[发明专利]一种基于电阻屏位置检测的板球控制实验系统

权利要求书

1.一种基于电阻屏位置检测的板球控制实验系统，其特征是，包括电阻屏、底盘与二维舵机控制机械结构；电阻屏固定在底盘上方水平位置，板球在电阻屏平面上运动；二维舵机机械控制结构包括球关节、两个导轨、两个连杆和两个舵机，底盘中央设有球关节；底盘为矩形，横边与竖边分别设有两个导轨，二个连杆受驱动一端分别由二个独立的舵机驱动，二个连杆输出端凸部分别在两个导轨内滑动；另包括单片机、电源；单片机先与AD转换芯片相连再与电阻屏相连，从电阻屏获取小球位置信息；单片机和舵机相连，对舵机直接控制；单片机还与键盘和显示屏相连接，通过键盘对系统进行认为设置，显示屏显示小球位置等信息，实现人机交互功能。

2.一种基于电阻屏位置检测的板球控制实验系统，其特征是，包括电阻屏、底盘与二维舵机控制机械结构；电阻屏固定在底盘上方水平位置，板球在电阻屏平面上运动；二维舵机机械控制结构包括球关节、两个关节连杆和两个舵机，底盘中央设有球关节；底盘为矩形，横边与竖边分别设有两个平条，两个关节连杆为二个带中间关节的连杆，受舵机驱动，带中间关节的下端连杆分别由二个独立的舵机驱动，二个带中间关节的上端连杆的输出端分别固定在两个平条的位置设定的固定销轴，并分别在两个平条方向摆动；另包括单片机、电源；单片机先与AD转换芯片相连再与电阻屏相连，从电阻屏获取小球位置信息；单片机和舵机相连，对舵机直接控制；单片机还与键盘和显示屏相连接，通过键盘对系统进行认为设置，显示屏显示小球位置等信息，实现人机交互功能。

3.根据权利要求1所述基于电阻屏位置检测的板球控制实验系统，其特征是，电阻屏附于托盘上共同组成小球的支撑平台，电阻屏用于获取小球的位置数据；二个连杆输出端在舵机摆动驱动时，舵机驱动轴在摆动的垂线时，连杆输出端凸部分别在两个导轨的中央位置，即相对固定在托盘相邻横边与竖边两边的中点，二个连杆分别由各自独立的舵机驱动，舵机运行时经连杆传动，控制托盘平面在东西与南北二维方向上的倾斜角。

4.根据权利要求2所述基于电阻屏位置检测的板球控制实验系统，其特征是，电阻屏附于托盘上共同组成小球的支撑平台，电阻屏用于获取小球的位置数据；二个关节连杆输出端在舵机摆动驱动时，舵机驱动轴在摆动的垂线时，二个关节连杆输出端分别在纵与横的最高位置，即相对固定在托盘相邻横边与竖边两边的中点，二个关节连杆分别由各自独立的舵机驱动，舵机运行时经二个关节连杆传动，控制托盘平面在东西与南北二维方向上的倾斜角。

5.根据权利要求1-4之一所述基于电阻屏位置检测的板球控制实验系统的控制方法，其特征是，板球系统串级PID控制，x或Y方向均由内外两环并联调节，外环为位置环，输入量为小球设定位置和小球当前位置，输出量为小球设定速度，内环为速度环，输入量为小球设定速度和小球当前速度，输出量为平台角度；最后将角度转换为相应占控比的PWM波来驱动舵机；

速度环起着限速的作用无需积分，比例和微分控制环节负责控制速度，同时加快系统稳定速度，减小超调量；位置环的比例与微分环节控制负责设定小球速度同时减小超调量，定位精度由位置环的积分环节发挥主要作用；

在实际应用中对位置环的积分环节使用积分离算法和防止积分过饱和算法，当小球运动到目标位置附近时加入积分环节，同时限制积分范围；

x方向速度设定值v′(t)与位置误差e_x(t)的关系为

v′(t)＝P₁e_x(t)+I₁∫e_x(t)dt+D₁de_x(t)/dt

e_x(t)＝x′(t)-x(t)

其中P₁、I₁、D₁是位置环的比例、积分、微分系数，x′(t)是目标位置，x(t)是当前位置；

x方向平板角度α(t)与速度误差e_v(t)的关系为

α(t)＝P₂e_v(t)+D₂de_v(t)/dt

e_v(t)＝v′(t)-v(t)

其中P₂、D₂是速度环的比例、微分系数，v(t)是当前速度；

Y方向速度、平板角度运算同x方向。