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自动控制小车转向机构控制技术研究与实现


所属栏目:自动化论文
发布时间:2019-12-16 10:27:38  更新时间:2019-12-16 10:27:38

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  摘 要:文章采用 STC12C5202AD 单片机来实现 PWM 输出控制,控制舵机的转动,从而实现线控小车的转向控制。结果表明舵机的转角范围达到-90°到 90°,且线性度较好,小车转向稳定,控制精度较高,达到控制目的。

  关键词:转向机构;舵机;自动控制

自动控制小车转向机构控制技术研究与实现

  1、舵机工作原理

  舵机主要是由外壳、电路板、无核心马达、齿轮与位置检测器所构成。其工作原理是由接收机发出讯号给舵机,经由电路板上的 IC 判断转动方向,再驱动无核心马达开始转动,透过减速齿轮将动力传至摆臂,同时由位置检测器送回信号,判断是否已经到达定位。位置检测器其实就是可变电阻,当舵机转动时电阻值也会随之改变,藉由检测电阻值便可知转动的角度[3]。舵机调速是通过对脉冲信号的占空比进行控制,占空比大,相应获得的电压就大,转速快[4];反之亦然。舵机电压通常介于 4V~6V,一般取 5V。控制线的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号,可通过单片机 I/O 口对其进行控制。方波脉冲信号周期为 20ms(频率为 50Hz)。当方波脉冲宽度改变时,舵机转轴角度发生改变,角度变化与脉冲宽度的变化成正比。以 180°角度伺服为例,对应关系如下: 0.5ms~-90°、1ms~-45°、1.5ms~0°、2ms~45°、2.5ms~ 90°,因此,PWM 与舵机转角呈线性变化,即给它提供一定的脉宽,它的输出轴就会保持在一个相对应的角度上,无论外界转矩怎样改变,直到给它提供下一个宽度的脉冲信号,才会改变输出角度。

  2、单片机控制

  对于线控小车系统来说,采用 STC12C5202AD 单片机来实现 PWM 输出控制,使端口输出的 PWM 信号脉冲宽度实现毫秒级甚至微秒级的变化,从而提高舵机的转角精度。单片机系统实现对小车舵机输出转角的控制,要产生 20ms 的 PWM 周期信号,并对脉宽进行调整,借以调整占空比。小车舵机如图 1 所示。

  2.1 应用两个定时器当系统中的定时/计数器资源足够使用,所控制的舵机只有一个时,可将 20ms 定时分为两次中断执行,一次短定时中断和一次长定时中断。如要让舵机左转 45°,它的正脉冲为 2ms,则负脉冲为 20ms-2ms=18ms。首先向控制口发送 2ms 高电平,中断发生后,在中断程序里将控制口改为低电平,并将中断时间改为 18ms,如此往复实现 PWM 信号输出到舵机。如系统晶振频率选择 22.1184MHz,采用 T0 的方式 0 实现 2ms 高电平输出,采用 T1 的方式 1 实现 18ms 低电平定时输出,采用中断方式由 P2.5 口输出高低电平。

  2.2 应用一个定时器若采用一个定时器 T0,系统主频仍为 22.1184MHz,可将 20ms 周期 PWM 脉冲分成 200 份,每一份为 0.1ms,采用中断方式,定时器 T0 工作方式 1,2ms 高电平输出即为中断 20 次,并输出 20 次高电平,18ms 低电平输出即为中断 180 次,并输出 180 次低电平,采用一个定时器如果对定时时间进行细分,可将 20ms 的 PWM 周期信号分为 2000 份,每一份定时时间为 0.01ms,这样定时输出的效果更明显,对舵机角度的控制也可做的更精确,也能实现同时对多个舵机的控制。如果系统中需要控制几个舵机的准确转动,可以用单片机和计数器进行脉冲计数产生 PWM 信号。脉冲计数可以利用 5l 单片机的内部计数器来实现,但是从软件系统的稳定性和程序结构的合理性看,最好使用外部的计数器实现。

  3、结束语

  随着控制技术的不断发展,人们对自动控制系统的精度要求越来越高。在小车控制系统中,采用了 STC12C5202AD 单片机产生 PWM 信号,方便地实现了舵机控制。对线控小车的测试表明,控制系统工作稳定,PWM 占空比(0.5~2.5ms 的正脉冲宽度)和舵机的转角(-90°~90°)线性度较好,小车转向稳定,控制精度较高。

  参考文献

  [1] 杨平. 双余度无刷直流电机控制系统设计及性能研究[D]. 西安:西北工业大学,2005.3.

  [2] 蒋亚峰. 舵机系统控制算法及性能改进[D].西安:西安电子科技大学,2009.1.

  《自动控制小车转向机构控制技术研究与实现》来源:《汽车实用技术》,作者:隋美丽 ,夏征 ,付贻伟 ,王楠。



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