控制系统

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控制系统范文第1篇

关键词：运动控制系统上位控制单元方案

信息时代的高新技术流向传统产业，引起后者的深刻变革。作为传统产业之一的机械工业，在这场新技术革命冲击下，产品结构和生产系统结构都发生了质的跃变，微电子技术、微计算机技术使信息和智能和机械装置和动力设备相结合，促使机械工业开始了一场大规模的机电一体化技术革命。随着计算机电子电力和传感器技术的发展，各先进国家机电一体化产品层出不穷。机床、汽车、仪表、家用电器、轻工机械、纺织机械、包装机械、印刷机械、冶金机械、化工机械以及工业机器人、智能机器人等许多门类产品每年都有新的进展。机电一体化技术已越来越受到各方面的关注，它在改善人民生活、提高工作效率、节约能源、降低材料消耗、增强企业竞争力等方面起着极大的功能。在机电一体化技术迅速发展的同时，运动控制技术作为其关键组成部分，也得到前所未有的大发展。

在一个运动控制系统中“上位控制”和“执行机构”是系统中举足轻重的两个组成部分。“执行机构”部分一般不外乎：步进电机，伺服电机，以及直流电机等。它们作为执行机构，带动刀具或工件动作，我们称之为“四肢”；“上位控制”单元的方案主要有四种：单片机系统，专业运动控制PLC，PC运动控制卡，专用控制系统。“上位控制”是“指挥”执行机构动作的，我们也称之为“大脑”。以下，我们将分述系统中的“大脑”中的各个部分，并详尽地论述“PC运动控制卡”方案。

一、用单片机系统来实现运动控制。

此系统由单片机芯片、扩展芯片以及通过搭建电路组成。在“位置控制”方式时，通过单片机的I/O口发数字脉冲信号来控制执行机构行走；“速度控制”方式时，需加D/A转换模块输出模拟量信号达到控制。此方案优点在于成本较低，但由于一般单片机I/O口产生脉冲频率不高，对于分辨率高的执行机构尤其是对于控制伺服电机来说，存在速度达不到，控制精度受限等缺点。对于运动控制复杂的场合，例如升降速的处理，多轴联动，直线、圆弧插补等功能实现起来都需要自己编写算法，这必将带来开发起来难度较大，研发周期较长，调试过程烦琐，系统一旦定型不太轻易扩充功能、升级、柔性不强等新问题。因此这种方案一般适用于产品批量较大、运动控制系统功能简单、且有丰富的单片机系统开发经验的用户。

二、采用专业运动控制PLC来实现运动控制。

目前，许多品牌的PLC都可选配定位控制模块，有些PLC的CPU单元本身就具有运动控制功能（如松下NAIS的FP0，FPΣ系列），包括脉冲输出功能，模拟量输出等等。使用这种PLC来做运动控制系统的上位控制时，可以同时利用PLC的I/O口功能，可谓一举两得。PLC通常都采用梯形图编程，对开发人员来说简单易学，省时省力。还有一点不可忽视，就是它可以和HMI（人机界面）进行通讯，在线修改运动参数，如轴号，速度，位移等。这样整个控制系统中从输入到控制再到显示，非常便利。一方面将界面友好化，另一方面将控制系统的成本从整体上节省了。但具有脉冲输出功能的PLC大多都是晶体管输出类型的，这种输出类型的输出口驱动电流不大，一般只有0.1~0.2A。在工业生产中，作为PLC驱动的负载来说，很多继电器开关的容量都要比这大，需要添加中间放大电路或转换模块。和此同时，由于PLC的工作方式（循环扫描）决定了它作为上位控制时的实时性能不是很高，要受PLC每步扫描时间的限制。而且控制执行机构进行复杂轨迹的动作就不太轻易实现，虽说有的PLC已经有直线插补、圆弧插补功能，但由于其本身的脉冲输出频率也是有限的（一般为10K~100K），对于诸如伺服电机高速高精度多轴联动，高速插补等动作，它实现起来仍然较为困难。这种方案主要适用于运动过程比较简单、运动轨迹固定的设备，如送料设备、自动焊机等。

