第一题：现控有哪些控制器结构，各有何特点，作用，用在什么场合？
答：
（1）状态反馈：
特点：1、状态反馈将系统的每个状态变量乘以相应的反馈系数，然后反馈到输入端与参考输入相加形成控制律，作为受控系统的控制输入；2、不增加系统的维数（状态反馈解耦时也不增加系统的维数）；3、比不增加补偿器的输入反馈的效果要好；4、不增加新的状态变量；5、反馈增益阵是常矩阵，反馈为线性反馈；6、不改变受控系统的能控性，但不保证系统的能观性不变；7、对于完全能控的单输入系统能实现闭环极点的任意配置，而且不影响原系统零点的分布，但如果故意制造零极点对消，那么此时闭环系统将是不能观的；8、系统能镇定的充要条件是不能控子系统为渐近稳定。
作用：状态反馈增益阵K的引入不增加系统的维数，但可通过K的选择自由地改变闭环系统的特征值，从而是系统获得所要求的性能。
场合：
（2）输出反馈：
特点：1、采用输出矢量y构成线性反馈律；2、在技术实现上的方便性；3、输入反馈的HC和状态反馈的K相当，由于m 作用：输出反馈增益阵H可以改变闭环系统的特征值，从而改变系统的控制性能； 场合： （3）从输出到状态矢量导数 x： 特点：1、加入从输出y到状态矢量导数的反馈增益阵G；2、不增加新的状态变量；3、反馈增益阵是常矩阵，反馈为线性反馈；3、对系统实现闭环极点任意配置的充要条件是该系统完全能观；4、系统能镇定的充要条件是其不能观子系统为渐近稳定。 作用：通过选择矩阵G改变系统的闭环特征值，从而影响系统的特性。 场合： （4）动态补偿器： 特点：1、通过引入动态子系统来改善系统性能，这种动态子系统称为动态补偿器；2、系统维数等于受控系统和动态补偿器二者维数之和；3、具有串联连接和反馈连接两种形式，采用反馈连接比串联连接容易获得更好的性能；4、对于完 全能控的单输入-单输出系统能实现闭环极点的任意配置的条件是1）该系统完全能观，2）动态补偿器的阶数为n-1（如果不要求“任意”配置，则动态补偿器的阶数可以进一步降低） 作用：改善系统性能。 场合：使用状态观测器的状态反馈系统。 （5）前馈补偿器： 特点：1、串接一个在待解耦系统的前面，使串联组合系统的传递函数矩阵称为对角型的有理函数矩阵；2、会使系统的维数增加。 作用：在解耦系统的具体综合问题中，使系统解耦。 场合：应用在解耦系统的具体综合问题中。 （6）状态观测器： 特点：1、以系统的输入u和输出y为其输出量；2、线性定常系统的状态观测器存在的充要条件是系统的不能观子系统为渐近稳定的；3、系统必须完全能观，或其不能观子系统是渐近稳定的；4、观测器应有足够宽的频带（但从抑制干扰的角度看，又希望频带不要太宽）；5、观测器在结构上应尽可能简单，即具有尽可能低的维度，以便于物理实现；6、只要系统能控能观，则系统的状态反馈矩阵和观测器反馈矩阵可分别进行设计。 作用：解决了在确定性条件下受控系统的状态重构问题，从而使状态反馈成为一种可实现的控制律。 场合：应用于确定性条件下受控系统的状态重构问题。 第二题：控制器结构有哪些？具体的控制器有哪些，各有什么用？（PID类，超前-滞后类，陷波类，零极点对消类，小回路类（三回路干什么用？为什么？），前馈类，复合控制类） 答： （一）控制器结构： 1、串联校正； 2、反馈校正； 3、状态反馈校正：高阶系统需要较多的传感器来求得数目众多的状态变量，不经济；即使是低阶系统，往往也需要观测器来估计一部分状态变量； 4、串联-反馈校正； 5、前馈校正：控制器不在闭环里，所以原系统的特征根不受影响； 前三个都是一自由度的结构，能实现的性能指标受到限制，4和5是二自由度结构。 （二）具体的控制器： 1、PID类：控制量是误差信号的比例与积分和微分相加，容易在时域里实现和观察，这类控制器通常用时域方法来实现。 （1）PD控制器： 特点：1、只需要两个运算放大器来实现;2、Kd越大，所需的电容值越大；3、他是一个高通滤波器；4、会放大高频噪声；5、通常会提高带宽和减少上升时间和调整时间；6、增大阻尼，减少超调量；7、增大增益裕度、相角裕度和Mr。