基于MSP430單片機的光電跟蹤伺服系統(tǒng)研究方案
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2.2 機械模擬機構實驗設計原理
模擬機構設計靈感源于地動儀的設計原理，采用兩個不同的軸來調節(jié)兩個不同但相關的平面實現(xiàn)四象限探測器的大范圍搜尋目標的目的，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，上平板及其配置設備實現(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的粗搜尋和目標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光源，對目標進行三維維的空間片區(qū)性搜索，并載入判別搜到目標程序，具體通過A/D采集到的電壓范圍判別是否搜到目標。目標一旦搜到，即載入坐標運算程序，計算當前四象限面板與目標位置的歸一化坐標差值，進而調用PID 算法程序，將PID 的調節(jié)量轉化為PWM 波的輸出持續(xù)時間和占空比，通過調用控制電機轉動圈數(shù)程序對目標進行追蹤。通道誤差計算程序如圖5所示。
4 PID控制算法設計
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］。
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