板球控制系统的设计开题报告

全文总字数：3926字

1. 研究目的与意义

板球系统是一个典型的多变量非线性的系统，是球杆系统的二维拓展。

该系统的主要控制对象是具有两个相互垂直的旋转轴的板，目的是让一个在板子上自由滚动的球能够平衡、正定在平板上的特点的位置、或者按照要求的轨迹运动。

板球系统是以图像作为反馈信息，即借助实时传送的图像信息（在二值化、滤波等算法处理后）读取球的姿态，再经过算法处理使板子下两个电机维持平板在特定的角度，这样小球在重力的作用下就可以沿着期望的角度运动了。

2. 国内外研究现状分析

在国际上：从八十年代末期开始，国外已经开始有越来越多的学者应用板球试验装置做为仿真对象研究各种控制算法，检验其优劣，1989年hauser, j应用近似线性模型，从而实现对板球装置的控制目的;1996年，1997年k.c .ng，m.m. trivedi以及jacob s. glower,jeffrey munighan分别针对板球装置来研究智能控制方法。

目前，国外对于板球装置的研究已经比较完善。

在国内：国内对于板球装置的开发研究起步较晚，国内的研究始于清华大学自动化系模糊控制教研组针对板球控制系统的仿真研究，其中腾树杰在2000年就板球控制系统的轨迹跟踪问题提出了t-s模糊多变量控制方案。

3. 研究的基本内容与计划

内容：本次设计涉及到的知识：①数字图像处理②基于arm的嵌入式系统设计③（双）闭环（pid）控制，表现为图像获取部分、主控制器件的选择、软件算法等。

下面分部分进行讲述：一、在图像获取方面，国内的研究者大多是使用有一下几种：①野火、山外、蓝宙等智能车店家的硬件二值化摄像头②正点原子家的ov2640以及其他ov7725 ov7060等用rgb565格式输出图像的摄像头③支持usb接口的、像素大于128x128，帧率任意大于30fps的摄像头。

①类型的摄像头具有输出速度快，数据简单，单片机处理负担小的优点，适合stm32f1系列单片机使用，但是也具有致命的缺点，无法调整曝光，容易出现噪点，滤波算法困难，同时只有黑白信息的图像会导致系统只能做小球定位，提高发挥会遇到困难。

4. 研究创新点

本设计的创新体现在机械机构上，机械结构在本装置中很重要。

2017电赛时很多队伍都是在机械结构上止步高等级的奖项。

查阅诸多资料时看见过用推杆电机的，也有用电机卷绳子吊着板子的，甚至也有使用步进电机加上滚珠丝杠的，但是，这些队伍很少能有争取到一等奖的队伍。