（2）PI控制器： 特点：1、增大阻尼，减少超调；2、增加上升时间；3、减小带宽;4、增加增益裕度、相角裕度和Mr；5、过滤高频噪声；6、选择Ki和Kp使电路的电容值不至于过大很难；7、他是一个低通滤波器 （3）PID控制器： 特点：1、具有PI和PD的优点；2、是一个带通滤波器。 2、超前-滞后类：通常在频域里设计。 (1)相位超前控制器： 特点：1、增加阻尼，通常降低上升和调整时间；2、会降低前向通道的传递函数靠近增益穿越频率的相位，从而增加相位裕度；3、减小前向通道传递函数的幅频特性曲线上在增益穿越频率处的斜率，从而增加增益和相角裕度；4、增加带宽，从而加快响应速度；5、不影响稳态误差；6、如果原系统不稳定或稳定裕度很小，使用单级超前控制会使带宽增加很多，从而难过滤从输入引入的噪声，但会对提高从靠近输出的地方引入的噪声的过滤能力，同时也会提高系统的鲁棒性；7、如果原系统不稳定或稳定裕度很小，使用单级超前控制很难奏效除非将放大器增益K设定为补偿 ，这将导致放大器增益很高，从而很不经济；8、单级超前可能会导致系统条件稳定；9、单级超前能补偿的相位不超过90度。（2）相位滞后控制器： 特点：1、增加系统的相对稳定性；2、减小带宽；3、增加上升时间和调整时间； 4、系统对参数变化更敏感。 3、陷波类：1、用来消除非常靠近虚轴使系统震荡或不稳定的复极点；2、不必精确消除；3、能增加线性系统的稳定性； 4、不影响系统的高频和低频性能。 (1)以零极点对消设计的陷波控制器； (2)陷波-相位滞后控制器； (3)陷波-PI控制器。 4、前馈类：1、一般与反馈同时作用使系统具有二自由度，这样反馈控制器中不能被过程传递函数消除的零点可以由前馈控制器来消除，同时保证闭环特征方程不变；2、也可以用前馈控制器来消除闭环传递函数中不受反馈控制器影响的极点；3、缺点是系统对前馈控制器的参数变化很敏感。 5、复合控制类： 鲁棒控制器+前向控制器：1、提高系统的鲁棒性；2、减少噪声干扰。 6、小回路类：用快速回路来抑制干扰，而主回路由于种种原因一般都是窄带宽 的。 （1）PID控制器： 单独引入D到小回路里来（即速度反馈）：1、效果和PD控制器相似，但其闭环传递函数比PD少一个零点，因此效果要好；2、对于一型系统，减少斜坡误差系数但不影响阶跃误差系数； （2）带有源滤波的小回路控制器：对于一型系统，减少斜坡误差系数但不影响阶跃误差系数。 （3）三回路:1、各环可以增加带宽，增加系统响应的快速性；2、尤其是内环可以增加该环输出随输入的跟随性，对于干扰也有很好地快速抑制作用。 （4）相位超前控制器； （5）相位滞后控制器； 大作业： 一、题目： 二、初始参数及要求 直流电机基本参数为： 220V；13.6A；1480r/min；Ce=0.131v/(r/min)；允许过载倍数λ=1.5；晶闸管装置：Ks=76；电枢回路总电阻R=6.58Ω; 时间常数：T l=0.018s，T m=0.25s，三相晶闸管整流电路的平均失控时间T s=0.00167s; 反馈系数：α=0.00337V/（r/min），β=0.4V/A；反馈滤波时间常数：Toi=0.005s，Ton=0.005s 稳态指标：在负载和电网电压的扰动下稳态无静差 动态指标：电流超调量σi≤15%，电流调整时间t si≤0.7s；空载启动到额定转速时的转速超调量σn≤15%，转速调整时间t ss≤0.9s 三、转速电流双闭环控制系统的组成 系统中总共设置两个调节器，分别用来调节转速和电流。转速负反馈和电流负反馈实现嵌套连接，转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再利用电流调节器的输出控制电力电子变换器，从而形成转速、电流双闭环调速系统。为了实现静、动态性能，调节器采用比例部分能够迅速响应控制作用，积分部分最终消 除稳态偏差，因此两个调节器都采用PI调节器。 