三、采用专用数控系统作为上位控制。

专用的数控系统一般都是针对专用设备或专用行业而设计开发生产的，像专用车床数控系统，铣床数控系统，切割机数控系统等等。它集成了计算机的核心部件，输入、输出设备以及为专门应用而开发的软件。由于是“专业对口”，人们可以尽情发挥“拿来主义”。不需要进行什么二次开发，对使用者来说只需通过熟悉过程达到能操作的目的就行。在这方面，国外知名品牌的产品在我国制造行业中早已占领了了领地，如西门子，法那克，法格，海宝等等。当然，之所以它们能大规模广泛地被采用和这种专用数控系统，是因为其功能丰富，性能稳定可靠。但为之付出的代价就是高成本。因此，适用于控制要求较高且产品档次较高的数控设备生产厂家和使用者。

四、采用PC运动控制卡作为上位控制的方案。

随着PC（PersonalComputer）的发展和普及，采用PC运动控制卡作为上位控制将是运动控制系统的一个主要发展趋向。这种方案可充分利用计算机资源，用于运动过程、运动轨迹都比较复杂，且柔性比较强的机器和设备。从用户使用的角度来看，基于PC机的运动控制卡主要是功能上的差别：硬件接口（输入/输出信号的种类、性能）和软件接口（运动控制函数库的功能函数）。按信号类型一般分为：数字卡和模拟卡。数字卡一般用于控制步进电机和伺服电机，模拟卡用于控制模拟式的伺服电机；数字卡可分为步进卡和伺服卡，步进卡的脉冲输出频率一般较低（几百K左右的频率），适用于控制步进电机；伺服卡的脉冲输出频率较高（可达几兆的频率），能够满足对伺服电机的控制。目前随着数字式伺服电机的发展和普及，数字卡逐渐成为运动控制卡的主流。

从运动控制卡的主控芯片来看，一般有三种形式：单片机，专用运动控制芯片，DSP。

以单片机为主控芯片的运动控制卡，成本较低，电路较为复杂。由于这种方案仍是采用在程序中靠延时来控制发脉冲，脉冲波形的质量和频率都受到限制，一般用这种卡控制步进电机；以专用运动控制芯片为主控芯片的运动控制卡成本较高，但其运动控制功能有硬件电路实现，而且集成度高，所以可靠性、实时性都比较好；输出脉冲频率可以达到几兆赫兹，能够满足对步进电机和数字式伺服电机的控制。以DSP（DigitalSignalProcessor）为主控芯片的运动控制卡利用了DSP对数字信号的高速处理，能够实时完成极其复杂的运动轨迹，常用于像工业机器人等运动复杂的自动化设备中。

运动控制卡是基于PC机各种总线的步进电机或数字式伺服电机的上位控制单元，总线形式也是多种多样，通常使用的是基于ISA总线，PCI总线的。而且由于计算机主板的更新换代，ISA插槽都越来越少了，PCI总线的运动控制卡应该是目前的主流。卡上专用CPU和PC机CPU构成主从式双CPU控制模式：PC机CPU可以专注于人机界面、实时监控和发送指令等系统管理工作；卡上专用CPU来处理所有运动控制的细节

：升降速计算、行程控制、多轴插补等，无需占用PC机资源。同时随卡还提供功能强大的运动控制软件库：C语言运动库、WindowsDLL动态链接库等，让用户更快、更有效地解决复杂的运动控制新问题。运动控制卡的功能图如下：（以MPC02为例）

<--运动控制卡的功能图-->

控制卡接受主CPU的指令，进行运动轨迹规划，包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速处理、原点和限位开关等信号的检测等。每块运动控制卡可控制多轴步进电机或数字式伺服电机，并支持多卡共用，以实现更多运动轴的控制；每个轴都可以输出脉冲和方向信号，并可输入原点、减速、限位等开关信号，以实现回原点、限位保护等功能。开关信号由控制卡自动检测并作出反应。

