自動控制元件課程設(shè)計(jì)

1、自動控制元件課程設(shè)計(jì) 目標(biāo)跟蹤射擊系統(tǒng)小組成員：小組成員： 大 綱contents01系統(tǒng)的指標(biāo)要求整體設(shè)計(jì)方案02具體元件的選擇 0301PART ONE系統(tǒng)的指標(biāo)要求指標(biāo)1指標(biāo)2指標(biāo)4指標(biāo)3指標(biāo)5指標(biāo)6圖像定位的誤差（以人胸口為基準(zhǔn)） 5cm 帶寬為3HZ可以跟蹤距離攝像頭垂直距離 3 米8 米，橫向距離范圍 010 米，俯仰 角為3060的目標(biāo)攝像頭跟蹤目標(biāo)時的調(diào)整時間小于 1s旋轉(zhuǎn)電機(jī)和俯仰電機(jī)轉(zhuǎn)角誤差控制在 1 秒內(nèi)電機(jī)可輸出最大轉(zhuǎn)速不小于 15r/min 電機(jī)可輸出最大轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩不小于 5Nm0101系統(tǒng)的指標(biāo)要求設(shè)計(jì)說明Design instruction02PART TWO整體設(shè)計(jì)

2、方案0202整體設(shè)計(jì)方案該系統(tǒng)的功能是跟蹤運(yùn)動的目標(biāo)并射擊，與傳統(tǒng)火炮的功能累似。所以我們參照了火炮的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了這個系統(tǒng)。伺服信號由圖像給出分別用兩個電機(jī)控制旋轉(zhuǎn)角和俯仰角以一個可以實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動的結(jié)構(gòu)來扣動手槍的扳機(jī)0202整體設(shè)計(jì)方案全局?jǐn)z像頭的擺放主視圖俯視圖03PART THREE具體元件的選擇 0303圖像傳感器 對噪聲的要求比較小，快速性為主要考慮因素。因此選擇了CMOSCCD 噪聲較小CCD 成像質(zhì)量好CMOS驅(qū)動簡單CMOS存取速度快CMOS 價格低 當(dāng)前被普遍采用的兩種圖像傳感器是 CCD 和 CMOS 傳感器0303相機(jī)與鏡頭0102030405明確明確指標(biāo)指標(biāo)驗(yàn)證驗(yàn)證150

3、萬像素的鏡頭至500萬像素的鏡頭相機(jī)鏡頭的放大倍數(shù)焦距/物距相機(jī)的極限分辨率：1/（單個像元尺寸*2）選擇選擇攝像頭攝像頭鏡頭的極限分辨率相機(jī)的極限分辨率500萬像素的鏡頭對應(yīng)相機(jī)160線對/mm，150萬像素的鏡頭對應(yīng)為相機(jī)110線對/mm因此相機(jī)的鏡頭焦距要大于16mm圖像定位誤差 1cm 帶寬為3HZ幀率1825FPS鏡頭與相機(jī)對應(yīng)的是各自的極限空間分辨率根據(jù)相機(jī)的鏡頭焦距選擇攝像頭：匹配匹配相機(jī)相機(jī)選擇選擇相機(jī)相機(jī)曝光時間最小為0.035ms，幀數(shù)為23FPS，滿足要求。選用了華谷動力公司生產(chǎn)的WP-U200相機(jī)0303相機(jī)與鏡頭相機(jī)參數(shù)鏡頭參數(shù)0303電機(jī)選擇控制手槍開槍要求：1.能

4、夠扳動扳機(jī)，且響應(yīng)速度要較快；2.重量不要太重（因其會作為其他電機(jī)的負(fù)載）3.在開槍時只能轉(zhuǎn)一圈 首選力矩（額定轉(zhuǎn)速大， 重量小的電機(jī)）步進(jìn)電機(jī)選擇86BYG250C型步進(jìn)電機(jī),參數(shù)如圖(倒數(shù)第四個):0303電機(jī)選擇控制系統(tǒng)俯仰角要求：1.有較快的速度響應(yīng)2.有較好的穩(wěn)定性3.有較高的位置分辨率配套光電編碼器要求控制俯仰角部分示意圖：對電機(jī)的額定速度和額定轉(zhuǎn)矩提出了要求：對于額定轉(zhuǎn)矩，由式子 ，帶入 為 時，算得力矩為6.3N*M。對于額定轉(zhuǎn)速，在選擇時盡量選擇較高的轉(zhuǎn)速。mglmlT22/10srad0303電機(jī)選擇控制系統(tǒng)俯仰角由以上標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)過比較選擇，最后決定采用DANAHER公司的A

5、KM42J-ANCN2-00型直流無刷電機(jī)和SESAME公司的PGL90型減速器。其各參數(shù)如圖所示。0303電機(jī)選擇控制系統(tǒng)方位角要求：1.有較快的速度響應(yīng)2.有較好的穩(wěn)定性3.有較高的位置分辨率配套光電編碼器要求控制方位角部分示意圖：對電機(jī)的額定速度和額定轉(zhuǎn)矩提出了要求不過對于轉(zhuǎn)矩的計(jì)算同控制俯仰角的不同，其公式為帶入 ，得到力矩為2.7N*m。)(4232221JlmlmlmT手槍步進(jìn)電機(jī)俯仰電機(jī)2/10srad0303電機(jī)選擇控制系統(tǒng)方位角由上述可知，對于電機(jī)和減速器的選擇，同樣可以選取DANAHER公司的AKM42J-ANCN2-00型直流無刷電機(jī)和SESAME公司的PGL90型減速器

6、。其參數(shù)如圖所示。0303測量元件在跟蹤人時，電機(jī)的轉(zhuǎn)速不會特別高，處于中低頻段，旋轉(zhuǎn)變壓器測量低頻信號時信噪比較低，對于此系統(tǒng)，選用編碼器較合適。編碼器的計(jì)算：取1cm為最小分辨率，因?yàn)槿司嚯x裝置的最遠(yuǎn)距離為8m,在此距離下，可求出最小分辨的角度則一個周期內(nèi)應(yīng)該輸出的脈沖數(shù)360/0.0716=5028對于所選電機(jī)AKM42J-ANCN2-00，其配備了一個光電編碼器，是2048線的，輸出正交信號，對正交信號進(jìn)行四細(xì)分，可知電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周后會輸出2048*4個脈沖，而系統(tǒng)的輸出是減速機(jī)的輸出，由于減速比為3，則減速機(jī)旋轉(zhuǎn)一周相當(dāng)于輸出了2048*4*3個脈沖，高于要求的5028個脈沖。所以用電機(jī)自配的編碼器即可。0716. 0360*)*2/(8/01. 0位置測量0303測量元件電流的測量電流的測量一般有兩種方法：1.串聯(lián)采樣電阻 2.霍爾電流傳感器法。由于經(jīng)過功放后的電流壓很大，需要將控制側(cè)與功率側(cè)隔離。而串聯(lián)采樣電阻這種方法不能將控制側(cè)與功率側(cè)很好的隔離開。所以我