图1 双闭环直流调速系统的动态结构框图 答： 1、电流环的设计： 首先应设计电流环的参数，因为它包含在速度环内。如图1所示反电势反馈到电流环内部与电流环自身反馈形成了交叉反馈作用。由于在实际系统中电磁时间常数远小于机电时间常数，电流的调节过程往往比转速的变化过程快得多。反电势对电流环来说，只是一个变化缓慢的扰动，在电流调节器的快速调节过程中，可以认为反电势E 基本不变，即认为0≈?E ，所以再设计电流环时，可以暂时不考虑反电势变化的动态作用，而将电势反馈作用断开，从而将电流环结构简化，如图2所示。 图2 为使计算简便，再把反馈通道上的传递函数前移，得到图3。 图3 可以看到，此时过程传递函数为()） ）（）（（1s 018.0100167.01s 005.06208.4s +++=s P 含有三个极点，其中极点s1=200，s2=598，远远大于s3=55.6，同时根据工程上的设计法，通常将电流环设计为一型系统，所以考虑用PID 控制器的零点消除这 两个非主导极点，PID 控制器的形式设为()s 1s 00167.01s 005.0s c ））（（++=K G 。 这样加了PID 控制器之后的电流环开环传递函数为()） （1s 018.0s s +=I K G ，是一个一型系统，按照要求超调量%15i ≤σ，所以选15%%106.0i <==σζ，这样，由241 018.0ζ=I K 得，s K n I 7.0s 144.04t ,3.46,58.38s <== ==ωζω又有，满足要求。 则6208.4/I K K =≈8.35，最终 PID 控制器的传递函数为 ()s s s G 0000697.0135.80557.0c ++=。 2、速度环的设计： 1）经过上一步后，电流环的闭环传递函数为()58.38018.045.96s 2++= s s G d ，忽略高次项，上式可降阶近似为()58.3845.96s +=s G d ，近似条件为T K I 31cn ≤ω,其中cn ω为速度环开环频率特性的截止频率，T 为高次项的系数此时即为0.018。 2）此时，在像设计电流环时一样，把反馈通道的传递函数前移，则未加速度环控制器的速度环开环传递函数为) 1005.0)(102592.0(685.1++s s s ，再把两个小时常数的惯性环节合并得)103092.0(s 685.1+s ，近似条件为005 .002592.0131cn ?≤ω=29.28 3）选用PI 控制器：s s K G n n c ττ)1(0+= ，校正后速度环开环传递函数为())103092.0(1 2++=s s K s G ns N n τ，其中685.1n n ?=τK K N 。 4）校正前系统为Ⅰ型，经过PI 校正后会变为Ⅱ型，而一般情况下，中频宽度h 在5或者6时，Ⅱ型系统有很好的跟随和抗扰响应性能。按调节器的工程设计方法，以中频宽h=5设计PI 控制器的参数，得 PI 控制器的超前时间常数03092.0h n ?=τ=0.1546， 转速环开环增益为2 2N 03092.021h h K +=，n N K τω=cn =19.4 PI 控制器的比例系数为685.1n n ÷?=τN K K =11.51。 输出限幅值为dm I U ?=β*im =0.4*20=8V; 于是PI 控制器的传递函数为()s s G 1546.011546.051.11s 0c ）（+= 进行MATLAB 仿真所得的电流环波形图为： 由图可以算出其超调量≈i σ9.2%<15%满足要求，调节时间s t =0.13s 满足要求。 对系统进行MATLAB 仿真所得转速环波形为： 如图所见，虽然调整时间和超调量均过大。经过调整之后，选择速度控制器的参数为：比例系数840n n ==τ，超前时间常数为K ，同时将电流环控制器的积分时间常数由0.0557/8.35调整为0.0557/3之后再做仿真得： 修正后的电流环波形： 修正后的转速环波形： 经计算，超调量%15%9.8i <≈σ，调节时间s 82.0t s =，满足要求。 