毕业设计（论文）材料之二（1）
安徽工程大学本科
毕业设计（论文）
专业：数学与应用数学
题目：基于Lyapunov方法的Lipschitz
非线性系统状态观测器设计
作者姓名：肖永根
导师及职称：杨迎娟（讲师）
导师所在单位：数理学院
年月日
安徽工程大学
本科毕业设计（论文）任务书
2013 届数理学院
数学与应用数学专业
学生姓名：肖永根
Ⅰ毕业设计（论文）题目
中文：基于Lyapunov方法的Lipschitz非线性系统状态观测器设计
英文：Lipschitz nonlinear observer design based on Lyapunov method
Ⅱ原始资料
[1] 郑大钟.线性系统理论[M]. 2版.北京: 清华大学出版社,2002:337-337.
[2] 卢建波. Lipschitz 非线性系统状态观测器设计[D].青岛:青岛科技大学, 2009.
[3] Thau F E. Observing the state of non-linear dynamic systems [J].International Journal of Control, 1973, 17(3): 471-479.
[4] Hu Guangda. Observers for on e sided Lipschitz non-linear systems [J].IMA Journal of Mathematical Control and Information, 2006, 23: 395-401.
[5] M. Vidyasagar, Nonlinear Systems Analysis, and Ed. Prentice-Hall: Englewood Cliffs, NJ, 1993.
Ⅲ毕业设计（论文）任务内容
1、课题研究的意义
状态反馈在控制系统的各种综合问题的讨论中已充分显示出其优越性。但是,或者是由于状态不易直接量测,或者是由于量测的设备在经济上和使用上的限制，使得许多情况下不可能来实际获得系统的全部状态变量，从而使状态反馈的物理实现成为不可能。在这种情况下就需要采用状态观测器来精确重构系统的全部状态信息。非线性系统的观测器设计是非线性控制理论的一个重要研究方向。本文将通过采用Lyapunov方法来设计满足lipschitz条件的非线性系统的状态观测器，了解Lyapunov方法在非线性系统中的应用,以更好的学习非线性系统的观测器设计。
2、本课题研究的主要内容：
1892年，俄国学者李雅普洛夫（Lyapunov）在“运动稳定性一般问题”一文中，提出了著名的李雅普洛夫稳定性理论。李雅普洛夫稳定性理论的核心是提出了判断系统稳定性的两种方法。本文首先将满足lipschitz条件的非线性系统分为两类：一类是输出相对于状态线性，另一类是输出相对于状态非线性，然后采用Lyapunov方法给出了观测器渐近收敛充分条件的证明，最后采用LMI技术选取合理的增益矩阵。
本文共分为三部分：
第一部分将介绍基础知识（数学基础、Lyapunov方法主要定理、LMI技术简介）。
第二部分将采用Lyapunov方法设计lipschitz非线性系统状态观测器。
第三部分将列举观测器实例来佐证定理的合理性。
3、提交的成果：
（1）毕业设计（论文）正文；
（2）至少一篇引用的外文文献及其译文；
（3）附不少于10篇主要参考文献的题录及摘要。
指导教师（签字）
教研室主任（签字）
批准日期
接受任务书日期
完成日期
接受任务书学生（签字）
安徽工程大学毕业设计（论文）
基于Lyapunov方法的lipschitz非线性系统状态观测器设计
摘要
状态反馈在控制系统的各种综合问题的讨论中已充分显示出其优越性，但是,或者是由于状态不易直接量测,或者是由于量测的设备在经济上和使用上的限制，使得许多情况下不可能来实际获得系统的全部状态变量，从而使状态反馈的物理实现成为不可能。在这种情况下就需要采用状态观测器来精确重构系统的全部状态信息。对于线性系统，观测器的设计已经非常成熟，Luenberger观测器和Kalman滤波器对于此类问题给出了完善的讨论。但是对于非线性系统，观测器的设计是非常复杂的，仍然没有一个通用的设计方法，必须针对不同的非线性采取不同的设计方法。Lipschitz非线性系统观测器的设计从时间上划分为两类：离散时间观测器设计和连续时间观测器设计。从结构上划分为全维状态观测器和降维状态观测器。本文主要讨论一类Lipschitz非线性系统连续时间全维状态观测器的设计：
1、输出相对于状态为线性时的Lipschitz非线性系统状态观测器设计
采用Lyapunov方法给出了观测器渐近收敛的更一般充分条件的证明，并采用LMI 技术进行了观测器增益矩阵的合理选取，使得结论非常直观的同时又使得观测器增益矩阵的选取非常简便。
2、输出相对于状态为非线性时的Lipschitz非线性系统状态观测器设计
采用Lyapunov方法给出了观测器渐近收敛的更一般充分条件的证明，并采用LMI 技术进行了观测器增益矩阵的合理选取，使得结论非常直观的同时又使得观测器增益矩阵的选取非常简便。
关键词：非线性；状态观测器；Lipschitz；线性矩阵不等式；Lyapunov
- I -
肖永根：基于Lyapunov方法的Lipschitz非线性系统状态观测器设计
Lipschitz nonlinear observer design based on Lyapunov method
ABSTRACT
The state feedback has shown its advantages in many synthetical problems ,however all state variables are rarely available from on-line measurement due to either the difficulties of measuring state directly or the economic and utilizing limitations of measuring equipment. This makes state feedback cannot be physically realized under many conditions. In this case using state observer is required to accurately reconstruct the system of full state information. For linear systems, the design of the observer is already very mature, Luenberger observer and Kalman filter complete discussion is given to such problem. But for the nonlinear system, the design of the observer is very complex, there is still no a general design method, it must take different design for different nonlinear method. Lipschitz nonlinear observer design of the system is divided into two classes: from the time observer design in discrete time and continuous time observer design. Structurally divided into full dimension of reduced-order state observer and state observer. In this paper, we discuss a class of Lipschitz nonlinear systems continuous -time full dimensional state observer of the design:
1.Lipschitz nonlinear observer design when output are linear
Another proof of the more general sufficient conditions ensuring the asymptotic stability of the observer is given adopting Lyapunov method, and the way to choose gain matrix in reason is presented using LMI technology, which not only makes the results very intuitionistic, but also makes it easy to choose gain matrix for observer.
2.Lipschitz nonlinear observer design when output are nonlinear
Another proof of the more general sufficient conditions ensuring the asymptotic stability of the observer is given adopting Lyapunov method, and the way to choose gain matrix in reason is presented using LMI technology, which not only makes the results very intuitionistic, but also makes it easy to choose gain matrix for observer.
