P/T数字转台计算机控制课程设计

计算机控制技术是自动化专业的必修课。该课程是在自动化技术、计算机技术、控制技术，通信技术和网络技术及管理信息系统的基础上发展和建立起来的，它是实现综合自动化的核心技术，是一门综合性和实践性较强的课程［1－2］。

目前计算机控制技术课程设计多数是以围绕单片机或8088微处理器为控制核心的实验平台开展的，还有部分设计是要求运用仿真软件验证控制算法的正确性。上述要求很可能导致学生所掌握的知识与工厂实际设备脱节。由于学生对计算机控制相关硬件设备没有感性认识，所以导致学生经过学习，还是对计算机控制技术的内容不能合理、科学、自如地运用。利用P／T数字转台作为课程设计的平台，首先，可以使学生对计算机控制技术有最初的感性认识，其次，由于该设备采用的是工业级运动控制板卡，学生在熟悉相关资料的基础上能够进一步理解计算机控制系统的构成原理及计算机控制应用程序的设计，达到将综合专业基础知识与工程实际有机结合，从而培养学生的工程实践能力。通过资料搜集、方案分析、系统设计与报告撰写的整个过程，学生可以得到科学研究工作的初步训练。

1P／T数字转台实验系统介绍

1．1转台电机控制系统

转台电机控制系统主要由运动控制器、具有PCI插槽的PC机、具有增量式编码器的伺服电机、伺服电机驱动器、驱动器电源、原点开关和正／负限位开关等6个部分组成控制伺服电机时，控制器输出＋／－10V数字电压控制信号。采用GT系列运动控制器组成的控制系统典型连接如图1所示。

1．2运动控制器

固高公司生产的GT系列运动控制器，可以同步控制4个运动轴，实现多轴协调运动。其核心由AD－SP2181数字信号处理器和FPGA组成，可以实现高性能的控制计算。它适用于广泛的应用领域，包括机器人、数控机床、木工机械、印刷机械、装配生产线、电子加工设备、激光加工设备等。GT系列运动控制器以IBM－PC及其兼容机为主机，提供标准的PCI总线产品。运动控制器提供C语言函数库和Windows动态连接库，实现复杂的控制功能。用户能够将这些控制函数与自己控制系统所需的数据处理、界面显示、用户接口等应用程序模块集成在一起，建造符合特定应用要求的控制系统，以适应各种应用领域的要求。

1．3视频采集

除运动控制以外，P／T数字转台还配备了Matrox的图像采集卡和摄像头，图像采集卡具有16MB内存，支持模拟视频的实时捕捉或JPEG2000压缩／解压缩功能。

2P／T数字转台实验系统可实现的内容

2．1转台控制

此部分主要是对转台轴电机的转动控制，在对转台控制编程时首先对控制卡进行初始化，在初始化过程中完成中断屏蔽字、限位开关有效状态、伺服滤波器零点偏移值、运动模式等设置。设定选定轴为当前轴，设置运动模式、速度参数、加速度参数，然后刷新当前参数，当速度参数发生变化时转台开始动作。

2．2图像获取及处理

视频采集部分是以固高科技公司随转台提供的Matrox采集卡、摄像头为平台，通过编写高级语言程序可以实现以下功能：将摄像头捕获的图像显示出来、对图像进行处理、利用处理后图像像素的不同查找到目标物体、求出目标物体的质心坐标［3－6］。当目标物体移动时，控制转台跟随其转动。

3题目的设计

根据实验平台的特点，课程设计的内容与转台的控制、视频图像的采集和图像处理相关。为学生提供的参考资料包括固高运动控制卡使用手册、编程手册、图像采集卡使用手册以及相关函数库，要求学生采用C＋＋或其他高级语言编制程序。可以根据学生的个体差异，设计难易程度不同的题目。“C语言程序设计”在工科院校作为必修课开设，有了这个基础，学生再学习C＋＋或其他的高级语言就能很快掌握。根据课程设计要求，教师可以有针对性地对图像处理和工业控制板卡方面的编程方法进行专门的辅导，要求学生查阅相关的书籍和材料。学生在教师的指导下掌握高级语言的基本知识和操作，学会对界面和图像编程，并学会程序的编译、调试和执行。“团队协作”也是新时期对科技人才素质的要求。由于课程设计一般在2周之内完成，为了培养学生的团队协作能力，可以将3人分为一个小组，然后出一些较为复杂的题目，每个学生可以根据自己的兴趣选择同一题目下的不同内容。组员间进行分工协作，共享知识信息，共同商讨、论证问题的解决方案，通过相互配合、互相帮助，达到互相促进、共同提高的目的［7－10］。例如“目标跟踪系统设计”，要求学生采用C＋＋或其他高级语言编制程序，实现视频图像的采集、图像的简单处理、控制转台跟踪预先确定的目标。具体内容可以分为3个部分：第一部分要求完成界面的设计，要求界面友好、操作简单，达到工业控制软件的基本要求；第二部分要求完成图像处理功能，要求从采集的视频图像中能分离出预先确定的目标；第三部分要求完成转台的运动控制，要求加入控制算法和电机加减速控制。3部分由3个学生完成，最后通过联调实现目标跟踪的功能。

4结束语

在整个课程设计过程中，让学生通过了解工业控制板卡和图像采集板卡而激发了他们的学习兴趣，对工业控制的方法和实际应用有了一定了解。在强调基础理论学习的同时也提高了学生的工程意识和团队协作能力，为以后的工作和进一步的科研打下了良好的基础，从而取得了良好的教学效果。