[发明专利]一种基于双闭环控制的滚球控制方法

权利要求书

1.一种基于双闭环控制的滚球控制方法，其特征在于，控制系统通过基于位置环和速度环的双闭环实现对滚球在方板上的定点和轨迹运动的控制；

所述的位置环以摄像头检测滚球在方板上的位置信息作为反馈信号；

速度环的反馈信号来自对所述位置信息的处理；单位时间内2个点的位移量除以时间即为速度，即v=△s/△t；

控制系统的执行机构为2个控制方板姿态的电动推杆；2个电动推杆由独立的2个电机驱动；

方板由万向节和所述的2个电动推杆支撑；

摄像头固定在方板的正上方；

控制系统为基于MCU的控制系统；

摄像头与MCU相连；电机受控于MCU；

摄像头采用能直接输出目标位置坐标的openmv模块型摄像头；

方板上设有与MCU相连的平板姿态检测传感器，平板姿态检测传感器采用MPU-6050器件，MPU-6050器件为整合性6轴运动处理组件；

MCU与显示屏相连，显示屏用于显示方板的状态数据和滚球的运动数据，方板的状态数据包括方板的倾斜角度，滚球的运动数据包括滚球的位置坐标和运动速度；

所述的MCU为STM32F407VGT6主控制模块；

所述电机为步进电机，电机的驱动电路为基于P、N互补MOS管的H桥驱动电路；

将摄像头检测的位置信息与电阻触摸屏检测的位置信息相融合，采用2种方法融合位置数据以提高滚球位置检测的精度；方板上设有与MCU连接的电阻式触摸屏，滚珠压迫电阻式触摸屏的点为触摸点，电阻屏幕输出触摸点的位置坐标到MCU；

位置环和速度环均采用PID控制器；

位置外环的PID参数分别为：P=3000，I=100，D=3100；

速度内环参数是 P=3000，I=0，D=5000；

可调放大倍数放大器包括运算放大器LM393和4选一选择器；光强传感器的输出端Vin为信号端，所述的信号端经电阻R0的接运算放大器LM393的反相输入端，运算放大器LM393的同向输入端经电阻R0接地，运算放大器LM393的同向输入端还分别经4个电阻R01-R04接4选一选择器的4个输入通道，4选一选择器的输出通道接运算放大器LM393的输出端Vout，Vout接MCU的ADC端；MCU的2个输出端口分别接4选一选择器的通道选端A和B；Vout与Vin的计算公式：

Vout=Vin*(Rx+R0）/R0;其中，Rx=R01，R02，R03或R04；基于选通端AB来确定选择哪一个电阻；且R01，R02，R03和R04各不相同； R04=5*R03=25*R02=100*R01；R01=5*R0。