KEY WORDS: nonlinar; state observer; Lipschitz; linear matrix inequality;Lyapunov
安徽工程大学毕业设计（论文）
目录
引言 (1)
第1章基础知识 (2)
1.1数学基础 (2)
1.2 Lyapunov第二方法的主要定理 (5)
1.3 LMI技术简介 (7)
第 2 章输出相对于状态为线性时的Lipschitz非线性系统状态观测器设计 (10)
2.1采用Lyapunov方法的状态观测器设计 (10)
2.1.1观测器渐近稳定的充分条件 (10)
2.1.2增益矩阵的选取 (11)
2.1.3观测器实例 (12)
第 3 章输出相对于状态为非线性时的Lipschitz非线性系统状态观测器设计 (13)
3.1 采用Lyapunov方法的观测器设计 (13)
3.1.1观测器渐近稳定的充分条件 (13)
3.1.2增益矩阵的选取 (15)
3.1.3观测器实例 (16)
结论与展望 (17)
致谢 (18)
参考文献 (19)
附录 (20)
附录A一篇引用的外文文献及其译文 (20)
外文文献 (20)
译文 (28)
附录B主要参考文献的题录及摘要 (34)
安徽工程大学毕业设计（论文）
引言
数学模型是很多科学研究的基础，任何一个模型都只是真实过程在一定层次上的抽象。长期以来，人们广泛研究和使用线性模型和理论，取得了巨大的成就。然而，在实际的生产过程中，精确的分析结果表明，几乎所有系统都是非线性的，而线性系统则是一种简化或近似。
观测器设计问题在过去的几十年里一直是控制理论的一个热点问题。在实际工程中，非线性是普遍存在的。系统的非线性主要体现在如下几个方面：一是由于系统的不完善而产生非线性，例如随动系统的齿轮传动具有齿隙和干摩擦等，许多执行机构都不可能无限制地增加其输出功率，因此就存在饱和非线性特性。二是系统动态特性本身所固有的，如高速运动的机械手各关节之间有哥氏力的耦合，这种耦合是非线性的，如果要研究机械手的高速运动控制就必须考虑非线性的耦合。又如电力系统中的传输功率与各发动机之间相角差的正弦成正比，要研究电力系统中的大范围运动，就必须考虑非线性特性的影响。三是对象本身是线性的，但为了对它进行高质量的控制，常常在控制系统中有意识地引进非线性的控制规律。由此看来，非线性问题自然地成为人们所关心的问题之一，并日益为各学科所重视。随着非线性系统理论的发展，大量的非线性设计技术得以涌现。状态反馈在控制系统的各种综合问题的讨论中已充分显示出其优越性。针对于非线性系统，很多有效的控制方法正是通过状态反馈来实现的。但是或者由于状态不易测量，或者出于测量设备在经济上和使用上的限制，使得不可能在实际中获得系统的全部状态变量。在这种情况下就需要采用状态观测器来精确重构系统的全部状态信息。
近二十年来,非线性观测器的设计问题得到了大量研究.早在上世纪六十七十年代,著名的Kalman滤波器和Luenberger观测器就给出了线性系统状态观测器完好的设计方法.目前流行的办法是首先对系统进行分类,然后对不同类型的非线性系统分别研究状态观测器的存在性和如何设计等问题。Lipschitz非线性系统观测器的设计从时间上划分为两类：离散时间观测器设计和连续时间观测器设计。从结构上划分为全维状态观测器和降维状态观测器。本文主要讨论连续时间全维状态观测器的设计。本文将Lipschitz非线性系统划分为输出相对于状态为线性时的Lipschitz非线性系统和输出相对于状态为非线性时的Lipschitz非线性系统采用Lyapunov方法给出观测器存在的充分条件并利用LMI 技术选取增益矩阵。
- 1 -
肖永根：基于Lyapunov 方法的Lipschitz 非线性系统状态观测器设计
第1章 基础知识
本章主要介绍了采用Lyapunov 方法对Lipschitz 非线性系统状态观测器设计时所用到的基础知识和数学基础。主要包括①矩阵分析的相关概念：范数、条件数、奇异值、矩阵测度、矩阵函数的求法、Cholesky 分解等。②Lyapunov 方法的主要定理。③线性矩阵不等式的一些基本概念、一些标准的线性矩阵不等式问题、求解线性矩阵不等式的主要算法。
1.1数学基础
设向量()12,,,,T
n x x x x x =，对于任意1p ≥，称量
1
1n
p
i p i x x =??
= ???
∑
(1.1) 为向量x 的p -范数
常用的p -范数有下述三种：
()11-范数 11
n
i i x x ==∑
(1.2) ()22-范数()1
1
22221n
H
i i x x x x =??== ???
∑
(1.3) 也称为欧式范数。
()3∞-范数()max ,1,2,,i x x i n ∞==
(1.4) 由向量p -范数p x 所诱导的矩阵范数称为矩阵p -范数，即
0m a x p
p x p
Ax A x ≠= (1.5) 常用的矩阵p -范数为1A ，2A 与A ∞。设()ij m n A a ?=，有：
()111max n ij
j i A a =??
= ???∑ ()
1,2,,j n = (1.6) 称1A 是列和范数
()2()()1
22max H
j j A A A λ=
(1.7)
- 3 -
其中()H j A A λ表示矩阵H A A 的第j 个特征值。称2A 是谱范数。即2A 是A 的最大奇异值。
()
3()1max 1,2,
n ij j
i A a i m ∞
=??
== ???
∑
(1.8)
称A ∞是行和范数。
矩阵范数满足相容性，且p A 是与向量范数p x 相容的矩阵范数。且下文中所用的
A ，x 均表示相应的2-范数。
对函数:n f R R →，如果存在一个常数γ，满足对所有的12,n x x R ∈，以下不等式成立：
()(
)1212f x f x x x γ-≤- (1.9)
则函数f 就称作是全局Lipschitz 的。
若函数f 可微且具有有限的偏微分，那么γ就是f 的Jacobian 矩阵范数的上界。
设n R 是n 维实向量空间，若()12,,
,T
n n a a a R α=∈，()12,,
,T
n n b b b C β=∈，称
()1122
,T
T
n n a b a b a b αβαββα===+++ (1.10)
为n 维欧式空间中的一个内积。
设n C 是n 维复向量(酉)空间，若()12,,,C T
n n a a a α=∈，()12,,
,T
n n b b b C β=∈，
称
()()
1122,T
H n n a b a b a b αββ
αβα==+++= (1.11)
为n 维酉空间中的一个内积。
欧式空间中关于内积的定义是酉空间中内积定义的特例。
Cauchy-Schwarz 不等式：设V 是酉(欧式)空间，向量(),,n n C R αβαβ∈∈，则向量长度α满足：
(),αβαβ≤ (1.12)
设m n A C ?∈，
是给定的算子范数。如果极限
()01
l i m
x xA A x
μ→+
I +-= (1.13)
存在，那么称()A μ是矩阵A 关于的测度。 矩阵关于算子范数
1
、
2
和
∞
的测度分别为：
()1()2max 2
H
i i
A A A μλ??
+=
???
(1.14) ()2()2max 2
H
i i
A A
A μλ??+=
???
(1.15) 其中2H
i A A λ??+
???
表示矩阵2H
A A +的第i 个特征值。 ()3()()1
max Re n
ij ij i j i A a a μ
∞=≠?
?
?=+
? ??
?
∑ (1.16)
下文中使用的(
)μ均表示相应()2A μ。
设m n r A C ?∈，H AA 的特征值i λ，H AA 的正特征i λ，H AA 的正特征值i μ，称
i σ=
=
()
1,2,,i r = (1.17) 是A 的正奇异值，简称其中()r rank A =。 数值12,,r σσσ连同()12r r n m σσσσ++==
=一起称为矩阵A 的奇异值。
设A 为非奇异阵，称数
(
)1
v
v
v
c o n
d A A
A -= (1.18)
为矩阵A 的条件数。
通常使用的条件数，有
()1()1
cond A A A -∞∞∞
=
(1.19)
()2A 的谱条件数
()
1
222
cond A A A -= (1.20)
当A 为对称矩阵时
()1
2
n
c o n
d A λλ= (1.21) 其中1,n λλ为A 绝对值最大和绝对值最小的特征值。
- 5 -
设m n A C ?∈，J 是A 的Jordan 标准形，n n
n P C ?∈，1A PJP -=，如函数()f λ在A 的影
谱上有定义，则
()()()()()()1112,,,r f A Pf J P Pdiag f J f J f J P --== (1.22)
其中
()()()()
()()(
)()
()
()()
()1
'''
'''
'
112!
1!
12!i d i i i i i i i i i i i f f f f d f f f J f f f λλλλλλλλλ-?
???
-????
???
?=??????????
?
?
(1.23) 设m n
ij A a R ???=∈??
是对称正定矩阵，T
A GG =称为矩阵A 的Cholesky 分解，其中，n n G R ?∈是一个具有正的对角线元素的下三角矩阵，即
11
21
22
12
n n nm g g g G g g g ????
??=???
???