目前的运动控制卡主要特征有：开放式结构、使用简便、功能丰富、可靠性高等。具体的特征体现在硬件和软件两个方面：在硬件方面采用PC机的ISA总线方式，各种设置采用简单的跳线和拨码开关；接线方式采用D型插头；采用PC机的PCI总线方式，卡上无需进行任何跳线设置，所有资源自动配置，接线方式采用SISC型插头，可使用屏蔽线缆，并且所有的输入、输出信号均用光电隔离，提高了控制卡的可靠性和抗干扰能力；在软件方面提供了丰富的运动控制函数库，以满足不同的应用要求。用户只需根据控制系统的要求编制人机界面，并调用控制卡运动函数库中的指令函数，就可以开发出既满足要求又成本低廉的多轴运动控制系统。

控制卡的运动控制功能主要取决于运动函数库。运动函数库为单轴及多轴的步进或伺服控制提供了许多运动函数：单轴运动、多轴独立运动、多轴插补运动等等。另外，为了配合运动控制系统的开发，还提供了一些辅助函数：中断处理、编码器反馈、间隙补偿，运动中变速等。

正是由于运动控制卡的开放式结构，强大而丰富的软件功能，对于使用者来说进行二次开发的设计周期缩短了，开发手段增多了，针对不同的数控设备，其柔性化、模块化、高性能的优势得以被充分利用。在目前工业生产中，它的应用范围十分广泛，在使用步进电机和数字式伺服电机的PC机运动控制系统中，都可以使用运动控制卡作为核心控制单元，例如：数控机床、加工中心、机器人等；送料装置、云台；X-Y-Z控制台；绘图机、雕刻机、印刷机械；打标机、绕线机；医疗设备；包装机械、纺织机械。

控制系统范文第2篇

关键词:自动控制系统控制方式组成

1、自控系统的基本概念

1.1 自动控制的重要性

(1)自动控制技术水平的高低,标志着一个国家工业和科技先进与否。

(2)高水平的自动控制技术对一个国家的工业、国防和科学起着至关重要的作用。

(3)自动控制原的基本思想和基本方法可以用于各个领域。

(4)每个工程技术人员和高级管理人员必须具备自动控制原理的知识。

控制主要是指给一个运动过程施加约束,使运动过程按指定的路径,向期望的方向发展。自动控制的定义:是指在没有人直接参与的情况下,利用外加的设备或装置,使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。

2、自动控制系统基本控制方式

自动控制系统是指为自动达到某一目的,由相互制约的各个部分按一定规律组织成的、具有一定功能的整体。自动控制系统的组成主要包括控制器、被控对象、反馈环节、给定装置等。而自动控制系统基本控制方式主要有开环控制、闭环控制和复合控制三种。

2.1 开环控制如图1所示

其特点是在控制器和被控对象之间只有正向控制作用而没有反馈作用,简单、控制精度低。

2.2 闭环控制如图2所示

闭环系统自动把输出量反送到输入端并与输入量进行比较,得到偏差信号,偏差越大,控制力度也越大。迫使输出量向输入量靠近。 故控制精度高。反馈是指将检测出来的输出量送回到系统的输入端,并与输入量进行比较的过程。负反馈主要是指偏差量=输入量-反馈量。负反馈的自动调节原理可简单总结为输出量↓→反馈量↓→偏差量↑控制量↑→输出量↑反之,也一样。总之,能自动减小偏差,恒定输出。

2.3 闭环控制的特点包括以下两个方面

(1)自动检测偏差,不断调整控制量,克服前向通道上的各种干扰,控制精度高,稳定性好。

(2)对反馈通道上的干扰不能克服,对反馈设备要求高,价格贵,系统结构复杂。

2.4 复合控制如图3所示

该图为干扰补偿的开环控制和按偏差的闭环控制相结合,复合控制的效果也比单一的反馈控制或者单一的开环控制的效果都好。

3、自动控制系统的组成

图4为一个简单控制系统实例,主要包括:

给定环节——用于产生输入到控制系统的指令信号。指令信号通常称为输入量或给定量,常用r来表示。

比较环节——用于将给定量与反馈量进行比较,比较环节的输出量等于两输入量的代数和。箭头上的符号表示输入在此相加或相减。给定量与反馈量的差值,称为偏差,常用e来表示。