所以最终电流环控制器为：()s s s G 0000697.0130557.0c ++=； 速度环控制器为：()s 81840s 0c ）（+=s G 3. 加入干扰后MATLAB 仿真并讨论： 1）在5.0s 加入-100V 的电网电压阶跃扰动的仿真图： 如何减少其影响？ 答：因为电网电压扰动输入在电流环内，主要有电流环压制，所以引入电流微分反馈校正应该可以抑制扰动输入的最大动态速降。 2）在5.0s时加入-10A的负载阶跃扰动的仿真图： 如何减少转速波动的影响？ 答：因为负载扰动在电流环外，主要靠转速环反馈压制，所以采用转速微分负反馈可以使系统在负载扰动下的动态速降大大降低。 3）加入100Hz宽度的随机负载扰动： 如何减少其影响？ 答：若频谱能量集中在低频部分的，用低通滤波器将信号滤出；集中在中频部分的，用带通滤波器滤出信号；集中在高频部分的，用高通滤波器滤波。 4.速度环饱和非线性，如何避免饱和？ 答：采用微分反馈校正,可以使转速调节器提前退饱和,从而有效地抑制转速超调。在双闭环系统ST饱和时启动时，当电动机转速n上升到给定值ns时，ST开始退出饱和限幅值，电枢电流随之下降，但在电流下降过程中，只要电枢电流Id仍然大于负载电流Ifz，n必然继续上升形成超调。引入转速微分负反馈后，微分超前作用将使反馈信号超前于转速n，在n还小于ns的某一转速时，微分反馈信号已达到并超过给定信号，迫使ST提前退出饱和限幅值，因而可压低超调量。 精心整理 ----------2007-------------------- 一、(22分)求解下列问题： 1. (3分)简述采样定理。 解：当采样频率s ω大于信号最高有效频率h ω的2倍时，能够从采样信号)(*t e 中 完满地恢复原信号)(t e 。（要点：h s ωω2>）。 2．(3分)简述什么是最少拍系统。 解：在典型输入作用下，能以有限拍结束瞬态响应过程，拍数最少，且在采样时刻上无稳态误差的随动系统。 3．(3 4．（x()∞5．(5解：(G 6．(5试用Z 解：二、（ (i X s ) z 图1 1．（5分）试求系统的闭环脉冲传递函数 () () o i X z X z ； 2．（5分）试判断系统稳定的K 值范围。 解：1.101 1 1 1 11 1()(1)(1)11(1)1(1)()1e 11e 1e G G z z Z s s z Z s s z z z z z z z e z -------??=-??+????=--??+?? =-----=---= -1 1 010******* 1e ()()e 1e ()1()1e (1e )(e )(1e )(1e )e e o i K X z KG G z z X z KG G z K z K z K K z K K ------------== -++--=-+--=-+- 2．（5 三、(8 已知(z)1Φ=1．(3分)简述离散系统与连续系统的主要区别。 解：连续系统中，所有信号均为时间的连续函数；离散系统含有时间离散信号。 2．(3分)简述线性定常离散系统的脉冲传递函数的定义。 解：在系统输入端具有采样开关，初始条件为零时，系统输出信号的Z 变换与输入信号的Z 变换之比。 3．(3分)简述判断线性定常离散系统稳定性的充要条件。 解：稳定的充要条件是：所有特征值均分布在Z 平面的单位圆内。 4．(5分)设开环离散系统如图所示，试求开环脉冲传递函数)(z G 。 成都理工大学工程技术学院《过程控制系统课程设计实验报告》 名称：单容水箱液位过程控制 班级：2011级自动化过程控制方向 姓名： 学号： 目录 前言 一．过程控制概述 (2) 二．THJ-2型高级过程控制实验装置 (3) 三．系统组成与工作原理 (5) （一）外部组成 (5) （二）输入模块ICP-7033和ICP-7024模块 (5) （三）其它模块和功能 (8) 四．