基于MSP430單片機的光電跟蹤伺服系統(tǒng)研究方案

　　2.2 機械模擬機構(gòu)實驗設(shè)計原理

　　模擬機構(gòu)設(shè)計靈感源于地動儀的設(shè)計原理，采用兩個不同的軸來調(diào)節(jié)兩個不同但相關(guān)的平面實現(xiàn)四象限探測器的大范圍搜尋目標(biāo)的目的，模型圖如圖4所示。

　　其中下平板主要用于帶動上平板實現(xiàn)大范圍搜尋目標(biāo)，上平板及其配置設(shè)備實現(xiàn)精確定位和跟蹤功能。研究中利用皮筋的彈性以及牽引絲線柔軟且形變相對較小的優(yōu)勢，實現(xiàn)搜索平面的任意角度轉(zhuǎn)動。并利用廢棄的中心筆管代替齒輪實現(xiàn)軸的小摩擦先轉(zhuǎn)動。使得模型輕小便捷，制作簡單方便，并且變廢為寶。

　　四象限放大處理電路如圖3所示。

　　3 軟件編程

　　軟件編程部分主要包括目標(biāo)的粗搜尋和目標(biāo)的精定位及跟蹤兩個部分。編程中載入自動搜索程序搜尋目標(biāo)光源，對目標(biāo)進行三維維的空間片區(qū)性搜索，并載入判別搜到目標(biāo)程序，具體通過A/D采集到的電壓范圍判別是否搜到目標(biāo)。目標(biāo)一旦搜到，即載入坐標(biāo)運算程序，計算當(dāng)前四象限面板與目標(biāo)位置的歸一化坐標(biāo)差值，進而調(diào)用PID 算法程序，將PID 的調(diào)節(jié)量轉(zhuǎn)化為PWM 波的輸出持續(xù)時間和占空比，通過調(diào)用控制電機轉(zhuǎn)動圈數(shù)程序?qū)δ繕?biāo)進行追蹤。通道誤差計算程序如圖5所示。

　　4 PID控制算法設(shè)計

　　PID 算法主要有位置式算法和增量式算法兩類。

　　一般增量式算法適用于控制精度要求不高的系統(tǒng)中，位置式適用于控制精度要求較高的控制系統(tǒng)中。

　　由于位置式控制算法會出現(xiàn)積分飽和問題。工程中通常采用的消除積分飽和問題的方法有限制PI調(diào)節(jié)器輸出的方法、積分分離法和欲限削弱積分法。由于限制PI調(diào)節(jié)器輸出法有可能在正常操作中不能消除系統(tǒng)的余差，而積分法可以在小偏差時利用積分作用消除偏差。因此本文選用位置式算法的改進形式，即積分分離法。

　　采用的PID控制算法的公式如下式（1）所示：4 PID控制算法設(shè)計PID 算法主要有位置式算法和增量式算法兩類。

　　一般增量式算法適用于控制精度要求不高的系統(tǒng)中，位置式適用于控制精度要求較高的控制系統(tǒng)中［4］。