(1.24)
1.2 Lyapunov 第二方法的主要定理
1892年，俄国学者Lyapunov 在《运动稳定性一般问题》一文中，提出了著名的Lyapunov 稳定性理论。首先建立了运动稳定性的一般理论，在这篇文章中，Lyapunov 把分析由常微分方程组所描述的动力学系统的稳定性的方法，归纳为本质不同的两种方法，分别称为Lyapunov 第一方法和Lyapunov 第二方法。该理论作为稳定性判别的通用方法，适用于各类控制系统。Lyapunov 第一方法是通过求解系统的微分方程，然后根据解的性质来判断系统的稳定性。Lyapunov 第二方法也称为直接法，该方法的特点是不必求解系统的微分方程(或状态方程)，而是首先构造一个类似于能量函数的Lyapunov 函数，然后再根据Lyapunov 的性质直接判断系统的稳定性。Lyapunov 第二方法概念直观,方法具有一般性，物理意义清晰。因此，当Lyapunov 第二方法在1960年前后被系统地引入到系统与控制理论中后，就很快得到了广泛的应用，不管是理论上还是应用上都显示出了它的重要性。
下面给出Lyapunov 第二方法的主要结论： 定义 1.1设n x R ∈，Ω是n R 中包含原点的一个封闭有限区域: (),V x t 是定义在
[]0,t ∞?Ω上的一个标量函数。如果
()1 (),V x t 关于向量x 和t 均具有一阶连续偏导数； ()2 ()0,0V t =
()3(),V x t 有界正定，即存在两个连续的非减标量函数()x α和()x β满足
()()000
αβ==,并使得对任何0t t ≥和0x ≠有()()()0,x V x t x αβ<≤≤； 则称(),V x t 为定义在[]0,t ∞?Ω上的一个(时变)正定函数。进一步，如果()lim x x α→∞
=∞则
称正定函数(),V x t 具有无穷大性质。
考察连续时间的非线性时变自由系统
()0,,x f x t t t =≥
其中，对t 一切成立()0,0f t =即状态空间的原点为系统的平衡状态。针对该非线性时变自由系统，给出Lyapunov 第二方法的主要定理
定理1.1对于系统
()0,,x f x t t t =≥
如果存在一个具有连续一阶导数的标量函数(),V x t ，以并且对状态空间X 中的一切非零点x 满足如下的条件：
()1(),V x t 为正定的； ()2(),V x t 为负定的；
则系统的原点平衡状态是渐近稳定的。如果系统还满足：
()3当x →∞时，(),V x t →∞，
则系统的原点平衡状态是大范围渐近稳定的。
一般的说，对于相当多的一些系统，要构造一个Lyapunov 函数(),V x t 使其满足结论中的(),V x t 为负定的条件，常常是不容易做到的，因而有以下定理：
定理1.2对于系统
()0,,x f x t t t =≥
如果存在包含原点的某个邻域n R Ω?和定义在(),V x t 上的一个有界正定函数(),V x t ，
- 7 -
并且(),V x t 沿着系统的全导数在[]0,t ∞?Ω上为有界半负定的，但在Ω中(),V x t 在系统的非零解上非零，则系统的零平衡状态是渐近稳定的。 定理1.3
如果在原点的某个邻域Ω内存在一个正定函数，它沿系统的全导数(),V x t 在Ω内也是正定的，则系统的零解为不稳定的。
注1.1 Lyapunov 第二方法判定稳定性的出发点是系统自身的变化趋势为lim e t x x →∞
=，
系统在运动中表现出来的物理特征是总贮能量随时间增长而减少，任何物理系统的运动都要消耗能量，并且能量总是大于零的，当系统达到平衡状态时，此能量为最小值。有平衡状态是系统稳定的必要条件。应用Lyapunov 第二方法的关键问题是：如何建立或寻找Lyapunov 函数。该函数的基础是能量函数,但它比能量函数更为一般,都可以作为Lyapunov 函数。此函数可以一般的表示为(),V x t 其中x 是状态变量(n 维)，它的元素是为12,,
,,n x x x t 为被观测时间。当函数不显含时间t 时,也可表示为()V x 。
第二方法的判断准则是：(),V x t 与(),V x t 或者()V x 与()V x 的定号性,而不必求出原给定系统方程的解,因此避免了难度很大的解析计算。第二方法不但可以适用于任何阶次的线性系统，而且也可以适用于任何阶次的非线性系统。
1.3 LMI 技术简介
一个线性矩阵不等式就是具有形式 ()0110m m F x F x F x F =+++< (1.25)
的一个表达式。其中12,,
m x x x 是m 个实数变量，称为线性矩阵不等式的决策变量，
()12,,,m m x x x x R =∈是由决策变量构成的向量， ,0,1,
T n n i i F F R i m ?=∈=是一组给定
的实对称矩阵。式中的不等式“＜”指的是矩阵()F x 是负定的，即对所有的非零向量
n v R ∈，()0T v F x v <，或者()F x 的最大特征值小于零。 S c h u r 补性质：对给定的对称矩阵
111221
22S S S S S ??
= ???
，其中11S 是r r ?维的。以下三个条件是等价的：
()i
0S <
()ii 110S <1
2212
11120T S S S S --< (1.26) ()iii
220S <，'1111122120T
S S S S --<
证明()()i ii ?由于S 是对称的，故有1111T S S =，2222T S S =，2112T S S =。应用矩阵的初等运算，可以得到
12111
0I
S S I -????-??11
1221
22S S S S ??????
121110T
I
S S I -????-??=111
2221111200S S S S S -??
??-?
?
(1.27) 因此
11121
1211121
2221110000T
I
S S I S S S I S S S S I --??????
11
1
22211112000
S S S S S -??
?
(1.28) ()ii ?
这就证明了结论()i 和()ii 式等价的。
()()i iii ?注意到
1
12220I S S I -??-????
11
122122S S S S ??????
121110
T
I S S I -??-????=1
222111122200S S S S S -??
-???? (1.29) 类似于前面的证明即可以得到这一部分的结论。 综合以上两部分的证明，可得引理的结论。
下面介绍三类标准的线性矩阵不等式问题。Matlab 的LMI 工具箱中给出了这三类问题的求解器。假定其中的F 、G 和H 是对称的矩阵值仿射函数，c 是一个给定的常数向量。
1、可行性问题(LMP)：对给定的线性矩阵不等式()0F x <，检验是否存在x ，使得
()0F x <成立的问题称为一个线性矩阵不等式的可行性问题。如果存在这样的x ，则该线性矩阵不等式问题是可行的，否则这个线性矩阵不等式就是不可行的。
2、特征值问题(EVP)：该问题是在一个线性矩阵不等式约束下，求矩阵()G x 的最大特征值的最小化问题或确定的约束是不可行的。它的一般形式是：
min λ
..s t ()G x I
λ< (1.30) ()0H x <
- 9 -
这样一个问题也可以转化成以下的一个等价问题
min T c x
..s t ()0F x < (1.31) 这也就是LMI 工具箱中特征值问题求解器所要处理的标准形式。问题(1.32)和问题(1.33)是可以相互转化的。
一个线性矩阵不等式的()0F x <可行性问题也可以写成一个EVP 。
3、广义特征值问题(GEVP)：在一个线性矩阵不等式约束下，求两个仿射矩阵函数的最大广义特征值的最小化问题。
对给定的两个相同阶数的对称矩阵G 和F ，队标量λ，如果存在非零向量y ，使得
Gy Fy λ=则λ称为矩阵G 和F 的广义特征值。矩阵G 和F 的最大广义特征值的计算问
题可以转化成一个具有线性矩阵不等式约束的优化问题。
事实上，假定矩阵F 式正定的，则对充分大的标量λ，有G y F y λ=。随着λ的减小，
并在某个适当的值，G F λ-将变为奇异的。因此，存在非零向量y 使得。这样的一个λ 就是矩阵G 和F 的广义特征值。根据这样的思想，矩阵G 和F 的最大广义特征值可以
通过求解如下的优化问题得到：
m i n
k (1.32) ..s t 0G F λ-<
当矩阵G 和F 是x 的一个仿射函数时，在一个线性矩阵不等式约束下，求解函数
()G x 和()F x 的最大广义特征值的最小化问题的一般形式如下：
min λ
..s t ()()G x F x λ< (1.33)
()0F x >()0H x >
第 2 章 输出相对于状态为线性时的Lipschitz 非线性系统状态
观测器设计
这一章主要讨论输出相对于状态为线性时的Lipschitz 非线性系统状态观测器设计。本章将采用Lyapunov 方法，对观测器渐近稳定的条件重新进行讨论并利用LMI 技术进行观测器的选取。
2.1采用 Lyapunov 方法的状态观测器设计 2.1.1观测器渐近稳定的充分条件
此类Lipschitz 非线性系统重新描述如下：
()()()
12,,+,,,x Ax t u x g t u y y Cx g t u =+Φ???=+?? (2.1) 其中为n x R ∈系统状态，n n A R ?∈，q n R C ?∈为实常数矩阵。n u R ∈为系统输入，n y R ∈代 表 系 统 输 出 。+:p n n R R R R Φ??→，+1:p n n g R R R R ??→，+2:p q g R R R ?→ 为非线性映射，且对所有的0t ≥，u ，sss ∑x ，(),,t u x Φ满足如下的Lipschitz 条件：
()()??,,,,t u x t u x
x x γΦ-Φ≤- (2.2) 其中γ是Lipschitz 常数。 观测器设计如下：
()()()1???,,,,x Ax t u x g t u y L y y =+Φ++- (2.3) 误差动态为：
()()()??,,,,x
A LC x t u x t u x =-+Φ-Φ (2.4) 其中n x R ∈为状态观测器误差，?x x x
=-。 定理2.1 对系统(2.1)，若( A, C )可观测，(),,t u x Φ关于x 满足Lipschitz 条件，如果增益矩阵L 的选择满足：
()0A LC μγ-+< (2.5)
则由式(2.3)给出的观测器就可以确保误差动态(2.4)是渐近稳定的。
证明：考虑候选Lyapunov 函数
- 11 -
2
22T
V x x x == (2.6)
沿着误差轨线x 对x 求导可得：
()()()()?24,,,,T
T T V x A LC A LC x x t u x t u x ??=-+-+Φ-Φ??????