调试过程 (9) （一）P调节 (9) （二）PI调节 (10) （三）PID调节 (11) 五．心得体会 (13) 前言 现代高等教育对高校大学生的实际动手能力、创新能力以及专业技能等方面提出了很高的要求，工程实训中心的建设应紧紧围绕这一思想进行。 首先工程实训首先应面向学生主体群，建设一个有较宽适应面的基础训练基地。通过对基础训练设施的 集中投入，面向全校相关专业，形成一定的规模优势，建立科学规范的训练和管理方法，使训练对象获得机械、 电子基本生产过程和生产工艺的认识，并具备一定的实践动手能力。 其次，工程实训的内容应一定程度地体现技术发展的时代特征。为了适应现代化工业技术综合性和多学科交叉的特点，工程实训的内容应充分体现机与电结合、技术与非技术因素结合，贯穿计算机技术应用，以适应科学技术高速发展的要求。应以一定的专项投入，建设多层次的综合训练基地，使不同的训练对象在获得对现代工业生产方式认识的同时，熟悉综合技术内容，初步建立起“大工程”的意识，受到工业工程和环境保护方面的训练，并具备一定的实用技能。 第三，以创新训练计划为主线，依靠必要的软硬件环境，建设创新教育基地。以产品的设计、制造、控制乃至管理为载体，把对学生的创新意识和创新能力的培养，贯穿于问题的观测和判断、创造和评价、建模和设计、仿真和建造的整个过程中。 H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程设计说明书（论文） 课程名称：自动控制理论课程设计 设计题目：直线一级倒立摆控制器设计 院系：电气学院电气工程系 班级： 设计者： 学号： 指导教师： 设计时间：2016.6.6-2016.6.19 手机： 工业大学教务处 *注：此任务书由课程设计指导教师填写。 直线一级倒立摆控制器设计 摘要：采用牛顿—欧拉方法建立了直线一级倒立摆系统的数学模型。采用MATLAB 分析了系统开环时倒立摆的不稳定性，运用根轨迹法设计了控制器，增加了系统的零极点以保证系统稳定。采用固高科技所提供的控制器程序在MATLAB中进行仿真分析，将电脑与倒立摆连接进行实时控制。在MATLAB中分析了系统的动态响应与稳态指标，检验了自动控制理论的正确性和实用性。 0.引言 摆是进行控制理论研究的典型实验平台，可以分为倒立摆和顺摆。许多抽象的控制理论概念如系统稳定性、可控性和系统抗干扰能力等，都可以通过倒立摆系统实验直观的表现出来，通过倒立摆系统实验来验证我们所学的控制理论和算法，非常的直观、简便，在轻松的实验中对所学课程加深了理解。由于倒立摆系统本身所具有的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合特性，许多现代控制理论的研究人员一直将它视为典型的研究对象，不断从中发掘出新的控制策略和控制方法。 本次课程设计中以一阶倒立摆为被控对象，了解了用古典控制理论设计控制器(如PID控制器)的设计方法和用现代控制理论设计控制器(极点配置)的设计方法，掌握MATLAB仿真软件的使用方法及控制系统的调试方法。 1.系统建模 一级倒立摆系统结构示意图和系统框图如下。其基本的工作过程是光电码盘1采集伺服小车的速度、位移信号并反馈给伺服和运动控制卡，光电码盘2采集摆杆的角度、角速度信号并反馈给运动控制卡，计算机从运动控制卡中读取实时数据，确定控制决策(小车运动方向、移动速度、加速度等)，并由运动控制卡来实现该控制决策，产生相应的控制量，使电机转动，通过皮带带动小车运动从而保持摆杆平衡。 图1 一级倒立摆结构示意图 本科生毕业设计（论文）开题报告 论文题目：嵌入式智能家居控制系统 软件设计 学院：电气工程学院 专业班级：自动化1204 学生姓名：刘芳春 学号： 120302433 导师姓名：王通 开题时间：2016年 3 月 18 日 1.课题背景及意义 1.1课题研究背景、目的及意义 目前，几乎所有家庭都有使用各种电器设备，电视、电灯、空调、冰箱等。