控制器——接受偏差信号,通过转换与运算,产生控制量u,以改善系统的性能。控制量常用u来表示。

中间环节—— 它的作用是将控制信号进行变换、功率放大等,以便对被控对象进行控制。达到纠正偏差的目的。

被控对象G——它是要求实现自动控制的设备。它接受控制量并输出被控制量。系统输出量常用c来表示。不希望的、影响系统输出的信号,称为扰动,常用n来表示。

反馈环节——将输出量转换为主反馈信号的装置,主反馈是与输出成正比或成某种函数关系,但量纲与参考输入相同的信号,用b来表示。

随着的自动控制系统在各行业应用的不断加深,自动控制系统开发与应用企业也面临着更高挑战。这就要求自动控制开发企业必须加大对相关人才培养与引进,通过人才战略提高自身的市场竞争力,提高对应用自动控制系统客户的售后服务,保障自动控制系统的精准性,为该技术的应用发展打下坚实的基础。

控制系统范文第3篇

导弹控制系统作为导弹系统的重要组成部分，对于导弹的正常工作有重要的意义，目前经典控制方法和现代控制方法在导弹控制系统中的应用都存在一定的局限性，因此，本文通过对经典和现代控制方法在导弹控制系统设计中的应用进行全面比较分析，进一步提出对导弹控制系统的优化方法，为导弹控制系统的性能稳定、准确定位等都提供了更有效保证。

【关键词】导弹控制系统 优化技术

1 引言

通常导弹控制系统的控制性不是很稳定，往往将这样的特性称为动态性，基于这样的现状下，导弹控制系统需要进一步进行优化研究，以提升其稳定性。然而，传统的导弹系统的优化控制方法，并不适用于所有的导弹，而只是适用于中小规模、函数性态相对简单的导弹控制系统的优化。目前导弹系统是一个包含多个领域的大型综合系统，包括几何外形分析、气动分析、隐身分析和结构设计等，目前所使用的经典优化设计方法并不能对其起到作用。综合优化设计方法是集合了多个学科的知识，对大规模的导弹系统的优化设计进行有效解决的方法，它在控制系统的优化设计的实施过程中，主要通过对分布式计算机网络的有效利用，将多个领域的知识进行综合处理，最终得到控制系统的优化设计方法，综合应用到优化设计的全部过程中，实现对多个领域的知识的充分利用的同时，也进一步促使了系统之间的相互作用所产生的协同效应，实现导弹控制系统的优化设计。

2 导弹控制系统的组成

导弹控制系统主要由综合控制电路、舵系统和惯性组件组成。控制系统主要通过对导弹舵面的有效操纵来实现对导弹的整个飞行轨迹的控制。其中：惯性组件包括三只框架式自由角陀螺仪、两只线加速度计和三只液环式角加速度计，分别用于测量导弹弹体的姿态角信号、线加速度信号和角加速度信号。

综合控制电路由数字电路和各种特定功能的模拟电路组成，包括固态继电器、运算放大电路、跟踪记忆电路、归零装置、功率驱动模块、变结构控制电路等，用于实现传感器信号的传递、变换、运算、放大、阻尼矫正、PID控制和导弹控制系统工作状态、工作阶段的切换等功能。舵系统由功率驱动模块、舵机、传动机构、舵面和舵反馈信号电路组成。某些导弹使用不具有反馈回路的开环舵系统，其功能是根据舵控信号开环控制舵面偏转运动。

3 经典控制方法在导弹控制系统中应用及其局限性

（1）导弹在飞行过程中存在各种不确定性。为提升导弹飞行过程中的稳定性，可以通过添加测量组件，并进一步用其对下一步的飞行路径进行有效预测。然而经典方法对确定的线性化模型进行设计时，优化的设计方法主要是通过利用稳定裕度法对不确定性问题进行预测。按照这种方法进行优化设计的控制系统，不但要具有动态性，同时还需要具备抗干扰性，然而这种方法设计的控制系统最终对于动态的品质有一定的影响。因此，为确保系统具有一定的稳定裕度，往往采取折中的设计手法。

