發(fā)射平臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

精品文檔-下載后可編輯發(fā)射平臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文1系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

1.1步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(見圖3)主要由細(xì)分電路、驅(qū)動(dòng)控制芯片和光耦隔離電路組成。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移和輸入的脈沖數(shù)目要求嚴(yán)格成正比。如果按照整步的工作方式，會(huì)受到步進(jìn)電機(jī)振動(dòng)大、噪聲大等影響;運(yùn)用細(xì)分，不僅可使振動(dòng)和噪聲減小，且可以減小步進(jìn)電機(jī)誤動(dòng)作產(chǎn)生的平臺(tái)傾斜度偏移，從而減小激光定位的誤差;并且，細(xì)分?jǐn)?shù)取得越高，在遠(yuǎn)端產(chǎn)生的偏移量越小。為了使步進(jìn)電機(jī)工作的誤差盡可能的小，本設(shè)計(jì)中驅(qū)動(dòng)電路采用高細(xì)分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片THB6128。圖3中，M1、M2、M3端為細(xì)分的設(shè)定端，根據(jù)這3端所提供的高低電平的不同，有1、1/2、1/4、1/8、1/16、1/32、1/64、1/128多種細(xì)分可選，當(dāng)三端全為高電平時(shí)，細(xì)分為128。CW/CCW端為電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制端，CW/CCW為低電平時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn);反之，電機(jī)反轉(zhuǎn)。ST/VCC端為低電平時(shí)，THB6128進(jìn)入待機(jī)，功耗極低。另外，為了防止對電源或?qū)Φ囟搪罚撔酒瑑?nèi)置溫度保護(hù)及過流電路。驅(qū)動(dòng)芯片與單片機(jī)相連的端口均采用光耦隔離，U8、U10、U11為光耦隔離，防止電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路與單片機(jī)控制電路產(chǎn)生干擾;LED可以直觀顯示隔離控制的通斷。

1.2激光旋轉(zhuǎn)控制電路設(shè)計(jì)

激光發(fā)射電路主要由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、激光發(fā)射控制電路、光耦隔離電路及細(xì)分電路構(gòu)成，如圖4所示。激光發(fā)射器控制電路主要完成控制激光發(fā)射器發(fā)射和轉(zhuǎn)動(dòng)，保證其發(fā)射的激光能實(shí)時(shí)完成激光接收靶跟蹤，使農(nóng)田平地機(jī)被實(shí)時(shí)控制。由單片機(jī)輸出的激光發(fā)射器發(fā)射信號(hào)通過光耦隔離電路后輸入激光發(fā)射器控制電路。其中，JG為單片機(jī)P46端口的控制輸出端，U17為電路的光耦隔離器。激光發(fā)射器的旋轉(zhuǎn)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路控制，由單片機(jī)輸出信號(hào)控制THB6128的使能、脈沖及方向端從而控制激光發(fā)射器的旋轉(zhuǎn)。

1.3電源電路設(shè)計(jì)

電路選擇采用簡單高效電源芯片LM2576，該穩(wěn)壓器是單片集成電路，能實(shí)現(xiàn)熱關(guān)斷和電流限制保護(hù)，能驅(qū)動(dòng)3A負(fù)載。控制核心的電源設(shè)計(jì)如圖5所示。在直流電源輸入端加入TVS瞬變電壓抑制二極管PK6E22A，該二極管能在收到反向瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)，迅速將兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，同時(shí)吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率，有效地保護(hù)電子電路中的電子元器件免受浪涌脈沖的破壞［4］。為了防止功率地跟信號(hào)地之間的互相干擾，在電源電路設(shè)計(jì)中，功率地和信號(hào)地之間加入了電感L2進(jìn)行隔離。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