(2.7)
由Cauchy-Schwarz 不等式可得：
()()()()??2,,,,2,,,,T x t u x t u x x t u x t u x
Φ-Φ≤Φ-Φ???? 再由(),,t u x Φ是Lipschitz 的可得：
()()?4,,,,44T T
x t u x t u x x x x x γγΦ-Φ≤=????
(2.7)变为
()()22T
T V x A LC A LC I x γ??≤-+-+??
(2.8)
再由定理条件(2.5)
()()
()()
max
20T
A LC A LC A LC μγλγ-+<-+-+<
()
()()
max
20T
A LC A LC I λγ?-+-+<
()()20T
A LC A LC I γ?-+-+<
即
()
()20T
A LC A LC I γ-+-+<
因此0V <，所以误差动态(2.4)是渐近稳定的。
2.1.2增益矩阵的选取
下面将采用LMI 技术重新表达定理2.1，并给出增益矩阵的选取：
定理2.1 对系统(2.1)，若(),A C 可观测，(),,t u x Φ关于x 满足Lipschitz 条件，如果对于以下的线性矩阵不等式存在解L (L 为适当维数矩阵变量)：
20T
T T
A A C L LC I γ+--+< (2.9)
则选择增益矩阵为L ，式(2.3)给出的观测器就可以确保误差动态(2.4)是渐近稳的。
证明：若(2.9)成立，则有：
()()20T
A LC A LC I γ-+-+< (2.10)
另 ()()
()()200
2
T
T
A L C A
L C A L C A
L C I I γγ-
+--+-+
02T
A L C A L C I λγ??
-+-?+< ? ???
(2.11)
()()
02
T
A LC A LC γ-+-?
+<
()0A LC μγ?-+<
再由定理2.1可得此时的误差动态(2.4)是渐近稳定的。
本节采用 Lyapunov 方法给出了状态观测器存在的充分条件的证明和增益矩阵的选取。在充分性定理的基础上又通过LMI 技术给出了增益矩阵的选取。从定理2.1和2.2的证明过程中可以看出实际上()()20T
A LC A LC I γ-+-+<和()0A LC μγ-+<完全等价的，这使得通过LMI 技术给出的增益矩阵需满足的条件仍保持着直观性。另外此时 Lyapunov 函数取为2
22T V x x x ==，实际上这样的Lyapunov 函数本质上是取
2T V x Px =，当P I =时的特殊情况。这在一定意义上是存在保守性的。
2.1.3观测器实例
考虑一类Lipschitz 非线性系统如下：
()()()
12,,+,,,x Ax t u x g t u y y Cx g t u =+Φ???=+?? 其中：
0111A ??=??-??，()10,,0.6sin t u x x ??Φ=??
??，()14,,0u g t u y ??
=????，[]01C =，()2,,2g t u y u = 显然有γ= 0.6。根据20T T T A A C L LC I γ+--+<采用LMI 可得[]6.3907 3.8445T
L =。 将所得增益矩阵L 带入到观测器中(2.3)中可以验证所设计的观测器给出的估计值均快速收敛到真实值，验证了定理2.1的正确性。
- 13 -
第 3 章 输出相对于状态为非线性时的Lipschitz 非线性系统状
态观测器设计
这一章主要讨论输出相对于状态为非线性时的 Lipschitz 非线性系统状态观测器设计。正如上文中提到的此类观测器的设计主要集中为输出相对于状态为线性时的情况，而忽略了输出相对于状态的非线性。实际情况中输出相对于状态的非线性项是不可避免的，必须对此类情况加以考虑。本章在第2章讨论的基础上，将输出相对于状态为线性时的相应结果扩展到输出相对于状态为非线性时的情形。
3.1 采用Lyapunov 方法的观测器设计
本节将采用Lyapunov 方法对观测器渐近稳定的充分条件进行重新讨论，并采用LMI 技术进行观测器的选取。 3.1.1观测器渐近稳定的充分条件
输出相对于状态为非线性时的Lipschitz 非线性系统描述如下：
()()()()
1122,,,,,,,x Ax t u x g t u y y Cx t u x g t u =+Φ+???=+Φ+?? (3.1) 其中n x R ∈为系统状态，n n A R ?∈，q n C R ?∈为实常数矩阵。p R μ∈为系统输入，q y R ∈代 表 系 统 输 出 。+1:p n n R R R R Φ??→，+2:p n q R R R R Φ??→，
+1:p n n g R R R R ??→,+2:p q g R R R ?→为非线性映射，且对所有的0t ≥，u ，x ，
()1,,t u x Φ,()2,,t u x Φ 满足如下的Lipschitz 条件：
()()()()111222??,,,,??,,,,t u x t u x
x x t u x t u x
x x γγΦ-Φ≤-Φ-Φ≤- (3.2)
其中1γ，2γ为相应的Lipschitz 常数。
观测器设计如下：
()()()11???,,,,x Ax t u x g t u y L y y =+Φ++- (3.3) 误差动态为：
()()()()()1122??,,,,,,,,x A LC x t u x t u x L t u x t u x =-+Φ-Φ-Φ-Φ???????? (3.4) 其中n x R ∈为状态观测器误差，?x x x
=-。
定理3.1 对系统(3.1)，若( A, C )可观测，()1,,t u x Φ，()2,,t u x Φ关于x 满足Lipschitz 条件其Lipschitz 常数为1γ，2γ如果增益矩阵L 的选择满足
()120A LC L μγγ-++< (3.5)
则由式(3.3)给出的观测器就确保误差动态(3.4)是渐近稳定的。 证明：考虑候选Lyapunov 函数
2
22T
V x x x == (3.6)
令()()111?,,,,t u x t u x Φ=Φ-Φ，()()111?,,,,t u x t u x Φ=Φ-Φ沿着误差轨线x 对t 求导可得：
()()12244T T T T T
V x A LC A LC x Px L x ??=-+-+Φ-Φ??
(3.7)
由Cauchy-Schwarz 不等式可得
1144T x x Φ≤Φ，2244T T L x L x
-Φ≤Φ
再由()1,,t u x Φ，()2,,t u x Φ是Lipschitz 的可得：
111444T T x x x x x γγΦ≤=，222444T T T L x L x x L x x γγ-Φ≤=
(3.7)变为
()()12222T T
V x A LC A LC I L
I x γγ??≤-+-++?
?
(3.8)
再由定理条件()120A LC L μγγ-++<可得：
()()()12max 12002T A LC A LC A LC L L μγγλγγ??
-+--++
()()max 1202T A LC A LC I L I λγγ??-+-?++< ? ???