（2）利用稳定裕度进行设计的基本目标是提升系统的稳定性和降低其干扰性，采用经典控制方法设计的控制系统往往会因为系统的鲁棒性较差而难以满足基本需求。

（3）在于对象本质的非线性。针对比较繁琐的非线性控制系统，往往不只是单纯地对泰勒级数的应用来对系统进行优化设计，往往也得有针对性地采取非线性控制方法。因此，面对越来越复杂的环境的变化，对导弹控制系统优化设计方法研究变得越来越有必要。

4 现代控制方法在导弹控制系统设计中的应用

不同于经典控制方法，现代控制方法主要通过对抑制参数的把控及对各种动态信息的及时追踪，使得对导弹的动态性、干扰性能够进行有效控制。这也是现代控制法所优于传统控制法的方面，基于这样的性能优势，现代控制方法得到了大范围地推广与应用，不仅优化了传统的导弹控制系统，同时还进一步促进了导弹控制系统优化设计技术的快速发展。比较有代表性的现代控制方法主要有以下几个方面：

4.1 滑模变结构控制

滑模变结构控制是一种用于非线性路径的系统控制方法，该系统反应快、超调量小、系统结构简单，且具有稳定性和抗干扰性等优势，因此该系统逐步在目前的飞行控制系统优化设计领域中开始被逐步采用。将主要针对经典控制法下导弹飞行过程中所存在的不确定性进行有效控制，一方面在结果方面，对导弹进行滑模变结构的优化设计，使得结构变得更加简单，便于控制，另一方面，在性能方面，该结构在一定程度上也提升其对外界干扰的鲁棒性。这是一种针对导弹控制系统所存在的不确定性进行有效地规避，同时排除外界干扰的一种有效结构，因此，在一定程度上将会增强导弹的定位准确性以及提升其排除干扰的能力，为导弹的高效服务提供了更好的结构。

4.2 鲁棒控制

鲁棒控制是提高控制系统精确性的重要控制方法。其主要的原理是针对动态路径的变化，进一步确定系统在下一个阶段的设置参数，因此其参数的动态设置，可以提高控制系统的动态稳定性。由于控制系统的鲁棒性和动态性能很难同时实现，鲁棒控制以降低系统动态性能来提升系统的强鲁棒性，总体而言设计方面还是存在一定的缺陷。随着科技不断进步，鲁棒控制的方法也开始逐步进行优化设计，其动态性能也得到了有效提升，其系统的控制也变得更加。

4.3 反馈线性化控制

反馈线性化的基本思想是利用全状态反馈抵消原系统中的非线性特性，得到伪线性系统，然后应用线性理论对系统进行综合。反馈线性化方法可分为微分几何方法和非线性动态逆方法。采用反馈线性化方法要求已知被控对象精确的数学模型，而实际系统的精确数学模型通常是难以得到的，因此，采用该方法设计的导弹控制系统的鲁棒性能较差。

4.4 反演控制

反演控制是将复杂的非线性系统分解为不超过系统阶数的若干个子系统，然后根据李亚普诺夫稳定性定理设计每个子系统的李亚普诺夫函数和中间虚拟控制量，一直“后退”到整个系统，最后将它们集成起来实现控制律的设计。其关键是令某些状态为另一些状态的虚拟控制输入，最终找到一个李亚普诺夫函数，从而推出一个使整个系统闭环稳定的控制律。

5 结论

随着飞行要求地不断提升，导弹控制系统的性能优化的技术要求也随之越来越高。目前，经典控制方法已经不能满足导弹飞行的要求，然而现代的控制方法虽然相对于经典控制方法在技术上面有所提升，但还是有其缺陷的地方，而复合控制方法能够满足现代飞行的要求，为导弹控制系统的优化提供了新的路径。

参考文献

[1]赖鹏，危志英，蔡善军，等.导弹用捷联惯导系统加速度计零偏误差校准方案研究[J].战术导弹控制技术，2004，46（3）：53-59.

