[发明专利]一种基于双闭环控制的滚球控制方法

说明书

本发明公开了一种基于双闭环控制的滚球控制方法，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；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。该基于双闭环控制的滚球控制方法易于实施，控制精度高。

技术领域

本发明涉及一种基于双闭环控制的滚球控制方法。

背景技术

二十世纪80年代末，滚球系统开始作为一种检验及研究控制算法的实验装备流行在国内外。在初期的仿真阶段，1989年，国外研究人员率先应用近似线性模型，实现对滚球系统的控制。国内，清华大学自动系的张乃尧教授等实现了滚球系统的数学建模，针对性的提示滚球系统的三种控制方案：1)T-S模糊控制；2)分层模糊自适应控制；3)三层递阶模糊控制。在实际装置的研究中，2004年，美国马里兰大学教授Phillip研究团队研制了基于视觉反馈的滚球系统实验平台，并研究了滚球的定位控制算法。清华大学设计了模糊控制方法对系统进行控制器设计，实现了滚球在平板上的镇定控制。国内教学设备制作商深圳元创兴科技有限公司和固高科技有限公司也开始制造销售滚球系统实验室教学装置。

滚球系统作为一种多变量、非线性的机械平台，它是球杆系统的扩展，研究的主要问题包括：1)系统的动力学建模；2)传感器的数字图像处理；3)滚球的定点和轨迹控制；4)复杂路径下的道路规划。在滚球系统中，滚球本身不带任何传感器，完全依靠平板的倾斜使其运动，系统存在视觉反馈机构，驱动机构和传动机构滞后，以及摩擦非线性的干扰等因素。这些都对系统控制提出高的要求。由于该系统在动力学、视觉伺服、现代控制理论具有典型性，代表着实际工程中强耦合、多变量、非线性的不确定系统。既能作为一种检验控制算法的标准控制平台，又能作为对不确定系统领域的研究平台。

因此，有必要设计一种新的基于双闭环控制的滚球控制方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于双闭环控制的滚球控制方法，该基于双闭环控制的滚球控制方法易于控制，控制精度高。

发明的技术解决方案如下：

一种基于双闭环控制的滚球控制方法，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极为速度，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。