()
()
1202
T
A LC A LC I L I γγ-+-?++<
即
()
()12220T
A LC A LC I L I γγ-+-++<
因此0V <，所以误差动态(3.4)是渐近稳定的。
教学设计的基本方法与步骤 广州市教育局教研室吴必尊 一、教学设计的基本概念 教学设计是指为了达到预期的教学目标，运用系统观点和方法，遵循教学过程的基本规律，对教学活动进行系统规划的过程。 （一）设计过程具体包括： 1．分析学习需求； 2．确定教学目标； 3．设计解决方法； 4．就解决方法进行实施、反馈、调整方案，再行实施直至达到预期教学目标。 （二）设计要素具体包含： 教学对象、教学内容、教学目标、教学策略、教学媒体、教学评价等基本要素。 （三）教学设计的理论基础是： 现代教学理论、学习理论、信息传播学、教育技术学和系统科学方法。 （四）教学设计与写教案的关系： 是继承与发展的关系。 （五）提倡教学设计的主要目的： 1．提高课堂的教学效率和教学效果； 2．提高教师的专业素质和教学技能； 3．促进教学研究和教学改革的深化。 二、教学设计的基本理念 一个好的教学设计方案必须体现现代教学观； 教学观通常是指教育工作者对一些重大的教育现象、问题或事件的比较稳定的看法，它集中反映了教育工作者的教育价值取向。 当代的教育改革都是以教学观念的变革为先导的，故此，转变教学观念已成为每一个教育工作者必须面临的首要问题。 当前必须树立的教学观念有： 1．素质教育观 ①面向全体、全面发展：从三个方面七项基本素质构建素质教育培养目标。 三个方面是：身体、心理、文化科学； 七项基本素质是：身体素质、心理素质、道德素质、文化素质、审美素质、劳动素质交往素质； 七项基本素质分为四个层次： 第一层次：身体素质；
第二层次：心理素质； 第三层次：道德素质、文化素质、审美素质； 第四层次：劳动素质、交往素质。 ②承认差异、因材施教、发展个性： 每个人的主观能动性是不同的，因此，人的差异性是绝对的。 要求通过有效的教学，使不同程度的学生都能在各自原有的基础上得到提高和发展。同时，潜能得到发挥，个性得到发展； ③重点培养学生的创新精神和实践能力。 在教学上要着力为学生营造一种生动活泼，思维活跃、平等和谐、积极参与和探索的教学氛围以及教学情景； ④培养学生：学会学习、学会生活、学会做人、学会生存。 学会学习：主要是要掌握学习方法和学习策略，为终身教育打好基础； 学会生活：主要培养学生独立生活的能力、动手操作能力、交往能力和健康生活的能力，为适应现代社会生活打好基础； 学生做人：重点培养学生的思想道德和爱国情操，做一个遵纪守法、文明有礼的现代公民； 学会生存：重点培养学生适应环境、改造环境的能力。 2．系统方法观 所谓系统方法就是按照事物本身的系统性，把研究对象放在系统形式中加以考察的一种科学方法。即从系统的观点出发，着重从整体与部分（或要素）之间、部分与部分之间、整体与环境之间的相互联系和相互作用的关系中，考察和处理研究对象，实现整体优化，以求系统获得最大功能的一种科学方法。 教学过程就是一个系统，组成要素有：教师、学生、教学内容、教学手段、教学方法等。 系统方法应用于教学设计具有以下三个特征： ①整体性： 即教学的各个要素、各个环节是互相关联、互相作用，缺一不可的。因此，要求教学系统中的各个组成要素必须匹配、相容，且达到最优组合，使产生最大功能的“整体效应”，这样，才能使教学系统达到最佳的预期目标。 因此，教学设计的目的之一，就是通过分析系统各要素之间的交互作用，协调要素之间的联系和组合，使系统功能得到最佳发挥。故此，教学设计的过程就是将系统各要素按照它们的内在联系的规律，加以配置、组合的过程。 ②有序性： 教学系统有序性是指教学要结合学科内容的逻辑结构和学生身心发展情况，有次序，有步骤进行，以利于教学目标的达成。
电子信息工程系实验报告 课程名称：MATLAB 应用 实验项目名称：GUI 计算器设计 实验时间：2012-11-22班级：测控081姓名：学号：810707132实验目的: 1.熟悉MATLAB 的菜单设计方法 2.熟悉MATLAB 的主要控件使用方法 3.熟悉MATLAB 的GUI 设计流程 4.运用MATLAB 的GUI 设计一个简单的计算器 实验环境: MATLAB7.8 实验内容: function varargout =jisuanqi1(varargin)%JISUANQI1M-file for jisuanqi1.fig %JISUANQI1,by itself,creates a new JISUANQI1or raises the existing %singleton*.%%H =JISUANQI1returns the handle to a new JISUANQI1or the handle to %the existing singleton*.%%JISUANQI1('CALLBACK',hObject,eventData,handles,...)calls the local %function named CALLBACK in JISUANQI1.M with the given input arguments.%%JISUANQI1('Property','Value',...)creates a new JISUANQI1or raises the %existing singleton*.Starting from the left,property value pairs are %applied to the GUI before jisuanqi1_OpeningFunction gets called.An %unrecognized property name or invalid value makes property application %stop.All inputs are passed to jisuanqi1_OpeningFcn via varargin.%%*See GUI Options on GUIDE's Tools menu.Choose "GUI allows only one %instance to run (singleton)".%%See also:GUIDE,GUIDATA,GUIHANDLES %Edit the above text to modify the response to help jisuanqi1 %Last Modified by GUIDE v2.505-Dec-201022:24:59 %Begin initialization code -DO NOT EDIT gui_Singleton =1;成 绩： 指导教师（签名）：
简单计算器 1 基本功能描述 简单计算器包括双目运算符和单目运算符。双目运算符包含基本的四则运算及乘幂功能，单目运算符包含正余弦、阶乘、对数、开方、倒数等运算。可对输入任意操作数包含小数和整数及正数和负数进行以上的所有运算并能连续运算。出现错误会给出提示，同时包含清除、退格、退出功能以及有与所有按钮相对应的菜单项。 2 设计思路 如图1，是输入数据子函数的流程图。打开计算器程序，输入数据，判断此次输入之前是否有数字输入，如果有，则在之前输入的数字字符后加上现有的数字字符；如果没有，则直接使编辑框显示所输入的数字字符。判断是否继续键入数字，如果是，则继续进行前面的判断，如果否，则用UpdateData(FALSE)刷新显示。 如图2，是整个计算器的流程图。对于输入的算式，判断运算符是双目运算符还是单目运算符。如果是双目运算符，则把操作数存入数组a[z+2]中，把运算符存入b[z+1]中；如果是单目运算符，则把字符串转化为可计算的数字，再进行计算。下面判断运算符是否合法，如果合法，则将结果存入a[0],不合法，则弹出对话框，提示错误。结束程序。
输入一个数字 在之前输入的数字字符后面加上现在的数字字符。 Eg ：m_str+=”9”。 直接使编辑框显示所输入的数字字符。 Eg ：m_str=”9”。 pass3=1表示已有数字输入 开始 之前是否有数字输入？ pass3==1? 继续键入数字？ 用UpdateData(FALSE)刷新显示 图1 输入数据子函数流程图 Y N Y N
输入开始 双目运算符 是否每一个操作数都存入a[]数组？ 把操作数存入a[z+2],把运算符存入b[z+1]。 单目运算符 将字符串转换 为可计算的数进行运算 运算是否合法？ 将结果存入a[0] 弹出对话框提示错误 结束Y Y N N 图2 简单计算器总流程图
目录 1.概述 (1) 1.1任务来源 (1) 1.2转向系统基本介绍 (1) 1.3转向系统结构简图 (1) 2.转向系统相关参数 (1) 3.最小转弯半径 (2) 4.转向系传动比的计算 (3) 5.转向系载荷的确定 (3) 5.1原地转向阻力矩 M (3) r 5.2车轮回正阻力矩Ms (3) 5.3作用在转向盘上的力 F (3) k 6.转向管柱布置的校核 (4) 6.1转向管柱布置角度的测量 (4) 6.2转向管柱角速度及力矩波动计算 (4) 6.3转向管柱固有频率要求 (7) 7.结论 (7) 参考文献................................................... 错误！未定义书签。
1.概述 1.1任务来源 根据6430车型设计开发协议书， 6430项目是一款全新开发的车型，需对转向系统进行设计计算。 1.2转向系统基本介绍 转向管柱为角度不可调式管柱，转向机采用结构简单、布置容易的齿轮齿条式转向机。 转向盘采用软发泡三辐式，轮辐中间有一块大盖板，打开时可拆装调整转向盘。 1.3转向系统结构简图 2.转向系统相关参数
轮胎规格为185R14LT ，层级为8。轮辋偏置距为+45mm ，负荷下静半径为304㎜，滚动半径约317mm ，满载下前胎充气压力240KPa 。 3.最小转弯半径 汽车的最小转弯半径是汽车在转向轮处于最大转角条件下以低速转弯时前外轮中心与地面接触点的轨迹构成圆周半径，它在汽车转向角达到最大时取得。 转弯半径越小，则汽车转向所需场地就愈小，汽车的机动性就越好。为了避免在汽车转向时产生的路面对汽车行驶的附加阻力和轮胎过快磨损，要求转向系能保证在汽车转向时，所有车轮应绕瞬时转向中心作纯滚动。此时，内转向轮偏转角β应大于外转向轮偏转角α，在车轮为绝对刚体的假设条件下，角α与β的理想关系式应是： L ctg ctg K +=βα 式中： K —两侧主销轴线与地面相交点之间的距离； L —轴距。 3.1按外轮最大转角 C L R += α sin 1 =5194.9（mm ） 3.2按内轮最大转角 C KL K L R +++=2 1 222]tan 2)sin [(ββ =5912.3（mm ）
