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【6h】

行车轨道全站仪检测自动小车

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摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 项目的来源和现实意义

1.2 项目的主要设计方案简述

1.3 系统设计的主要性能要求指标

1.4 系统设计中要解决的问题

第二章 小车车体设计和控制系统概述

2.1 小车的车体设计

2.2 控制系统概述

2.2.1 自动小车和云台的运动控制

2.2.2 遥控器的设计

2.2.3 控制系统的软件设计

2.2.4 小车的供电系统

2.2.5 安全防护等级

第三章 自动小车的直流电机DSP 调速控制

3.1 直流电机动态数学模型

3.1.1 电气部分

3.1.2 机械部分

3.2 连续时间系统传递函数

3.3 离散时间系统模型

3.4 直流电机调速原理

3.4.1 直流电机的几种调速原理

3.4.2 电枢电压调速原理

3.5 系统直流电机选型

3.6 系统直流电机调速电压计算

3.6.1 直流电机的技术参数

3.6.2 直流电机的运行特性曲线

3.6.3 计算并画出所选电机速度—转矩图

3.7 直流电机电压调速的可逆PWM 系统

3.7.1 PWM 调速系统

3.7.2 直流电机可逆PWM 系统

3.8 系统直流电机PWM 控制电路构成

3.8.1 PWM 驱动电路

3.8.2 电机转速PI 控制电路器件

3.9 数字 PI 调节的DSP 实现算法和存在问题

3.9.1 数字PI 调节的DSP 实现

3.9.2 数字PI 调节算法中的数据Q 格式

3.10 电机转速PI 控制的程序设计及原代码

3.10.1 电机转速PI 控制的程序设计

3.10.2 数字PI 调节算法的原代码

第四章 云台的步进电机调速控制

4.1 步进电机的工作原理

4.1.1 步进电机的分类

4.1.2 反应式步进电机的工作原理

4.2 步进电机的选型

4.2.1 步进电机负载的估算

4.2.2 步进电机的选型

4.3 反光棱镜模型的建立

4.4 步进电机的细分驱动方式

4.4.1 细分驱动的简单原理介绍

4.4.2 细分驱动的实现方法

4.4.3 系统电流分配系数的确定

4.5 棱镜水平转速ω的确定方式

4.5.1 棱镜(云台)在水平方向上转速的确定

4.5.2 棱镜水平线性插补时间15 选取的不合理性

4.5.3 棱镜水平ω线性插补时间的合理选取

4.5.4 线性插补时间点ω对应的定时器周期

4.6 步进电机 DSP 控制方法的实现

4.6.1 棱镜水平转角控制方法实现

4.6.2 棱镜垂直转角控制方法实现

4.6.3 棱镜水平转角的控制程序设计

4.6.4 棱镜转角的控制程序原代码

第五章 无线遥控模块的设计与软件实现

5.1 无线遥控模块的简介

5.2 基于NRF401 的无线数据传输模块的设计

5.2.1 NRF401 无线收发芯片的简介

5.2.2 系统无线遥控发射电路设计

5.3 系统无线发射程序设计

5.3.1 系统的无线遥控发射程序设计

5.3.2 系统无线遥控发射程序原代码

5.4 系统无线接收模块设计

5.4.1 系统无线接收电路设计

5.4.2 系统无线接收程序设计

5.4.3 系统无线接收程序原代码

第六章 系统主程序的设计

6.1 系统主程序的实现功能

6.2 系统主程序的设计

6.3 系统主程序的原代码

第七章 直流电机的MATLAB 建模与仿真

7.1 直流电机模型的建立

7.2 直流电机 PI 控制参数

第八章 总结

参考文献

附录1

附录2

附录3

附录4

附录5

附录 6

附录 7

攻读硕士学位期间公开发表的学术论文

致谢

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摘要

由于行车轨道的重载工作环境和地面沉降等因素造成轨道的横向和纵向变形,容易引起行车运行不平稳,严重的情况下可以引起工业事故,所以定期的检查是安全生产所必需的。以往通过人工测量的方法不但费时而且不易实施,现在根据生产需求,利用全站仪并设计带云台的小车实现自动检测。全站仪可以自动跟踪反光棱镜并同时进行角度、距离、和目标点坐标的测量和数据处理。采用全站仪对行车轨道进行检测时,自动小车携带棱镜自动运行,并可调整棱镜姿态,保持棱镜的中心始终对准全站仪发射的激光束(全站仪跟踪棱镜的功能由全站仪完成),完成全站仪对轨道的自动检测。本文主要完成自动小车的车体和其控制系统设计。小车车体由小车平台机架、驱动系统、导向副轮、伸缩机构和检测机构等组成。监测棱镜、云台、控制装置和蓄电池均装在小车上面。小车驱动系统采用进口优质Maxon带减速器直流伺服电机,云台转角采用二个自由度,每个自由度分别由步进电机控制,调节棱镜的回转方向角度和俯仰方向角度,以保证棱镜跟踪运动方向的变化。整个小车采用TMS320LF2407DSP为核心的控制系统,控制内容包括:小车的运动控制、棱镜的姿态控制,数据的计算和补偿,指令的传输。DSP控制芯片通过遥控模块接收地面操作台的控制命令。在测量过程中,由于钢轨平行度变化造成的运动偏离理论轨迹。由于其对棱镜姿态造成的误差很小,可以忽略不计,因此这部分误差由全站仪来调整即可。系统设计需要完成的软件有:小车的运动控制、云台的姿态调整、数据、指令的传输等功能。控制软件固化于DSP中,工作在实时控制方式下。系统设计的完成将不仅改善轨道变形的测量精度,而且使检测工作简单易行。

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