吴立军， 梁 伟， 李清波， 庙要要， 万鸾飞， 段争光

(1.芜湖职业技术学院 电气工程学院，安徽 芜湖 241006；2.安徽工程大学 电气工程学院，安徽 芜湖 241000)

板球系统是一个典型的多变量、非线性控制系统[1-3].本文设计了一板球控制系统，通过控制平板(65 cm*65 cm)的摆动，使直径2 cm的硬质小球按照指定要求(路径)在平板上完成各种动作，并从动作开始时计时并实时显示，单位为s.

1 总体方案论述

本系统设计采用一对MG996R舵机作为动力源，通过控制舵机的转角和转速来控制平板的倾斜角度，进而控制小球到达指定区域.平板摆动原理图如图1所示.在平板的上方合适位置安装OV7670摄像头，使其视野完全覆盖平板.利用PID算法控制两个舵机对平板x轴和y轴进行调节，改变小球加速度的方向，使小球进行复杂的非线性运动，系统框图如图2所示.

图1 平板摆动原理图

图2 系统框图

2 理论分析与计算

小球滚动原理分析见式(1)：

(1)

图3 小球受力分析图

图3为小球切面受力分析图，小球滚至最高点B处，速度为0.理想情况下，小球的加速度由重力G的下滑分力产生，如式(1).质量为m的小球处于最高点，则角度α为最大值，加速度a最大.舵机对平板B处进行下拉，使得A处升高，缩小摆动角度，即可达到制动目的；若此时等待小球到达A处再使舵机快速上升，则可以逐渐增大摆幅，使小球快速运动到不同位置.

3 算法和控制原理

本系统主要采用了图像二值化算法及PID控制算法.

3.1 图像二值化算法

图像二值化算法是将图像上的像……