由于農(nóng)田平地機(jī)激光發(fā)射平臺(tái)調(diào)平控制系統(tǒng)的工作環(huán)境的惡劣性，易對數(shù)據(jù)的采集造成干擾，再加上傾角傳感器自身存在的溫度漂移等，會(huì)加大傾角數(shù)據(jù)采集的誤差。因此，對傾角傳感器采集的數(shù)據(jù)時(shí)，先采用基于限幅濾波法和遞推算術(shù)平均值濾波算法相結(jié)合的復(fù)合濾波法算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理［5］，接著采用角度偏移與溫度變化的三次曲線對傾角傳感器溫度漂移進(jìn)行補(bǔ)償，提高數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性［6］。另外，由于步進(jìn)電機(jī)的非線性特征，對其非線性參數(shù)進(jìn)行整定較困難，而常規(guī)的PID算法由于參數(shù)整定過程繁瑣，實(shí)施起來較復(fù)雜，并且在越接近預(yù)設(shè)的目標(biāo)值時(shí)，越容易產(chǎn)生超調(diào)而抖動(dòng)，影響其控制效果的進(jìn)一步提高。因此，采用基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID算法控制器對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，能保證步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的響應(yīng)性能提升，響應(yīng)時(shí)間縮短，動(dòng)態(tài)性能、自適應(yīng)性和魯棒性更佳。系統(tǒng)總體流程圖，如圖6所示。系統(tǒng)初始化后，首先進(jìn)行傾角數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)采集當(dāng)前的平臺(tái)的傾角數(shù)據(jù)后，經(jīng)過濾波和補(bǔ)償處理，直接交給單片機(jī)進(jìn)行判斷:如果到達(dá)調(diào)平的預(yù)設(shè)值，則結(jié)束。沒到達(dá)預(yù)設(shè)值的話，如果是大于預(yù)設(shè)值，則電機(jī)正轉(zhuǎn)，控制平臺(tái)支腿進(jìn)行相應(yīng)的伸縮調(diào)整平臺(tái)的傾斜度，再重新進(jìn)行數(shù)據(jù)采集;如果小于預(yù)設(shè)值，則電機(jī)反轉(zhuǎn)，控制平臺(tái)支腿進(jìn)行相應(yīng)的伸縮調(diào)整平臺(tái)的傾斜度，再重新進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。如此反復(fù)進(jìn)行平臺(tái)調(diào)整，直至達(dá)到預(yù)定的平臺(tái)傾斜度為止。

3試驗(yàn)分析

本文設(shè)計(jì)的農(nóng)田平地機(jī)激光發(fā)射平臺(tái)調(diào)平控制系統(tǒng)主要是為提高農(nóng)田平地機(jī)的雙激光源定位系統(tǒng)的精度做準(zhǔn)備，在雙激光源定位系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用。而整個(gè)調(diào)平過程中，由于傾角傳感器和調(diào)平電機(jī)的特性，此控制系統(tǒng)主要受溫度影響。所以，本試驗(yàn)在激光發(fā)射器校準(zhǔn)完成后，設(shè)計(jì)了在加入基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制方法對電機(jī)控制，并在不同溫度環(huán)境下的試驗(yàn)。將調(diào)整平臺(tái)置于不同的溫度環(huán)境中，同時(shí)讓激光器支座處于允許的任意傾斜角度狀態(tài)，分別測試支座在大傾角(20°～30°)和小傾角(10°左右)狀態(tài)下系統(tǒng)調(diào)整的可靠性。

1)13℃時(shí)，大角度調(diào)平試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖7所示。

2)13℃時(shí)，小角度調(diào)平試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖8所示。由圖7、圖8可知，采用基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制調(diào)平時(shí)，在農(nóng)平地過程中調(diào)平過程的前期，調(diào)平速度快，當(dāng)角度越接近目標(biāo)角度時(shí)，速度明顯減慢;若達(dá)到調(diào)平要求的預(yù)設(shè)精度值0．03°時(shí)，調(diào)平停止;而且在調(diào)平過程中很少出現(xiàn)超調(diào)和振蕩，當(dāng)傾斜角度較小時(shí)，調(diào)平完成的時(shí)間相對較短。

3)25℃，大角度調(diào)平試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖9所示。

4)25℃，小角度調(diào)平試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖10所示。由圖9和10可知，當(dāng)溫度變化時(shí)，平臺(tái)大傾斜角度和小傾斜角度的調(diào)平規(guī)律與圖7和8相似。這說明經(jīng)過加入基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制方法后此系統(tǒng)受溫度影響不大。

4結(jié)論

為了測試該農(nóng)田平地機(jī)的調(diào)平控制系統(tǒng)的可靠性