2017电子设计大赛：滚球控制系统的PID算法与图像处理研究

本文档是关于2017年全国大学生电子设计竞赛（B题）的滚球控制系统的研究论文。该控制系统旨在实现小球的精确镇定控制和轨迹跟踪，通过摄像头采集图像信息，通过二值化处理获取小球的位置数据，并结合增量式PID算法进行控制。 1. **系统方案**： - **控制方案设计**：系统采用LCD显示屏、矩阵键盘、摄像头和舵机等设备，用户通过键盘输入指令选择控制程序。摄像头负责实时监控小球位置，PID算法（比例、积分和微分环节）确保快速响应、无静差以及减少超调，实现小球对目标位置的精准追踪。 - **机械结构设计**：考虑到平板的尺寸和摄像头的俯拍需求，设计了稳定的底座和摄像头支架，确保装置的稳定性。使用轻质硬质塑料泡沫材料结合舵机轴，兼顾了连接的稳固性和灵活性。电机的选择注重推力，满足轨迹移动和快速停止的需求。 2. **理论分析与计算**： - **摄像头检测算法**：论文详细探讨了如何通过摄像头捕捉图像并进行小球位置的计算，涉及图像处理技术。 - **增量式PID控制算法**：论文深入解析了该控制算法的工作原理和在实际应用中的优化策略，包括如何调整比例、积分和微分参数以提高系统的动态性能。 3. **电路与程序设计**： - **电路设计**：论文讨论了电路的具体布局，可能包括摄像头接口、单片机接口以及电机驱动电路等部分。 - **程序设计**：程序设计部分详细描述了程序的功能模块、设计思路，以及流程图，展示了如何将PID控制逻辑编码到实际操作中。 4. **测试方案与结果**： - **测试方案**：论文提供了详细的测试计划，包括测试条件、所需仪器和预期的测量指标。 - **测试结果与分析**：作者分享了实际测试的结果，包括小球运动的精度、响应时间和稳定性等方面的数据，并对其进行了深入的分析和结论。 5. **结论与心得**：论文总结了整个设计过程中的关键发现、挑战和解决方案，以及对未来研究的建议，强调了增量式PID算法在滚动控制系统中的重要性。 本文的研究不仅展示了设计过程和技术应用，还提供了关于PID控制器参数调整和图像处理在类似系统中的实用经验，对于电子设计爱好者和研究者来说具有很高的参考价值。