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移动机器人驱动电路设计与实现

作品编号:DZDQ770 开发环境: WORD全文:46页 论文字数:16500
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结论
毕业设计工作慢慢的步入了尾声,我的设计也快走到了尽头,不得不说,对这次设计有着深刻的感悟。此设计的重要性不仅在于决定我们是否能够顺利毕业,更在于它是对我们四年所学知识的检阅和肯定。整个毕业设计的过程历经了三个月,在这三个月中我对课题的理解从肤浅到深入,对材料从陌生到熟悉,对定位从模糊到清晰,对方向从茫然到肯定,和我的设计一起逐步成熟。
在这次毕业设计中我充分体会到了做好一件事情并不容易,虽然很多知识都学过,很多器件都见过,真正跟实际联系起来还是有很多问题。在做的过程中遇到不少问题,我查阅了很多资料,问同学,问老师终于把一个个问题解决了,在此同时还有成就感。制作完成过程中,不可避免遇到了很多问题,走了一些弯路。我得到的最重要的经验教训就是,不管做什么事情,都要从长远出发,整体考虑,必须要拓宽思维,深入研究。如果从一开始我就能做到这点,那么我们的毕业设计会做得更好。这些思维方式和能力的培养,需要长时间的积累和磨合,它对我们以后的工作和学习很有指导意义。
通过这段时间的学习,对机器人的背景、驱动电路的发展现状都有了相当的认识,特别是对步进电机的工作原理、驱动方式更是相当的熟习。本设计中,采用的是89C51单片机作的脉冲分配单元,不过在市场化方面,89C51 受到了PIC 单片机阵营的挑战,89C51 最致命的缺陷在于不支持ISP(在线更新程序)功能,必须加上ISP 功能等新功能才能更好延续MCS-51 的传奇,89S51就是在这样的背景下取代89C51 的,现在,89S51 目前已经成为了实际应用市场上新的宠儿,作为市场占有率第一的Atmel 目前公司已经停产AT89C51,将用AT89S51 代替。89S51 在工艺上进行了改进,89S51 采用0.35 新工艺,成本降低,而且将功能提升,增加了竞争力。
新增加很多功能,性能有了较大提升,价格基本不变,甚至比89C51 更低,ISP 在线编程功能,这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能,最高工作频率为33MHz,大家都知道89C51 的极限工作频率是24M,就是说S51 具有更高工作频率,具有双工UART 串行通道。内部集成看门狗计时器,不再需要像89C51 那样外接看门狗计时器单元电路。双数据指示器。电源关闭标识。全新的加密算法,这使得对于89S51 的解密变为不可能,程序的保密性大大加强。因此,在脉冲分配单元,可以做更好的选择。
其次,在设计中,还涉及到速度控制,TA8435H提供了四种不种的细分方式,不种细分方式下,由于步距角的不同,在同一脉冲频率下,就存在四种不同的速度,但在设计中,并没有涉及到速度等级的LED显示。因此,可以在电路中,加入LED速度等级显示,这样就比较直观。其实现方式也较简单,将单片机和LED数码管连接好后,程序中,利用查表就可以成功。
本设计是采用的步进电机的开环控制,步进电机作为一种数字式的执行元件,在运动控制中得广泛应用。其电机本体、步进驱动器、步进控制器构成步进控制系统不可分割的三大部分。步进系统的主要优点之一是能在开环系统中工作,这种运行方式由于控制线路经济简单,不需反馈编码器和相应的电子线路,所以在很多位置和转速控制中,在精度和稳定性要求不高的场合得到广泛应用。目前市场上90%的步进驱动都是属于开环控制。但是步进电机在开环方式下工作其性能常常受到一些限制,采用闭环控制,不仅可以获得更加精确的位置控制和稳定的转速,而且可以在步进电机的其它领域内获得更大的通用性。步进电机把输入的数字脉冲转换成电机轴的输出角度,每个脉冲使转子转动一个步距角,并依靠电磁力锁定转轴在一定的位置上,一般的步进系统都采用开环控制,由于步进电机固有的低频共振、高频扭矩小引起的失步和机械结构等因素的影响,都会造成实际位移值偏离指令值,因为没有反馈,就无法知道电动机是否丢步或过步,系统无法对其进行有校正和补偿,因此不能准确定位,所以在控制的精度、速度变化范围、低速性能方面都不如传统的闭环控制的直流伺服电动机。如果在步进系统中引入检测环节并对其进行闭环控制,可从根本上解决步进系统的定位精度问题,将使其性能大大提高。步进电机的闭环控制可采用各种不同的方法,其中包括计步(或步校验)、无传感器反电动势检测和有传感器反馈的全伺服控制。步校验是最简单的位置控制,它采用低分辨率的光电编码器来统计移动步数。用一个简单的电路来比较指令步数和测量到的步数,以校验步进电机是否已移动到指定位置。反电动势是一种无传感器检测方法,它采用步进电机的反电动势信号来测量和控制速度。当速度过低以致反电动势电压低于可检测水平时,将闭环控制切换为开环控制,再完成最终的定位运动。全伺服是指始终使用编码器、旋变或其他反馈装置。以更精确控制步进电机位置和力矩。根本的方法就是检测环节将检测到的实际位移反馈给控制器,控制器根据检测到的实际位移和速度状态,来实时调整输入的脉冲数、频率,使步进电机稳定在正常运行状态,并使实际位置和指令位置一致,从而达到精确定位和稳速的要求。
开环运行会带来失步的风险,从而引起定位不准。当一定的负载使步进电机工作在最大力矩点附近的时候,以及为了提高生产率而提高加速度的时候,会有更高的失步堵转风险。增加反馈闭环控制可避开对传统步进电机的这些限制,纠正偏差实现准确定位。但反馈需要检测,例如用编码器检测偏差,通过控制器进行补偿。如果是由于机械原因即传动部件的制造、安装误差,导致运动偏差,对这种情况加闭环反馈修正是有意义的;但闭环并不是对什么偏差都能精确补偿,例如由于电气原因即电磁噪声而使驱动器收到的信号有误,多收或者少收了脉冲,对于这种情况,如果控制器发送的脉冲不可靠,编码器反馈的脉冲也就不可靠 ,这样的补偿如仍然用在传动轴上装旋转编码器反馈就失去了意义,应该是用光栅尺来直接测量反馈最终负载的位置才有意义;电机丢步可能是负载太大了,加速太快了,速度太高了。不论因为什么,都是电机动态扭矩不足,这种情况下,采用闭环而使控制器多发几个脉冲,扭矩仍然是不能提升,比如,20KHZ的脉冲,电机丢步了,控制器把前面丢的脉冲补上,频率变成21KHZ,电机扭矩仍然不足而不能修正,这种情况,如果说在运动结束以后,再低速补脉冲,从整体效率来看,不如直接降低运动速度,或选择转矩大点的电机,让电机不丢步比较好。因此,闭环控制的优点是很明显的。
在今后的日子的我将更热爱我的专业,同时为干好这一行而奋斗。


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