然而，就当前情况来说，这些设备总是被看成单个的、独立的个体使用，而极少出现一个专门的系统来管理它们、或是将它们糅合为一个具有一定“智慧”的设备集合体。这不仅使得设备使用者不得不在控制和管理这些设备上消耗大量时间和精力，而且容易造成设备使用效率不高，浪费宝贵的能源，这不符合节能环保的国家政策方针。 基于这个事实，智能家居的概念应运而生。智能家居又被人们称智能住宅[1]，在国外也叫做Smart Home。智能家居是以个人住所为单位，以控制技术、通信技术计算机技术为基础，以提升人们的日常家居生活为目的的家居控制和管理系统[2]。 由于智能家居是一个最近才得到快速发展的行业，当前有许多地方并未得到充分的研究，也有许多研究成果并未能转化成为实际产品。探寻其本质因素有两个。其一，大多数已有的智能家居产品是针对高消费人群设计和开发的，而没有顾及到占人口绝大多数的低端消费人群。因此，其市场本身就不会太大。其二，许多开发出来的产品在性能上并不完全让消费者满意。当前已有的产品中的大多数，或是存在功能单调、或是存在使用不方便等各种缺乏吸引力的不足之处。 为了改善这一现状，软件部分设计就成了必不可少的工作，软件部分以软件开发平台为核心，向上提供应用编程接口，向下屏蔽具体硬件特性的板级支持包。嵌入式系统中，软件和硬件紧密配合，协调工作，共同完成系统预定的功能。嵌入式软件是应用程序和操作系统两种软件的一体化程序。对于嵌入式软件而言，系统软件和应用软件的界限并不明显，原因在于嵌入式环境下应用系统的配置差别较大，所需操作系统裁剪配置不同，I/O 操作没有标准化，驱动程序通常需要自行设计[3,4]。 嵌入式实时操作系统在目前的嵌入式系统中应用越来越广泛，尤其在功能复杂、系统庞大的应用中[5]。它与实时应用软件相结合成为有机的整体起着核心作用，由它来管理和协调各项工作，为应用软件提供良好的运行软件环境和开发环境。μC/OS-II 是一个完整的，可移植、固化、裁剪的占先式实时多任务内核。它通过了美国联邦航空管理局商用航行器的认可，符合航空无线电技术委员会对用于航空设备方面所使用的软件性能提出的DO-178B标准认可。目前已有数百个商业应用的μC/OS，该操作系统的稳定性和可靠性得到了充分的肯定[6,7]。该操作系统在智能家居领域中的应用也越来越广泛。因此对于嵌入式智能家居操作系统的研究也越来越有必要。 灯光控制系统方案 一、系统概述 系统原理概述 系统所有的单元器件（除电源外）均内置微处理器和存储单元，由一对信号线（UTP5）连接成网络。每个单元均设置唯一的单元地址并用软件设定其功能，通过输出单元控制各回路负载。输入单元通过群组地址和输出组件建立对应联系。当有输入时，输入单元将其转变为数字信号在系统总线上广播，所有的输出单元接收并做出判断，控制相应回路输出。 系统通过两根总线连接成网络。总线上不仅为每个组件提供24伏直流电源，还加载了控制信号。通过系统编程使控制开关与输出回路建立逻辑对应关系。 系统元件采用 模块化结构、并已 经有系统化产品、 系统扩展方便。同 时，通过专用接口 元件及软件，可能 直截接入电脑进行实时监控，或接入以太网进行远程实时监控。因此在设计时更加简单、灵活。 系统为分布式控制，模块化结构，可靠性高。任何控制模块均内置CPU，每个输入模块（场景开关、多键开关、红外传感器等）都可直接与输出模块（调光器、输出继电器）通讯（发送指令→接受指令→执行指令），避免了集中式结构中央CPU一旦出现故障造成整个系统瘫痪的弱点。 与BA系统的集成 诺雅照明控制系统是一个开放的系统，通过专用接口软件，可方便地与其他系统连接，如楼宇自控系统、门禁系统、保安监控系统、消防系统等。 系统结构图 二、系统功能和优点 智能照明控制系统在学校应用的功能和优点： 1、实现照明控制智能化 可用手动控制面板，根据一天中的不同时间，不同用途精心地进行灯光的场景预设置，使用时只需调用预先设置好的最佳灯光场景，使人产生新颖的视觉效果。