沈阳航空航天大学 课程设计报告 课程设计名称：单片机系统综合课程设计课程设计题目：简易计算器的设计与实现 院（系）： 专业： 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 完成日期：
沈阳航空航天大学课程设计报告 目录 第1章总体设计方案 (1) 1.1设计内容 (1) 1.2设计原理 (1) 1.3设计思路 (2) 1.4实验环境 (2) 第2章详细设计方案 (3) 2.1硬件电路设计 (3) 2.2主程序设计 (7) 2.2功能模块的设计与实现 (8) 第3章结果测试及分析 (11) 3.1结果测试 (11) 3.2结果分析 (11) 参考文献 (12) 附录1 元件清单 (13) 附录2 总电路图 (14) 附录3 程序代码 (15)
第1章总体设计方案 1.1 设计内容 本设计是基于51系列的单片机进行的十进制计算器系统设计，可以完成计算器的键盘输入，进行加、减、乘、除1位无符号数字的简单四则运算，并在6位8段数码管上显示相应的结果。 设计过程在硬件与软件方面进行同步设计。硬件方面从功能考虑，首先选择内部存储资源丰富的8751单片机，输入采用4×4矩阵键盘。显示采用6位8段共阳极数码管动态显示。软件方面从分析计算器功能、流程图设计，再到程序的编写进行系统设计。编程语言方面从程序总体设计以及高效性和功能性对C语言和汇编语言进行比较分析，最终选用汇编语言进行编程，并用protel99se涉及硬件电路。 1.2 设计原理 在该课程设计中，主要用到一个8751芯片和串接的共阳数码管,和一组阵列式键盘。作为该设计的主要部分，下面将对它们的原理及功能做详细介绍和说明。 1)提出方案 以8751为核心，和数码管以及键盘用实验箱上已有的器件实现计算器的功能。 2) 总体方案实现 (1)要解决键值得读入。先向键盘的全部列线送低电平，在检测键盘的行线，如果有一行为低电平，说明可能有按键按下，则程序转入抖动检测---就是延时10ms再读键盘的行线，如读得的数据与第一次的相同，说明真的有按键按下，程序转入确认哪一键按下的程序，该程序是依次向键盘的列线送低电平，然后读键盘的行线，如果读的值与第一次相同就停止读，此时就会的到键盘的行码与列码
密级：版本/更改状态：第一版／0 编号： 长城汽车股份有限公司技术文件 CC6460K/KY 转向系统设计计算书 编制： 审核： 审定： 批准： 长城汽车股份有限公司 二OO四年四月十五日
目录 1 系统概述????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 2 转向系统设计依据的整车参数计设计要求????????????????????????????????????????????????????????2 3 转向系统设计过程????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 3.1 最小转弯半径计算?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 3.2 转向系的角传动比计算?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 3.3 转向系的力传动比计算?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 3. 4 转向系的内外轮转角?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 3. 5 液压系统的匹配计算?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????5 3.5.1 转向油泵流量的计算??????????????????????????????????????????????????????????????????????????5 3.5.2 转向油泵压力的变化??????????????????????????????????????????????????????????????????????????6 4 结论说明????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????7 5 参考文献????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????8
电子系统设计的基本原则和设计方法 一、电子系统设计的基本原则： 电子电路设计最基本的原则应该使用最经济的资源实现最好的电路功能。具体如下： 1、整体性原则 在设计电子系统时，应当从整体出发，从分析电子电路整体内部各组成元件的关系以及电路整体与外部环境之间的关系入手，去揭示与掌握电子系统整体性质，判断电子系统类型，明确所要设计的电子系统应具有哪些功能、相互信号与控制关系如何、参数指标在那个功能模块实现等，从而确定总体设计方案。 整体原则强调以综合为基础，在综合的控制与指导下，进行分析，并且对分析的结果进行恰当的综合。基本的要点是：（1）电子系统分析必须以综合为目的，以综合为前提。离开了综合的分析是盲目的，不全面的。（2）在以分析为主的过程中往往包含着小的综合。即在对电子系统各部分进行分别考察的过程中，往往也需要又电子局部的综合。（3）综合不许以分析为基础。只有对电子系统的分析了解打到一定程度以后，才能进行综合。没有详尽以分析电子系统作基础，综合就是匆忙的、不坚定的，往往带有某种主管臆测的成分。 2、最优化原则 最优化原则是一个基本达到设计性能指标的电子系统而言的，由于元件自身或相互配合、功能模块的相互配合或耦合还存在一些缺陷，使电子系统对信号的传送、处理等方面不尽完美，需要在约束条件的限制下，从电路中每个待调整的原器件或功能模块入手，进行参数分析，分别计算每个优化指标，并根据有忽而
指标的要求，调整元器件或功能模块的参数，知道目标参数满足最优化目标值的要求，完成这个系统的最优化设计。 3、功能性原则 任何一个复杂的电子系统都可以逐步划分成不同层次的较小的电子子系统。仙子系统设计一般先将大电子系统分为若干个具有相对独立的功能部分，并将其作为独立电子系统更能模块；再全面分析各模块功能类型及功能要求，考虑如何实现这些技术功能，即采用那些电路来完成它；然后选用具体的实际电路，选择出合适的元器件，计算元器件参数并设计个单元电路。 4、可靠性与稳定性原则 电子电路是各种电气设备的心脏，它决定着电气设备的功能和用途，尤其是电气设备性能的可靠性更是由其电子电路的可靠性来决定的。电路形式及元器件选型等设计工作，设计方案在很大程度上也就决定可靠性，在电子电路设计时应遵循如下原则：只要能满足系统的性能和功能指标就尽可能的简化电子电路结构；避免片面追求高性能指标和过多的功能；合理划分软硬件功能，贯彻以软代硬的原则，使软件和硬件相辅相成；尽可能用数字电路代替模拟电路。影响电子电路可靠性的因素很多，在发生的时间和程度上的随机性也很大，在设计时，对易遭受不可靠因素干扰的薄弱环节应主动地采取可靠性保障措施，使电子电路遭受不可靠因素干扰时能保持稳定。抗干扰技术和容错设计是变被动为主动的两个重要手段。 5、性能与价格比原则 在当今竞争激烈的市场中，产品必须具有较短的开发设计周期，以及出色的性能和可靠性。为了占领市场，提高竞争力，所设计的产品应当成本低、性能好、
简单计算器设计报告 045 一、基本功能描述 通过文本编辑框实现基本整数的加减乘除运算 二、设计思路 如下图是整个程序进行的流程图，基本方法是在ItemText文本编辑框输入字符，程序对字符进行判断，若输入不是数字则提示错误。输入正常时，通过下拉框ComboBox_InsertString 选择相应运算符。点击等号IDC_OK，即可得出运算结果。操作简便，算法简单。 三、软件设计 1、设计步骤 打开Microsoft Visual C++ 6.0,在文件中点击新建，在弹出框内选择MFC AppWizard[exe]工程，输入工程名zhoutong及其所在位置，点击确定 1
将弹出MFC AppWizard-step 1对话框，选择基本对话框，点击完成 MFC AppWizard就建立了一个基于对话窗口的程序框架
四、主要程序分析 1、字符判定函数 BOOL IsInt(TCHAR*str) { int i=atoi(str); TCHAR strtemp[256]; wsprintf(strtemp,"%i",i); if(strcmp(str,strtemp)!=0) { return FALSE; } Else { return TRUE; } } 该函数通过atoi把文本编辑框读取的字符转换为数字，再通过wsprintf把转换数字转换为字符，通过strcmp比较原字符和转换得来的字符。如相同返回true,不通则返回false. 3、运算符选择程序 BOOL Main_OnInitDialog(HWND hwnd, HWND hwndFocus, LPARAM lParam) { HWND hwndComboOP=GetDlgItem(hwnd,IDC_COMBOOP); ComboBox_InsertString(hwndComboOP,-1,TEXT("+")); ComboBox_InsertString(hwndComboOP,-1,TEXT("-")); ComboBox_InsertString(hwndComboOP,-1,TEXT("*")); ComboBox_InsertString(hwndComboOP,-1,TEXT("/")); return TRUE; } 3
