一种悬挂运动控制系统的近似插补算法研究

和各标定点载荷量,对钢丝绳施加标定力,把检测器

夹持于钢丝绳上,稳定后记录显示器读数.由小到大逐级递增标定力的值直到最大值.在完成1次加载过程后,调准传感器的平衡点(零点),进行卸载标定.将上述标定测试过程循环进行3次,从而取得3组标定原始数据供分析计算.

经过对传感器进行加载和卸载2次逆续标定后,利用Matlab 多项式拟和功能[5]对试验数据进行分析处理,得出实际所测的电压值与所需测量的张力值之间的关系:F =-0.021+0.067U ,最后把张力值后送入L ED 进行显示.

为了确保采集数据的准确,系统采用了数据冗余技术,这样可以有效防止因钢丝绳的抖动而造成的测量误差.

5　结束语

从硬件、软件两方面对细钢丝绳在线检测装置

进行了设计,并采取了一系列抗干扰措施来保证测

量精度.现场试验结果表明,该检测装置检测功能强,工作稳定可靠.参考文献:

[1]　周绪祥.钢丝绳传统诊断方法的缺陷及科学方法介绍

[J ].鄂钢科技,2001,(3):14-15.

[2]　强锡富.传感器[M ].北京:机械工业出版社,2001.[3]　童诗白,华成英.模拟电子技术基础[M ].北京:高等教

育出版社,2001.

[4]　周立功.L PC900系列Flash 单片机应用技术(上册)

[M ].北京:北京航空航天大学出版社,2003.

[5]　张志涌.精通Matlab6.5[M ].北京:北京航空航天大学

出版社,2003.

作者简介:李　

瑞　(1984-),女,山西临汾人,硕士研究生,研究方向为机电一体化;何永庆　(1953-),男,重庆人,工程师,研究方向为机电一体化.

一种悬挂运动控制系统的近似插补算法研究

叶敦范,刘金全,欧阳才校

(中国地质大学(武汉)机械与电子信息学院,湖北武汉430074)

Research on t he Interpolation Algorit hm of One Cont rol System of Suspended Movement

YE Dun 2fan ,L IU Jin 2qu an ,OU YANG C ai 2xiao

(Faculty of Mechanical and Electronic Information ,China University of G eosciences ,Wuhan 430074,China )

摘要:阐述了一种新的悬挂运动控制系统运动轨迹控制算法,通过悬挂系统的椭圆和双曲线轨迹来分别近似模拟二维平台在X ,Y 轴上的直线步进,使悬挂系统也能像二维运动平台那样很好的实现对运动轨迹的控制,并通过Matlab 仿真验证了其具有很好的控制效果.

关键词:悬挂系统;Matlab 仿真;直线插补算法

中图分类号:TP273文献标识码:A

文章编号:100122257(2009)0320031203收稿日期:2008210223

Abstract :This paper p resent s a new pat h t rack cont rol algorit hm of suspended movement cont rol.

By separately simulating linear step of 2D platform on X and Y axis using ellip se and hyperbola track of suspended system ,it can cont rol t he movement t rack as well as t he 2D platform does.Simulation on Matlab proves t his system has excellently con 2t rol effect.

K ey w ords :suspended system ;Matlab simula 2tion ;linear interpolation algorit hm

0　引言

目前悬挂运动控制系统在国内外许多行业中都有着广泛的应用,随着社会的发展,工业生产越来越要求自动化、省人力、效率高,人们对悬挂运动控制・

13・1机械与电子22009(3)

系统提出了更多更高的要求.悬挂运动控制系统的设计分为硬件设计和软件设计.其中,软件方面应解决的主要问题是控制器如何来控制电机的转动.通过控制器发出驱动脉冲,让2个电机转动改变两段吊绳的长度,从而使吊绳上悬挂的物体按一定的轨迹运动,这在当前具有很强的现实意义和经济价值.由于悬挂系统不能像一般的二维运动平台那样在X ,Y 轴上做直线运动,故不能用一般的插补算法.目前悬挂系统中,一般使用的按绳长变化量比例分配电机脉冲的算法,可以很好地实现定点运动,但很难对运动轨迹进行任意控制[1].

1　悬挂系统模型

以2005E 题为例,如图1所示

.

图1　坐标计算示意

a ,

b 分别为当前左右绳长,x ,y 为当前坐标,由

图得到其当前坐标计算公式:

a 2-(x +15)2=

b 2-(95-x )

2

(115-y )2+(x +15)2=a 2

计算得:

x =40+(a 2-b 2

)/220

(1)y =115-a 2-(x +15)

2(2)

由于初始绳长和电机每走一步绳长的变化量都是已知的,因此任意时刻的绳长可经简单计算得到,由此可计算得出任意时刻的坐标.

2　模拟X ,Y 轴直线步进的原理

在介绍近似插补算法前,先介绍一下悬挂系统模拟X ,Y 轴直线步进的原理.这里将电机1、电机2

的绳子伸长方向称为正转方向,缩短方向称为反转方向.当电机1、电机2都正转1步时,坐标点将向下走1步,其轨迹沿着一条经过该点以两滑轮中心为焦点向下的双曲线;当电机1、电机2都反转1步时,坐标点将向上走1步,其轨迹也沿着一条经过该点以两滑轮中心为焦点的双曲线;当电机1正转1步,电机2反转1步时,坐标点将向右走1步,其轨迹沿着一条经过该点以两滑轮中心为焦点的椭圆下半圆;当电机1反转1步,电机2正转1步时,坐标点将向左走1步,其轨迹也为一条经过该点以两滑轮中心为焦点的椭圆下半圆.

其轨迹仿真如图2所示(从该点上下左右各走200步).

图2　(0,0)处的步进轨迹

可见在整个悬挂物体工作坐标范围(x ∶0～80,y ∶0～100)内,悬挂系统的椭圆和双曲线步进可分别近似模拟X ,Y 轴上的直线步进.

假定电机每走一步绳长变化量为1,由此可分别定义上下左右4个步进子函数:up (),down (),right (),left (),其中,up (),电机1、电机2都反转1步,a =a -1,b =b -1;down (),电机1、电机2都正转1步,a =a +1,b =b +1;right (),电机1正转1步,电机2反转1步,a =a +1,b =b -1;left (),电机1反转1步,电机2正转1步,a =a -1,b =b +1.4个步进子函数中除了要给定电机步进脉冲和绳长计算外,还要利用式(1)和式(2)计算当前坐标,这样每

走一步当前坐标都是已知的.

3　直线运动算法

很显然在这里不能用一般的直线插补算法,因为当直线斜率大于经过该点的以两滑轮中心为焦点的双曲线渐近线斜率时,就会出现轨迹不是直线而是双曲线的现象,因为这时直线运动已是单纯的向上或向下运动,其轨迹只能是双曲线.同理当直线斜率很小时也会出现轨迹不是直线而是椭圆弧轨迹.

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23・1机械与电子22009(3)