自动控制元件课程设计

1、自动控制元件课程设计 目标跟踪射击系统小组成员：小组成员： 大 纲contents01系统的指标要求整体设计方案02具体元件的选择 0301PART ONE系统的指标要求指标1指标2指标4指标3指标5指标6图像定位的误差（以人胸口为基准） 5cm 带宽为3HZ可以跟踪距离摄像头垂直距离 3 米8 米，横向距离范围 010 米，俯仰 角为3060的目标摄像头跟踪目标时的调整时间小于 1s旋转电机和俯仰电机转角误差控制在 1 秒内电机可输出最大转速不小于 15r/min 电机可输出最大转转矩不小于 5Nm0101系统的指标要求设计说明Design instruction02PART TWO整体设计

2、方案0202整体设计方案该系统的功能是跟踪运动的目标并射击，与传统火炮的功能累似。所以我们参照了火炮的结构设计了这个系统。伺服信号由图像给出分别用两个电机控制旋转角和俯仰角以一个可以实现往复运动的结构来扣动手枪的扳机0202整体设计方案全局摄像头的摆放主视图俯视图03PART THREE具体元件的选择 0303图像传感器 对噪声的要求比较小，快速性为主要考虑因素。因此选择了CMOSCCD 噪声较小CCD 成像质量好CMOS驱动简单CMOS存取速度快CMOS 价格低 当前被普遍采用的两种图像传感器是 CCD 和 CMOS 传感器0303相机与镜头0102030405明确明确指标指标验证验证150

3、万像素的镜头至500万像素的镜头相机镜头的放大倍数焦距/物距相机的极限分辨率：1/（单个像元尺寸*2）选择选择摄像头摄像头镜头的极限分辨率相机的极限分辨率500万像素的镜头对应相机160线对/mm，150万像素的镜头对应为相机110线对/mm因此相机的镜头焦距要大于16mm图像定位误差 1cm 带宽为3HZ帧率1825FPS镜头与相机对应的是各自的极限空间分辨率根据相机的镜头焦距选择摄像头：匹配匹配相机相机选择选择相机相机曝光时间最小为0.035ms，帧数为23FPS，满足要求。选用了华谷动力公司生产的WP-U200相机0303相机与镜头相机参数镜头参数0303电机选择控制手枪开枪要求：1.能

4、够扳动扳机，且响应速度要较快；2.重量不要太重（因其会作为其他电机的负载）3.在开枪时只能转一圈 首选力矩（额定转速大， 重量小的电机）步进电机选择86BYG250C型步进电机,参数如图(倒数第四个):0303电机选择控制系统俯仰角要求：1.有较快的速度响应2.有较好的稳定性3.有较高的位置分辨率配套光电编码器要求控制俯仰角部分示意图：对电机的额定速度和额定转矩提出了要求：对于额定转矩，由式子 ，带入 为 时，算得力矩为6.3N*M。对于额定转速，在选择时尽量选择较高的转速。mglmlT22/10srad0303电机选择控制系统俯仰角由以上标准，进过比较选择，最后决定采用DANAHER公司的A

5、KM42J-ANCN2-00型直流无刷电机和SESAME公司的PGL90型减速器。其各参数如图所示。0303电机选择控制系统方位角要求：1.有较快的速度响应2.有较好的稳定性3.有较高的位置分辨率配套光电编码器要求控制方位角部分示意图：对电机的额定速度和额定转矩提出了要求不过对于转矩的计算同控制俯仰角的不同，其公式为带入 ，得到力矩为2.7N*m。)(4232221JlmlmlmT手枪步进电机俯仰电机2/10srad0303电机选择控制系统方位角由上述可知，对于电机和减速器的选择，同样可以选取DANAHER公司的AKM42J-ANCN2-00型直流无刷电机和SESAME公司的PGL90型减速器

6、。其参数如图所示。0303测量元件在跟踪人时，电机的转速不会特别高，处于中低频段，旋转变压器测量低频信号时信噪比较低，对于此系统，选用编码器较合适。编码器的计算：取1cm为最小分辨率，因为人距离装置的最远距离为8m,在此距离下，可求出最小分辨的角度则一个周期内应该输出的脉冲数360/0.0716=5028对于所选电机AKM42J-ANCN2-00，其配备了一个光电编码器，是2048线的，输出正交信号，对正交信号进行四细分，可知电机旋转一周后会输出2048*4个脉冲，而系统的输出是减速机的输出，由于减速比为3，则减速机旋转一周相当于输出了2048*4*3个脉冲，高于要求的5028个脉冲。所以用电机自配的编码器即可。0716. 0360*)*2/(8/01. 0位置测量0303测量元件电流的测量电流的测量一般有两种方法：1.串联采样电阻 2.霍尔电流传感器法。由于经过功放后的电流压很大，需要将控制侧与功率侧隔离。而串联采样电阻这种方法不能将控制侧与功率侧很好的隔离开。所以我