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自动追踪目标激光投线仪的研究

作　者: 彭春辉
导　师: 翁飞兵
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 两相混合式步进电机激光投线仪微控制器开环控制细分驱动
分类号: TN249
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

激光投线仪在现代桥梁、房屋等建筑施工中起到了非常重要的作用,目前国外对该技术的研究较成熟,但国内研究相对滞后,尤其是激光线定位方式主要靠手动,自动化程度低,定位精度不够,给施工带来了极大不便。针对此问题,本文在研究步进电机定位技术的基础上,设计了一套适用于激光投线仪的自动追踪目标数字控制系统。考虑到成本、实用、功耗等因素,该系统采用微控制器作为核心控制器件,以步进电机作为主要动力源。在控制策略方面,通过对细分驱动矢量闭环和开环控制方式在系统设计中实现的难易程度及其控制效果的比较,最后步进电机系统采用细分驱动开环控制方式。该系统通过对激光信号的检测来辨别目标位置,目标位置信号无线传输给微控制器,微控制器控制直流电机、步进电机正反运动,电机转动带动激光投线仪自动搜索目标,通过中断在激光线对准目标位置时控制步进电机实时停机。在系统软硬件设计完成之后,本文进行了一系列相关实验,对细分步距角进行了精确测量,利用MATLAB对实验结果进行了分析并对细分电流进行了修正。实验证明修正后的细分驱动明显提高了步进电机的分辨率和低速运行性能。本文最后给出了控制系统的运行结果,结果表明,本文设计的自动目标追踪激光投线仪控制系统能够控制投线仪自动准确对准目标,达到了预期的设计目标。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
第一章概述  8-12
  §1.1 课题背景  8
  §1.2 国内外研究现状  8-11
    §1.2.1 激光投线仪现状  8-9
    §1.2.2 电机及其控制研究现状  9-10
    §1.2.3 数字控制器、电力电子技术及控制理论发展现状  10-11
  §1.3 主要研究内容和意义  11
  §1.4 本章小结  11-12
第二章步进电机数字控制系统  12-40
  §2.1 步进电机的基本知识  12-18
    §2.1.1 电机的原理及分类  12
    §2.1.2 步进电机步进原理及其工作特性  12-17
    §2.1.3 电机传动系统的运动方程式  17-18
  §2.2 电机的位置、角速检测  18-19
  §2.3 步进电机数字控制  19-30
    §2.3.1 步进电机的开环控制  19-20
    §2.3.2 步进电机的驱动  20-26
    §2.3.3 步进电机的脉冲分配  26-29
    §2.3.4 步进电机的闭环控制  29-30
  §2.4 基于步进电机转矩矢量闭环的细分驱动控制  30-38
    §2.4.1 两相混合式步进电机的电磁学原理  30-34
    §2.4.2 两相混合式步进电机矢量分析及其细分驱动的矢量控制方法  34-38
  §2.5 本章小结  38-40
第三章控制系统硬件设计与实现  40-52
  §3.1 控制系统总体设计  40
  §3.2 激光信号检测、处理及位置信号传输模块设计  40-44
    §3.2.1 激光信号的检测  40-41
    §3.2.2 检测信号的放大  41-42
    §3.2.3 检测信号的传输与接受模块设计  42-44
  §3.3 步进电机、直流电机控制系统设计  44-51
    §3.3.1 主要硬件介绍  44-47
    §3.3.2 直流电机、步进电机控制系统硬件电路设计  47-50
    §3.3.3 单片机对L297,直流电机驱动器、数模转换器的引脚分配  50-51
  §3.4 本章小结  51-52
第四章系统软件设计与实现  52-58
  §4.1 控制系统软件主体程序及停机程序设计  52-53
  §4.2 正余弦细分电流表生成及其软件实现  53-55
  §4.3 加、减速控制程序的编制及其软件实现  55-56
  §4.4 本章小结  56-58
第五章程序调试和实验结果  58-66
  §5.1 程序调试  58-59
  §5.2 调试程序输出结果  59-61
  §5.3 硬件调试  61
  §5.4 步进电机驱动器运行性能实验  61-64
  §5.5 本章小结  64-66
第六章结论与展望  66-68
  §6.1 结论  66-67
  §6.2 展望  67-68
致谢  68-70
参考文献  70-72

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