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智能象棋机器人嵌入式运动控制系统的研究

作　者: 李惠平
导　师: 方建军
学　校: 北方工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 运动控制 PIC16F877 PID控制算法 LM629
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本文介绍基于智能象棋机器人运动控制系统研究,通过对运动控制系统当前发展现状及构成方案比较,确定了智能象棋机器人嵌入式运动控制系统的总体方案构成。本文采用基于单片机加专用运动控制芯片的运动控制系统的实现方案,并用PC机作为系统的调试主机。在运动控制控制系统中阐述了控制系统的硬件组成和工作原理,采用PIC16F877单片机为微处理器、LM629为专用运动控制芯片,通过增量编码器进行实际位置或速度的反馈,组成一个利用PID控制算法进行调节的闭环控制系统。在系统电路部分介绍了基于运动控制专用芯片LM629的直流电机控制电路、驱动电路、串口通讯、PID控制等几个部分的设计,并对相关模块进行分析和研究。本系统采用了软件控制方式进行运动控制开发,充分利用了单片机的优点,提高了运动控制系统通用性。本课题开发了运动控制系统的硬件、软件部分。在控制软件系统的设计中,介绍了运动控制系统中直流电机控制的PID算法,着重分析了数字运动控制器的PID控制原理,自整定PID数字控制器。本系统采用VB6.0作为上位机的开发环境,利用VB的MSComm控件去访问计算机的串行接口,在单片机与上位机之间采用异步通信方式。上位机上层界面用VB6.0设计,所设计的界面能进行显示与处理,操作简单。在控制算法上采用软件编程下扩充临界比例度法进行PID整定,PID算法控制由上位机编程来实现。单片机程序开发采用C语言编程,在下位机中对运动控制系统各个参数进行了初始化,并实现了与上位机交互控制,对运动控制系统进行了调试编程。在课题开发的运动控制卡及象棋机器人模拟手臂的基础上进行了大量的调试工作,完成了对LM629的运动控制芯片的编程和设置,实现了运动控制系统的速度和位置控制功能,所设计的软件系统具有很好的移植性。最后对本文的研究内容做了总结,并对基于单片机的运动控制技术的发展作了展望。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-9
1 引言  9-15
  1.1 选题意义  9
  1.2 选题背景  9-13
    1.2.1 运动控制器的发展状况及趋势  10-11
    1.2.2 运动控制器主要实现方式  11-13
  1.3 本课题主要研究内容  13-15
2 运动控制系统总体设计  15-29
  2.1 系统方案及组成设计  15-17
  2.2 单片机选型  17-20
    2.2.1 PIC单片机与其它单片机的比较  17
    2.2.2 PIC系列单片机简介  17-19
    2.2.3 单片机PIC16F877的性能简介  19
    2.2.4 单片机PIC16F877的的内部结构  19-20
  2.3 专用运动控制芯片LM629  20-24
    2.3.1 LM629主要性能指标  21
    2.3.2 LM629特点  21
    2.3.3 系统结构  21-22
    2.3.4 工作原理  22-23
    2.3.5 运动轨迹参数设置  23-24
  2.4 上位机与单片机数据交换  24-25
  2.5 增量编码器  25-26
  2.6 PC机编程环境  26-27
    2.6.1 VB的主要特点  26
    2.6.2 VB的功能  26-27
  2.7 单片机C语言编程环境  27-29
3 运动控制硬件设计  29-39
  3.1 PIC16F877单片机与PC机实现电平转换  29-30
  3.2 PIC16F877单片机与RS-485接口  30-31
  3.3 运动控制专用芯片控制模块电路设计  31-32
  3.4 电机PWM驱动模块  32-33
  3.5 抗干扰设计  33-36
    3.5.1 电源抗干扰  34
    3.5.2 隔离与接地  34-35
    3.5.3 去耦电容  35
    3.5.4 感性负载抗干扰  35
    3.5.5 PCB板及电路抗干扰措施  35-36
  3.6 硬件系统电路图及实物  36-39
4 运动控制系统软件设计  39-66
  4.1 数字PID控制  39-41
    4.1.1 位置式PID控制  39-40
    4.1.2 增量式PID控制算法  40-41
  4.2 PID算法程序设计  41-44
    4.2.1 位置型PID算法的程序设计  41-42
    4.2.2 增量型PID算法的程序设计  42-43
    4.2.3 PID输出限幅调整  43
    4.2.4 数字PID控制算法的改进  43-44
  4.3 PID调节器参数的自整定  44-46
    4.3.1 PID参数选择原则  44-45
    4.3.2 扩充临界比例度法  45-46
  4.4 PC机串口通讯编程  46-49
    4.4.1 串口通讯编程  47-48
    4.4.2 VB串口通讯部分程序  48-49
  4.5 PIC16F877单片机串口通讯设置  49-50
    4.5.1 PIC16F877单片机与PC间进行数据交换的实现  49
    4.5.2 USART波特率发生器BRG设置  49-50
    4.5.3 USART异步通讯的寄存器设置  50
    4.5.4 USART单片机部分串口程序  50
  4.6 PC应用软件的设计  50-56
    4.6.1 界面设计和编写  51-52
    4.6.2 主机程序  52-56
  4.7 单片机应用软件的设计  56-63
    4.7.1 单片机抗干扰编程  56-57
    4.7.2 电源抗干扰软件编程  57
    4.7.3 指令冗余及软件陷阱  57-58
    4.7.4 单片机应用程序设计  58-63
  4.8 PID自整定算法软件的设计  63-66
5 总结  66-67
  5.1 课题总结  66
  5.2 展望  66-67
参考文献  67-70
在学研究成果  70-71
致谢  71

智能象棋机器人嵌入式运动控制系统的研究

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