31
4.2.2 UART1 32
4.3 监控画面 33
4.4 本章小结 36
第五章 总结与期望 38
5.1 总结 38
5.2 展望 38
参考文献 40
附 录 42
致 谢.. 51
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景（intelligence/smart Car/vehicle）
设计智能车主要以微控制器为核心开展，信号的采样与识别、驱动电路及机械动作的控制均由微控制器内部程序完成。“飞思卡尔杯”[1,20]智能车竞赛所用的主控制器，从2006年开始，先后使用了以8位HCS08、16位HCS12、32为ColdFire处理器为内核的微控制器，目前已经逐步过渡到Kinetis系列微控制器[1]。
最近这段时间，移动的轮式倒立摆模型引起了越来越多人的关注[2]。哈儿等人提出了一个基于线性化动态方程的轨迹控制器的早期原型。使用类似的方法，Grasser 等推导出了运用牛顿方法的动态模型和一个操作点周围的线性化方程来设计的控制器。同时，在Salerno 等人的努力下，通过对摆的间距和两个轮子的旋转角度为变量，对动态方程进行了研究。各种可控性属性系统的状态变量使用微分几何的方法进行分析[3,4]。
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