[2]张鹏飞，王宇，龙兴武，等.加速度计温度补偿模型的研究[J].传感技术学报，2007，20（5）：1012-1016.

控制系统范文第4篇

Technology, Department of Electrical and

Computer Engineering, USA

Missile Guidance and

Control Systems

2004, 675 pp.

Hardcover EUR 259.00

ISBN 0-387-00726-1

G. M.塞奥里斯 著

虽然导弹制导和控制系统的出现源自军事目的，但是这项技术已经应用于很多领域，比如机器人、工业过程控制和全球定位系统（GPS, Global Positioning System）。本书详细的阐述了这项技术的最新幕后，战略和战术导弹及其对给定目标的制导、控制和采取的策略。

本书论述了关于制导飞行的数学，涵盖了如下几个论题：导弹的空气动力学、导弹的数学模型、武器发射、全球卫星定位系统（GPS）、地形轮廓匹配（TERCOM, Terrain Contour Matching）、巡航导弹的力学化方程、以及弹道导弹制导。

全书共分7章：第1章回顾了过去和现在的制导导弹系统，以及现代武器的演化；第2章讨论了导弹通用运动方程，其中包括通用坐标系、刚体运动方程、D'Alembert定理、以及拉格朗日旋转坐标系；第3章阐述了空气动力学和系数，空气动力学的力和动量的处理，以及导弹寻找目标和制导自动化等问题；第4章处理了各种战略制导的各个重要技术问题，包括自动制导、命令制导、比例导航和扩充比例导航；第5章讨论武器发射系统和技术；第6章主要阐述战术导弹，包括经典双体问题和Lambert理论、隐式和显式制导、大气重入、以及弹道导弹的拦截；第7章关注巡航导弹理论和设计，主要讨论了巡航导弹导航的概念、地形匹配制导的概念、以及全球定位系统。每一章末尾都标明进一步阅读和学习的论文和书籍。除此之外，本书的几个附录也为读者提供了很必要的信息：附录A.几个基本参数；附录B.技术词汇表；附录C.同义词索引表；附录D.标准大气；附录E.导弹的分类及定义；附录F.过去和现在的导弹系统。

本书的读者必须熟悉微积分、常微分方程和一些现代控制论的知识，书中提供了很多实际的例子，使得概念更加易于理解。本书适合航空航天工程学生，以及从事航天制导技术和控制技术研究的工程师阅读。

丁丹，硕士生

(中国科学院计算技术研究所)

控制系统范文第5篇

关键词： AT89S52单片机；帆板；角度控制

中图分类号：TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）1210079-02

0 引言

角度自动调整控制系统在航空航天、航海、汽车驾驶等现实生活领域中都有重要应用，因此有着非常重要的研究价值和广泛的应用价值。把单片机与角度传感器有效结合起来，就可实现一般领域的角度自动调整控制。文中详细介绍了基于单片机控制的角度自动调整系统设计方法，该系统针对帆板角度进行控制，可根据需要自动调整帆板偏转角度大小。

1 系统工作原理

帆板控制系统系统由单片机、显示、按键、AD、风扇驱动等组成，通过AD采集的信号实时显示帆板转角，通过风扇风速的大小控制转角的大小。

各模块系统电路的方案选择：

1.1 风扇控制电路

风扇选用台式计算机散热风扇，故选用步进电机驱动芯片LMD18200控制风扇的转速以实现对帆板角度的控制与调整。当需要帆板倾角增大时，只需通过键盘控制风扇的转速提高，以增大风力，从而改变帆板的倾斜角度，反之同理。

1.2 角度测量电路

采用线性电位器将帆板的角度变化转化为电压的变化，从而间接测量帆板的倾角角度。帆板转轴中连接一5K的电位器，帆板转动时将角度的变化转化为电压变化，通过单片机控制AD对其进行采集，从而完成测量。

