基于串口通信的十字梁实验系统的研制与开发

摘要

以具有双执行机构的气动—质量矩复合控制的气浮十字梁实验系统为研究对象，在需求分析的基础上详细介绍了系统的硬件设计和软件设计。本文所作的工作主要包括以下几个方面：首先，详细介绍了所建立十字梁实验系统的硬件设计和软件设计。其次，详细描述了串口通信程序设计的实现。最后，对设计的非线性PID控制器进行了数学仿真和实物实验，验证了数学模型的准确性和系统的可靠性。 十字梁实验系统的硬件设计，包括机械设计、电路设计、气路设计等。采用了气浮球轴承作为十字梁支撑方法，使得十字梁具有三个旋转自由度，并在一定角度内自由旋转，高压空气的润滑支撑作用使轴浮起在轴承中，大大减小了梁体在运行过程中的摩擦作用，使梁体所受的阻力接近于空中悬浮时的阻力。采用气阀和直线电机作为执行机构分别实现了气动控制和质量矩控制。设计了结构简单、使用方便、人机界面美观简洁的软件程序。 在串口通信程序设计中，介绍了总体设计，对发送惯导命令设计、中断接收数据设计、解析正确数据包设计、输出数据设计、充分利用有效数据包的设计、错误、异常的处理等具体模块做了具体的分析，实现了十字梁实验系统。 在十字梁实验系统的非线性PID控制实验中，将设计的新型非线性PID控制器应用于十字梁实验系统，进行了数学仿真和实物实验。仿真和实验的结果验证了数学模型的准确性和和系统的可靠性。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 论文的研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3本文主要工作和组织结构

2 串口通信基础及其实现方式

2.1 串口通信基础

2.2 RS-232协议

2.3 通信控制技术

2.4 S函数与设备驱动

2.5本章小结

3需求分析

3.1系统功能需求

3.2本章小结

4十字梁实验系统硬件设计和软件设计

4.1 概述

4.2十字梁实验系统的硬件设计

4.3十字梁实验系统的软件设计

4.4本章小结

5十字梁实验系统的实现

5.1 总体设计

5.2模块设计

5.3本章小结

6十字梁实验系统的非线性PID控制实验

6.1 积分分离PID控制算法及抗积分饱和PID控制算法

6.2基于离散跟踪-微分器的PID控制

6.3本章小结

结 论

参考文献

致 谢