简单系统设计的基本方法教案 教学目标： 知识目标：1.理解系统的基本特性和基本原则；2.初步掌握系统设计的基本方法。 能力目标：掌握系统设计的基本方法，能够进行简单的系统设计。 情感目标：1.培养创新意识和探究意识；2.渗透人性化设计理念； 教学重难点：本节学习的重点是初步掌握系统设计的基本方法；学习的难点是系统设计的基本方法、基本步骤。 教学方法：探究式；任务型教学法；案例法。 课时安排：1课时 教学过程： 新课导入： 新课教学： 提出问题，让学生观察思考： 我市希望小学要建一间简易教室，如果你就是一位系统设计师，你将怎样做？（阅读课本P95-P98） 把学生分成若干个小组，讨论交流： 1.从系统论的角度考虑如果建一间教室要考虑哪些问题？哪些问题是最重要和紧迫的，哪些是属于改善和优化的环节？ 2.教室平面设计的分析。教室的面积怎样预估? 怎样确定？ 3.教室的保温设计。平房耗散热量的规律是什么？保温隔热的方法有哪些？从保温的角度对室体有哪些设计要求？从保温的角度对门窗有哪些设计要求？ 4.如果在东北建教室还要考虑哪些问题？ 小组展示，教师点评 【感悟提升】 在教室平面设计中 1.教室平面图的形状为什么采用长方形？ 2.教室为什么选取坐北朝南的朝向？ 3.为什么设计的窗户南面的宽、北面的窄? 4.门为什么安装在教室的一头？ 5.教室平面图的长与宽应怎样确定？根据是什么？ 6.如果考虑学生实际人数可能超出了原先估计的最大人数这一因素,你认为应怎样改动设计图纸?改动过程应该如何进行? 7.在教室保温设计中还有什么好办法，可以起到保温和隔热作用？如果有，可在教材图3-15中作出标记。 8.除了保温之外，对于教室的其他性能，如采光、通风安全等，你还有哪
计算机程序训练任务书简单计算器设计 学院：材料科学与工程学院 专业：材料成型及控制工程 班级：07050103 学号：0705010318 姓名：郭炯
目录 一．训练目的 二．设计内容和要求 三．设计思路 四．该程序功能分析 五．系统用到的数据类型及函数六．基本算法 七．程序流程图及屏幕运行截图八．参考文献 九．设计心得 十．源程序代码
计算机程序训练设计报告 一．训练目的： 计算机程序设计训练是学习完《计算机程序设计》课程后进行的一次全面的综合性上机实验。其目的在于为学生提供了一个既动手又动脑，独立实践的机会，将课本上的理论知识和实际有机的结合起来，锻炼学生的分析解决实际问题的能力。提高学生适应实际，实践编程的能力。 二．设计内容和要求： 用C语言作为工具制作一个简单的windows计算器，根据课程设计1周时间的安排选择适当大小的设计课题，根据题目的基本需求，画出流程图，编写程序，并写出详细的设计说明书。最后上机调试通过，并进行验收，交上机报告和程序的原代码。 设计题目设计一个简单计算器 具体内容在功能上功能尽量模拟windows操作系统中的计算器，系统界面 不做强制要求。 三．设计思路 大体框架是用两个while语句来实现相应的计算，用goto 语句来实现多次进入while语句进行相应的计算，第一个while语句用于新的两个数来进行计算，第二个while语句是用上一次储存的计算结果来与另外的数进行相应的运算。 每个while语句嵌套switch语句来实现加减乘除以及三角函数等运算。 每种运算都是调用自定义的函数来实现相应运算的。 四．该程序功能分析： 该程序主要功能是计算简单运算，以及简单的三角函数的计算，优点是一次运算结束后会提醒是否将运算的结果储存下来，如果储存则与另外的数继续进行下一次运算，如果不储存，则会执行新的运算，如果不计算了即可跳出界面。同时计算开方。 五．系统用到的数据类型及其函数： 1.整型变量num 用于判断需要进行什么运算。 整型变量l 用于决定进入哪个while循环语句。 实型变量a,b,x,t a,b,x用于放置需要计算的数，t用于放置每次运算的结果。
1 转向系统的功能 1.1 驾驶者通过方向盘控制转向轮绕主销的转角而实现控制汽车运动方向。 对方向盘的输入有两种方式：对方向盘的角度输入和对方向盘的力输入。装有动力转向系统的汽车低速行驶时，操作方向盘的力很轻，却要产生很大的方向盘 转角输入，汽车的运动方向纯粹是由转向系统各杆件的几何关系所确定。这时， 基本上是角输入。而在高速行驶时，可能出现方向盘转角很小，汽车上仍作用有 一定的侧向惯性力，这时，主要是通过力输入来操纵汽车。 1.2 将整车及轮胎的运动、受力状况反馈给驾驶者。这种反馈，通常称为路感。 驾驶者可以通过手—---感知方向盘的震动及运转情况、眼睛—---观察汽车运动、 身体—---承受到的惯性、耳朵—---听到轮胎在地面滚动的声音来感觉、检测汽车 的运动状态，但最重要的的信息来自方向盘反馈给驾驶者的路感，因此良好的路 感是优良的操稳性中不可缺少的部分。 反馈分为力反馈和角反馈 从转向系统的功能可以得知：人、车通过转向系统组成了人车闭环系统，是驾驶者对汽车操纵控制的一个关键系统。 2 转向系统设计的基本要求 转向系是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构，在汽车转向行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系。转向系的基本要求如下： 2．1 汽车转弯时，全部车轮应绕瞬时回转中心（瞬心）旋转，任何车轮不应有侧滑。 不满足这项要求会加剧轮胎磨损，并降低汽车的操作稳定性。实际上，没有哪 一款汽车能完全满足这项要求，只能对转向梯形杆系进行优化，一般在常用转向 角内（内轮15°～25°范围）使转向内外轮运动关系逼近上述要求。 2．2 良好的回正性能 汽车转向动作完成后，在驾驶者松开方向盘的条件下，转向轮能自动返回到直线行驶位置，并稳定行驶。转向轮的回正力矩的大小主要由悬架系统所决定的前 轮定位参数确定，一般来说，影响汽车回正的因素有：轮胎侧偏特性、主销内倾 角、主销后倾角、前轮外倾、转向节上下球节的摩擦损失、转向节臂长、转向系 统的逆效率等。 2．3汽车在任何行驶状态下，转向轮不得产生自振，方向盘没有摆动。 2．4 转向机构与悬架机构的运动不协调所造成的运动干涉应尽可能小，由于运动干涉使转向轮产生的摆动应最小。 汽车转弯行驶时，作用在汽车质心处的离心力的作用，内轮载荷减小，外轮载荷增加，使悬架上的载荷发生相应变化。若转向桥采用非独立悬架、钢板弹簧机
评阅教师评语：课程设计成绩 考勤成绩 实做成绩 报告成绩 总评成绩指导教师签名： 课程设计报告 论文题目基于ARM的简易计算器设计 学院（系）：电子信息与自动化学院 班级：测控技术与仪器 学生姓名：同组同学： 学号：学号： 指导教师：杨泽林王先全杨继森鲁进时间：从2013年 6 月10 日到2013年 6 月28 日 1
目录 1、封面—————————————————————P1 2、目录—————————————————————P2 3、前言—————————————————————P3 4、关键字————————————————————P3 5、原理与总体方案————————————————P3 6、硬件设计———————————————————P6 7、调试—————————————————————P10 8、测试与分析——————————————————P11 9、总结—————————————————————P13
10、附件—————————————————————P14 前言 近几年，随着大规模集成电路的发展，各种便携式嵌入式设备，具有十分广阔的市场前景。嵌入式系统是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是是由单个程序实现整个控制逻辑。在嵌入式系统中，数据和命令通过网络接口或串行口经过ARM程序处理后，或显示在LCD上，或传输到远端PC上。 本文通过周立功的LPC2106芯片完成的简易计算器，正是对嵌入式应用的学习和探索。 一、摘要： 计算器一般是指“电子计算器”，是能进行数学运算的手持机器，拥有集成电路芯片。对于嵌入式系统，以其占用资源少、专用性强，在汽车电子、航空和工控领域得到了广泛地应用。本设计就是先通过C语言进行相应程序的编写然后在ADS中进行运行最后导入PROTUES进行仿真。最后利用ARM中的LPC2106芯片来控制液晶显示器和4X4矩阵式键盘，从而实现简单的加、减、乘、除等四则运算功能。 关键字：中断，扫描，仿真，计算 二、原理与总体方案： 主程序在初始化后调用键盘程序，再判断返回的值。若为数字0—9，则根据按键的次数进行保存和显示处理。若为功能键，则先判断上次的功能键，根据代号执行不同功能，并将按键次数清零。程序中键盘部分使用行列式扫描原理，若无键按下则调用动态显示程序，并继续检测键盘；若有键按下则得其键值，并通过查表转换为数字0—9和功能键与清零键的代号。最后将计算结果拆分成个、十、百位，再返回主程序继续检测键盘并显示；若为清零键，则返回主程序的最开始。 电路设计与原理：通过LPC2106芯片进行相应的设置来控制LCD显示器。 而通过对键盘上的值进行扫描，把相应的键值通过MM74C922芯片进行运算从而
毕业设计（论文）开题报告 学生姓名 郑蕊 系部 汽车工程系 专业、班级 车辆07—6班 指导教师姓名 姚佳岩 职称 副教授 从事 专业 车辆工程 是否外聘 □是■否 题目名称 东风轻型货车转向系统设计 一、课题研究现状、选题目的和意义 作为汽车的一个重要组成部分, 汽车转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成, 如何设计汽车的转向特性, 使汽车具有良好的操纵性能, 始终是各汽车生产厂家和科研机构的重要研究课题。特别是在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天, 针对更多不同水平的驾驶人群, 汽车的操纵设计显得尤为重要。汽车转向系统经历了纯机械式转向系统、液压助力转向系统、电动助力转向系统3 个基本发展阶段。1)纯机械式转向系统,由于采用纯粹的机械解决方案, 为了产生足够大的转向扭矩需要使用大直径的转向盘, 这样一来, 占用驾驶室的空间很大, 整个机构显得比较笨拙, 驾驶员负担较重, 特别是重型汽车由于转向阻力较大,单纯靠驾驶员的转向力很难实现转向, 这就大大限制了其使用范围。但因结构简单、工作可靠、造价低廉, 目前在一部分转向操纵力不大、对操控性能要求不高的微型轿车、农用车上仍有使用。2)液压助力转向系统,1953 年通用汽车公司首次使用了液压助力转向系统, 此后该技术迅速发展, 使得动力转向系统在体积、功率消耗和价格等方面都取得了很大的进步。80 年代后期, 又出现了变减速比的液压动力转向系统。在接下来的数年内, 动力转向系统的技术革新差不多都是基于液压转向系统, 比较有代表性的是变流量泵液压动力转向系统( Variable Displacement Power Steering Pump) 和电动液压助力转向( Electric Hydraulic PowerSteering, 简称EHPS) 系统。变流量泵助力转向系统在汽车处于比较高的行驶速度或者不需要转向的情况下, 泵的流量会相应地减少, 从而有利于减少不必要的功耗。电动液压转向需要全套设计请联系Q Q1537693694系统采用电动机驱动转向泵, 由于电机的转速可调, 可以即时关闭, 所以也能够起到降低功耗的功效。液压助力转向系统使驾驶室变得宽敞, 布置更方便, 降低了转向操纵力, 也使转向系统更为灵敏。由于该类转向系统技术成熟、能提供大的转向操纵助力, 目前在部分乘用车、大部分商用车特别是重型车辆上广泛应用。但是液压助力转向系统在系统布置、安装、密封性、操纵灵敏度、能量消耗、磨损与噪声等方面存在不足。3)汽车电动助力转向系统(EPS),EPS 在日本最先获得实际应用, 1988 年日本铃木公司首次开发出一种全新的电子控制式电动助力转向系统, 并装在其生产的Cervo 车上, 随后又配备在Alto 上。此后, 电动助力转向技术得到迅速发展, 其应用范围已经从微型轿车向大型轿车和客车方向发展。日本的大发汽车公司、三菱汽车公司、本田汽车公司, 美国的Delphi 公司, 英国的Lucas 公司, 德国的ZF 公司, 都研制出了各自的EPS 。EPS 的助
