自动控制元件课程设计

100mm
100mm 80mm
手枪和 摄像头
82.5mm 100mm
步进电 机
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
机座
02 整体设计方案
手枪和 摄像头
82.5mm 100mm
步进电 机
03 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AKM42J-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。
03 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
03 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。所以我们采用霍尔电流传感器法
03 驱动电路
PWM功率放大电路
03 驱动电路
74HC14构成的总线缓冲器
控制俯 仰角电 机及减
速器
181.3mm 40mm
200mm
82.5mm 100mm 底部托盘
03 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AKM42JANCN2-00型直流无刷电机和SESAME公司 的PGL90型减速器。其参数如图所示。
03 测量元件
TLP521构成的光耦隔离
03 控制器
控制器:DSP为核心的控制板
03 信号传递
信号传递
THANKS
03 电机选择
控制手枪开枪
选择86BYG250C型步进电机,参数如图(倒数第四个):
要求：
1.能够扳动扳机， 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
03 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
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 T ml 2 mgl ，
带入 为10rad / s2 时，算得力矩为
6.3N*M。
电机和 减速机
对于额定转速， 在选择时尽量选择较高的转速。
100mm
配套光电编码器要求
机座
100mm 80mm
3.有较高的位置分辨率
对电机的额定速度和额定转矩提出了要求
控制方位角部分示意图：
枪 步进电机
不过对于转矩的计算同控制俯仰角的不同， 其公式为
T (m俯仰电机l12 m步进电机l22 m手枪l32 J4 )
带入 10rad / s，2 得到力矩为2.7N*m。
配套光电编码器要求
自动控制元件课程设计
——目标跟踪射击系统
小组成员：
大纲
contents
01
系统的指标要求
02
整体设计方案
03
具体元件的选择
01ຫໍສະໝຸດ Baidu
PART ONE
系统的指标要求
01 系统的指标要求
图像定位的误差（以人胸口为基准）≤ 5cm
指标1
指标2
可以跟踪距离摄像头垂直距离 3 米~8 米， 横向距离范围 0~10 米，俯仰 角为−30°~60°的目标
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
选择 摄像头
相机的极限分辨率： 1/（单个像元尺寸*2）
选择 相机
曝光时间最小为0.035ms， 帧数为23FPS，满足要求。
帧率18~25FPS
03 相机与镜头
镜头参数
相机参数
全局摄像头的摆放
主视图
俯视图
03
PART THREE
具体元件的选择
03 图像传感器
当前被普遍采用的两种图像传感器是 CCD 和 CMOS 传感器
CMOS 价格低 CCD 噪声较小 CMOS存取速度快 CCD 成像质量好 CMOS驱动简单
对噪声的要求比较小， 快速性为主要考虑因素。 因此选择了CMOS
位置测量
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
0.01/ 8/(2* )*360 0.0716
则一个周期内应该输出的脉冲数360/0.0716=5028
03 相机与镜头
明确 指标
01
根据相机的镜头焦距选择 摄像头： 150万像素的镜头 至500万像素的镜头
02
匹配 相机
03
验证
选用了华谷动力公司生产的 WP-U200相机
04
05
图像定位误差 1cm
相机镜头的放大倍数≈焦距/物距
因此相机的镜头焦距要大于16mm
带宽为3HZ
镜头与相机对应的是各自的极限空间分辨率
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。
带宽为3HZ
指标3
设计说明
Design instruction
指标4 摄像头跟踪目标时的调整时间小于 1s
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 5Nm
指标5
指标6
旋转电机和俯仰电机转角误差控制在 1 秒内
02
PART TWO
整体设计方案
02 整体设计方案
电机和 减速机