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活动概述 参加选手 竞赛论文 专家评审 初赛情况 决赛过程 陈述答辩 颁奖典礼


  活动概述
竞赛题目:Airball Demo控制系统建模大赛
 

参赛范围:贝加莱学界联盟各成员院校本科生及以上学生。
 
内  容:本次大赛的控制系统为Airball Demo控制系统。系统中,通过控制模型底部的一个直流风扇来吹动Airball在管道中运动并稳定在某一高度。
被控对象的输入为风扇的工作电压;输出为Airball的高度。
 
            初赛阶段:请以Airball Demo为被控对象建立数学模型。采用的方法不限,希望大胆设想,发散思维。
     
            决赛阶段:B&R公司提供以下软硬件:悬浮球硬件模型,控制系统(包括控制器   及IO)和PWM程序。
 
过程:本次大赛共分为3个阶段:
            1. 报名阶段:各联盟成员院校的本科生、研究生均可报名。建议2-3人一组,每组至少有一名是本科生。
                 报名请联系各校学界先锋代表,也可直接联系贝加莱。
                 Tel:021-54644800-307
                 E-mail:lin.wang@br-automation.com
            2. 初赛阶段:这一阶段主要是理论分析,参赛者根据提供的被控对象描述(见下“被控对象描述”),分析被控对象的特点,提出一种建模方法。此阶段结束时,每组需提交一篇论文,论文内容应包括对被控对象的分析,所选建模方法的理论依据及最终实现方法。
          
           3. 决赛阶段:在规定时间内(3天),按初赛提出的建模方法,对实际硬件建立模型,验证结果。
         
评判标准:
       初赛阶段占40分,按所提交论文评分。决赛阶段占60分,按实际检验结果评分,检验方法:使用统一控制器对实际硬件和数学模型的控制效果进行比较,相似度越高得分越高。

被控对象描述:
被控对象如图1所示,共可分为底座和管道两部分,如图2所示:
              
     
                 图1                             图2
 
1. 底座:系统的支撑部分,主要是固定管道部分和乒乓球。此外,还在底部安装了吹动乒乓球的直流风扇,与检测乒乓球高度的红外传感器。
                 
                    图3                                 图4
 
风扇:使用的风扇型号为:Y.S. TECH FD246025EB,
额定工作电压电流分别为:24V,0.21A


图5

 
传感器:使用红外传感器来测量乒乓球高度。
传感器型号为:SHARP GP2D12

图6
 
乒乓球:标准乒乓球,直径40mm,重量2.7g
 
2. 管道:与底座相连,是乒乓球竖直运行的通道。管道外直径为50mm,壁厚为4mm, 可保证乒乓球在管道内自由(无摩擦)运行。管道有效长度:400mm。
 
工作原理:接通风扇电源,风扇转动形成的气流将对乒乓球作用一个向上的力,通过控制风扇的转速,可以调节对乒乓球的作用力,使之在管道内上下运行并稳定在某一设定高度。
 
风扇工作原理:使用的风扇为24V直流风扇,通过调节风扇的工作电压可以调节风扇的转速。但控制系统中采用一个开关量信号来控制风扇,即输出给风扇的电压只能为24V或0。
这种情况下,为了能够调节风扇的工作电压,我们对电压输出采用PWM(Pulse Width Modulation)技术。
PWM:使用PWM的控制方式可以将模拟量信号转化为开关量信号,通过调节占空比调节风扇的速度。原理如下图所示:

为了能对风扇输出12V电压,我们可以在一段时间内将风扇开启1/2时间,关闭1/2时间,则对整段时间来说平均电压即为12V。
 
我们将这个“一段时间”设定为一个周期t_period,风扇开启时间为t_on,关闭时间为t_off。上图中的红线则表示在t_period时间内的有效输出。
 
定义占空比为:t_on / t_period;
              t_period = t_on + t_off;
 
调节占空比则可调节一个周期内的有效输出,即风扇工作电压。
 
PWM实现方式:B&R有标准功能块可实现PWM控制,此段程序将由B&R提供。
时间安排:
          1.初赛论文请务必在2010年9月13日之前提交到贝加莱。
          2.决赛:
          地点:上海
         
人员      日期
10月9日
10月
10日
10月
11日
10月12日上午
10月12日下午
10月13日
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