智能象棋机器人嵌入式运动控制系统的研究
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。
This paper study chess-based intelligent robot motion control system. This paper first introduce the motion control system and current Status. Through the analysis of motor motion the overall method of system is determined.For the economical and practical purpose, the paper uses serial port for ommunication, a mcu and a motion control chip system form the system . PIC16F877 microcontroller and LM629 is the core of motion control system, the system is formed by software and hardware.This paper includes the introduction ofLM629 and its control circuit, driving circuit, RS232 circuit, PID control, and several other parts. This system uses the digital controlled method and make full use of the advantages of a microcontroller and make it adaptablly.
In the part about software , the paper introduces the PID control principle, specially digital PID control principle, self-tuning PID digital controller. the paper use VB6.0 as a PC development environment. VB MSComm control component is used in serial port interface, asynchronous communication is used the PC between the MCU. The PC interface can display and process data simply. In the control algorithm the expansion of the critical ratio of law PID tuning is used, PID algorithm is included in the host computer program. The C programming language is adopted in mcu ,it finish the various parameters initialization of the motion control system, and communicate with the host computer to control movement control system.
A lot of experiments are done using the motion control board and the rotor hand,the volecity control and positioncontrol method was finished . Finally the author made the summary to this thesis,and forecast the motion control echnology development based on mcu.
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。
This paper study chess-based intelligent robot motion control system. This paper first introduce the motion control system and current Status. Through the analysis of motor motion the overall method of system is determined.For the economical and practical purpose, the paper uses serial port for ommunication, a mcu and a motion control chip system form the system . PIC16F877 microcontroller and LM629 is the core of motion control system, the system is formed by software and hardware.This paper includes the introduction ofLM629 and its control circuit, driving circuit, RS232 circuit, PID control, and several other parts. This system uses the digital controlled method and make full use of the advantages of a microcontroller and make it adaptablly.
In the part about software , the paper introduces the PID control principle, specially digital PID control principle, self-tuning PID digital controller. the paper use VB6.0 as a PC development environment. VB MSComm control component is used in serial port interface, asynchronous communication is used the PC between the MCU. The PC interface can display and process data simply. In the control algorithm the expansion of the critical ratio of law PID tuning is used, PID algorithm is included in the host computer program. The C programming language is adopted in mcu ,it finish the various parameters initialization of the motion control system, and communicate with the host computer to control movement control system.
A lot of experiments are done using the motion control board and the rotor hand,the volecity control and positioncontrol method was finished . Finally the author made the summary to this thesis,and forecast the motion control echnology development based on mcu.
引文
[1]徐阳.面向未来的新型机器人技术.机器人技术与应用.2002,1-24
[2]李贻斌.现代科技革命与机器人的发展[J].山东交通学院学报,2002,4(12):53-57
[3]蔡自兴.中国的智能机器人研究.莆田学院学报,2002,3(9):36-39
[4]Ohya A,Kosaka A,Kak.Vision-based navigation by a mobile robot with obstacle using single-camera vision and ultrasonic sensing IEEE Transactions on Robotics and Automation.1998,14(6):969-978
[5]AcostaL.,R odrigoJ.J.,M endezJ.A.,et al.A PC-Based,Low-Cost,Ping-Pong Robot.[J].IEEE Robotics & Automation Magazine.December 2003:44-52
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[8]刘文生,宋昌才.运动控制技术的应用.Vol.31 No.6 2005.12:25-27.
[9]郑志刚,周宏甫.运动控制器的发展与现状电气传动自动化.Vol.27,No.32 005.03:10-14.
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[11]金最.基于ARM的嵌入式数控系统的研究:[硕士论文].浙江大学机械与能源工程学院,2005.1
[12]门建国,袁世辉,卢京潮.圆网印花机模糊PD控制器设计基础自动化.1999.12:59-64.
[13]舒志兵.运动控制新技术.电气时代2004年第10期2004年.
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[15]黄益群,张海荣,严彩忠,陈先锋,舒志兵.运动控制新技术.Sewo Control.2005.11:20-24.
[16]丛爽,李泽湘编著实用运动控制技术.电子工业出版社,2006
[17]陈伯时.电力拖动自动控制系统(第2版).北京:机械工业出版社,2000:67-70
[18]乔忠良.全数字直流调速装置及工程应用.太原理工大学学报,2000.3,(2):12-15
[19]谢卓辉.直流调速系统的全数字控制.湖南大学:[优秀硕士论文],2001.3
[20]李玮,赵江,刘建业.一种实用的单片机控制的数字式调速系统.吉林化工学院学报,2002,6(2):12-14
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[23]赵国材,朴忠学.直流电动机调速系统专家控制器设计.辽宁工程技术大学学报,2003.6:16-19
[24]姚洪江.基于全数字化直流调速系统的研究.西安理工大学:[优秀硕士论文],2003.3
[25]陶永华.新型PID控制及其应用.工业仪表与自动化装置.1998(1):57-62
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[34]王福来,徐平.全数字调速系统的分析.电气传动.2002(3):23-26
[35]姚洪江.基于全数字化直流调速系统的研究.西安理工大学优秀硕士论文,2003.3
[36]陶永华.新型PID控制及其应用.工业仪表与自动化装置.1998(1):57-62
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[41]何衍庆,姜捷,郑莹.控制系统分析,设计和应用.化学工业出版社,2003.1
[42]创吴坚,赵英凯,黄玉清.计算机控制系统.武汉理工大学出版社,2002.8
[43]潘新民,王艳芳.微型计算机控制技术.电子工业出版社,2003.1
[44]曹承志.微型计算机控制新技术.机械工业出版社,2001.6
[45]李学海.PIC单片机实用教程.北京航空航天大学出版社,2002.2
[46]李荣正,刘启中,陈学军.PIC单片机原理及应用.2005.1
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