1.3 显示电路

用数码管进行显示。数码管由于显示速度快，使用简单。考虑到本系统显示信息简单，不必显示过多信息，从成本角度考虑，我们选用3位LED显示。

1.4 控制系统电路

用单片机作为步进电机驱动芯片LMD18200的控制单元。单片机完成控制算法，再将计算结果转换为PWM信号输出到LMD18200以实现对风扇的控制。由于单片机系统是一个数字系统，其控制信号的变换完全依靠硬件计数，所以受外界干扰较小，整个系统工作可靠．

从而帆板控制系统总体方案确定如下：由单片机AT89S52、步进电机驱动芯片LMD18200、LED显示器、键盘、线性电位器、台式计算机散热风扇、直流电源等模块组成。利用单片机产生PWM信号调整步进电机驱动芯片LMD18200驱动风扇，风扇吹动帆板产生摆角，帆板转轴中连接5k电位器。帆板转动时电位器会将摆动角度的变化转化为电压变化，电压的变化量反馈给控制板的AD采样芯片ADC0809。利用AD的数据，转化为角度信息同时完成数码显示，同时AD的采样数据做为参考量来控制PWM脉冲的宽度从而调整帆板摆角大小。

2 理论分析与计算

2.1 风扇控制电路

在整个系统控制过程中，设计控制范围为0～60°，并且以2°为区间范围，这样，在这个控制过程中需要30个控制点。利用单片机对应30个控制点产生不同的PWM信号调整步进电机驱动芯片LMD18200驱动风扇，风扇转速由弱至强即可产生0～60°的转角变化。

2.2 角度测量原理

帆板转轴中连接一5K的电位器，帆板转动时将角度的变化转化为电压变化。由于采用5k电位器上的电压信号作为采样信号，电位器外接5V电压，而ADC0809为8位转换器，单位电压信号变化量为V=5V/256。系统要求角度范围是0～60°，故定义显示范围是0～64°，取每4个单位电压信号的变化量等价于1°的角度变化。

2.3 控制算法

单片机内部定时器产生1ms定时，作为PWM信号单位周期时间。通过对ADC0809转换得到的256个数字量处理，每4位数据作为一个控制单位。共产生256/4=64个控制量，作为PWM信号的周期因数，调整步进电机驱动芯片LMD18200驱动风扇，产生不同的风速变化。

3 电路与程序设计

3.1 风扇控制电路

如图2所示为风扇控制电路，LMD18200输出控制风扇转速快慢。

3.2 控制算法设计与实现

系统加电后，自动开始角度检测并显示。当帆板角度发生改变时，可实时显示当前角度数值。按下对应按键便可控制风扇转速，以达到控制帆板角度的功能。为便于修改程序、测试参数，程序均用C语言编写，控制风扇PWM信号周期依据中断控制，当按键控制信号读入后，根据控制要求设定计数初值，产生步进电机驱动芯片LMD18200的输入信号，以此来控制风扇转速。图3为主程序流程图：

3.3 总体电路图

总体电路图由单片机AT89S52、步进电机驱动芯片LMD18200、LED显示器、键盘、线性电位器、台式计算机散热风扇、直流电源等模块组成。利用单片机产生PWM信号调整步进电机驱动芯片LMD18200驱动风扇，风扇吹动帆板产生摆角，帆板转轴中连接5k电位器。帆板转动时电位器会将摆动角度的变化转化为电压变化，电压的变化量反馈给控制板的AD采样芯片ADC0809。利用AD的数据，转化为角度信息同时完成数码显示，同时AD的采样数据做为参考量通过键盘按键来控制PWM脉冲的宽度从而调整帆板摆角大小。总体电路图如图4所示。

4 结束语

设计采用单片机最小系统为控制核心，实现了一个简易的帆板控制系统。本系统以AT89S52单片机芯片为核心，辅以必要的电路（包括A/D转换、数字显示、键盘控制和电机驱动等），实现了对帆板系统的角度控制要求。本设计将单片机技术与角度测量技术相结合，在满足实时、准确传输数据的同时，无需现场布线，配置灵活。

参考文献：

[1]潘松、黄继业，《EDA技术实用教程》，科学出版社，2002年第一版.