微机课程设计报告 题目简易计算器仿真 学院（部）信息学院 专业通信工程 班级2011240401 学生姓名张静 学号33 12 月14 日至12 月27 日共2 周 指导教师（签字）吴向东宋蓓蓓
单片机十进制加法计算器设计 摘要 本设计是基于51系列的单片机进行的十进制计算器系统设计，可以完成计 算器的键盘输入，进行加、减、乘、除3位无符号数字的简单四则运算，并在LED上相应的显示结果。 软件方面从分析计算器功能、流程图设计，再到程序的编写进行系统设计。编程语言方面从程序总体设计以及高效性和功能性对C语言和汇编语言进行比较分析，针对计算器四则运算算法特别是乘法和除法运算的实现，最终选用全球编译效率最高的KEIL公司的μVision3软件，采用汇编语言进行编程，并用proteus仿真。 引言 十进制加法计算器的原理与设计是单片机课程设计课题中的一个。在完成理论学习和必要的实验后，我们掌握了单片机的基本原理以及编程和各种基本功能的应用，但对单片机的硬件实际应用设计和单片机完整的用户程序设计还不清楚，实际动手能力不够，因此对该课程进行一次课程设计是有必要的。 单片机课程设计既要让学生巩固课本学到的理论，还要让学生学习单片机硬件电路设计和用户程序设计，使所学的知识更深一层的理解，十进制加法计算器原理与硬软件的课程设计主要是通过学生独立设计方案并自己动手用计算机电路设计软件，编写和调试，最后仿真用户程序，来加深对单片机的认识，充分发挥学生的个人创新能力，并提高学生对单片机的兴趣，同时学习查阅资料、参考资料的方法。 关键词：单片机、计算器、AT89C52芯片、汇编语言、数码管、加减乘除
XXXXXX大学 VB程序设计实验报告 题目：简单科学计算器的设计及实现 班级：XXXXXXXXXXXXXX 学号： XXXXXXXXXX 姓名：XXXX
简单型科学计算器的设计与实现 一·实验目的 1．通过本实验，进一步理解Visual Basic的编程方法。 2．提高运用Visual Basic编程的能力。 3．培养对所学知识的综合运用能力。 4．运用控件数组，选择结构，IF，CASE语句等所学知识编程一个简单型科学计算器二·实验类型 综合型实验。 三·实验内容与步骤 1．实验内容： 编写一个简单计算器程序，实现基本运算，程序的运行结果如图所示 2.实验步骤 (1). 在窗体上建立一个命令按钮控件数组，有18个数组元素，其caption属性值如上图所示。 (2). 创建commond1（）控件数组，将命令按钮0~9的index值分别设为0~9，±命令按钮
的index值为10，创建commond2（）控件数组命令按钮加减乘除的index值为0,1,2,3，commond3按钮为小数点，commond4按钮为=，commond5为清除。 (3).建立文本框txet1来显示输入数据及运算结果。 (4) 熟练运用if，case语句编写程序。 （5）运行程序及调试。 四·程序代码如下： Dim n As Double,t As Double,k As String Private Sub Command1_Click(Index As Integer) Text1.Text = Text1.Text + Command1(Index).Caption Select Case Index Case 10 If Left(Text1.Text, 1) <> "-" Then Text1.Text = "-" & Text1.Text Else Text1.Text = Right(Text1.Text, Len(Text1.Text) - 1) End If End select End Sub Private Sub Command2_Click(Index As Integer) n = V al(Text1.Text) k = Command2(Index).Caption Text1.Text = "" End Sub Private Sub Command3_Click() n = 0 t = 0 str (n) = "" str(t) = "" firstnum = True Text1.Text = "0." End Sub Private Sub Command4_Click() t = V al(Text1.Text) Select Case k Case "+" Text1.Text = n + t
课程汽车设计题目电动助力转向系设计说明书 姓名 学号 班级 指导教师 日期 2016年6月15日
目录 一. 轿车转向系设计方案的选择................................. - 1 - 1.轿车参数的确定 (1) 2.对转向系的要求 (2) 3.转向系结构设计 (2) 1)转向操纵机构 ......................................................................................- 2 - 2)转向传动机构 ......................................................................................- 3 - 3)机械转向器 ..........................................................................................- 3 - 二.转向系统的主要性能参数................................... - 4 - 1.转向系的效率 (4) 1)转向系的正效率...................................................................................- 4 - 2)转向系的逆效率...................................................................................- 5 - 2.转向系传动比的确定. (5) 1)转向系统传动比的组成........................................................................- 5 - 2)转向系统的力传动比和角传动比的关系..............................................- 6 - 3)传动系传动比的计算 ...........................................................................- 7 - 3.转向系传动副的啮合间隙 .. (7) 1)转向器的啮合特征 ...............................................................................- 7 - 2)转向盘的自由行程 ...............................................................................- 8 - 4.齿轮齿条式转向器的设计和计算 (8) 1)转向轮侧偏角的计算 ...........................................................................- 8 - 2)转向器参数的选取 ...............................................................................- 9 - 3)选择齿轮齿条材料 ...............................................................................- 9 - 4)轴承的选择 ........................................................................................ - 10 - 5.转向盘的转动的总圈数 (10) 三.电动助力转向系统设计.................................... - 10 - 1.转矩传感器 (10) 2.减速机构 (10) 3.电磁离合器 (10) 4.电动机 (11) 5.车速传感器 (11) 6.电子控制单元 (11) 四.转向梯形机构的设计...................................... - 11 - 1.转向梯形理论特性 (11) 2.转向梯形的布置 (12) 3.转向梯形机构尺寸的初步确定 (12) 4.梯形校核 (12) 一. 轿车转向系设计方案的选择 1.轿车参数的确定