随意改变各区域的光照度。 2、美化环境以达到吸引学生的注意力 好的灯光设计，能营造出一种温馨、舒适的环境，增添其艺术的魅力。良好的环境可以培养学生对其产生更大的兴趣，从而得到更好的学习效果。 利用灯光的颜色、投射方式和不同明暗亮度可创造出立体感、层次感，不同色彩的环境气氛，不仅使学生有个很好的学习环境，而且还可以产生一种艺术欣赏感，对课程产生强烈的研究精神。 3、可观的节能效果 由于智能照明控制系统能够通过合理的管理，根据不同日期、不同时间按照各个功能区域的运行情况预先进行光照度的设置，不需要照明的时候，保证将灯关掉；在大多数情况下很多区域其实不需要把灯全部打开或开到最亮，智能照明控制系统能用最经济的能耗提供最舒适的照明；系统能保证只有当必需的时候才把灯点亮，或达到所要求的亮度，从而大大降低了学校的能耗。 4、延长灯具寿命 灯具损坏的致命原因是电压过高。灯具的工作电压越高，其寿命则成倍降低。反之，灯具工作电压降低则寿命成倍增长。因此，适当降低灯具工作电压是延长灯具寿命的有 一种简单实用的水位自动控制系统设计 发表时间：2010-03-10T16:21:22.827Z 来源：《中小企业管理与科技》2010年2月上旬刊供稿作者：周玲钟义广[导读] 近年来对城市供水提出了更高的要求，水塔水位控制自动化系统被不断地改造，以适应社会的发展和人民生活水平的提高周玲钟义广（广西机电职业技术学院） 摘要：本文介绍一种简单实用的水箱水位自动控制系统的基本组成及工作原理，通过对该系统组装测试，达到预期效果，正式应用于乡镇供水系统中。实践证明，该水位控制系统设计方案合理，运行效果好，具有低成本、高使用价值的优点。关键词：水位自动控制系统 0 引言 近年来对城市供水提出了更高的要求，水塔水位控制自动化系统被不断地改造，以适应社会的发展和人民生活水平的提高，满足及时、准确、安全和保证充足供水。目前水位自动控制系统有很多成熟的产品，控制手段主要有单片机监控、比较电路监控、利用PLC和传感器构成水塔水位恒定的控制系统等，运行可靠，可实现远程监控和无人值守。在许多偏远地区，特别是居住相对分散的农村地区，供水问题也待解决。如果仍然沿用人工方式，劳动强度大，工作效率低，安全性难以保障。本文针对乡镇和偏远农村家庭供水的特点，设计一款简单实用、符合要求的水位自动控制系统。 1 水箱水位自动控制系统的组成 针对偏远农村分散居住，取水不方便（包括从水井取水）的特点，考虑到农民生活消费水平不高，设计的供水系统必须是既方便农民的生活，又经济实惠等特点的水箱水位自动控制系统。水箱水位自动控制系统的组成。 由图中可知，水位自动控制系统电路主要由主电路和控制电路两大部分组成。主电路是一台抽水水泵，由220V交流电源电压供电。控制电路由包括整流、滤波、稳压电路、感应电路及限流限压电路组成。 2 水箱水位自动控制系统的设备 水位自动控制系统的设备只需选用价格低廉、安全可靠的设备。 由设备表可知，所有的设备都是简单而常用的小型设备，价格低廉，控制和维护简单易于掌握，对远离城市的偏远地区非常适用。传统的水位控制系统通常使用传感器进行上、下限控制，以保证水位在上、下限之间。此设计中只用三根导线来代替传感器放置在上、下限水位之间，利用水的导电特性完成上、下限水位的自动控制，节省了购买传感器的费用，也不必考虑传感器的故障，进一步降低成本，提高系统的可靠性。 常见的生活用水供应系统工作形式是由外来补充水源（一次水源）向一个高位水塔和一个低位水池补水，再由高位水塔和低位水池（二次水源）向各用户供水。此设计主要考虑针对家庭供水系统（或者某些单独取用水之处），因此只需用（储）水箱而非水塔供水。系统供水是由水箱直接供应，不用考虑由位置高度所形成的压力来进行供水，不用气压供水，不必在屋顶上设置水箱，也不用单独建筑水塔，仅在厨房或需用水的地方放置一足够大的（储）水箱即可满足供水要求。 3 水箱水位自动控制系统的控制原理 该水箱水位自动控制系统结构简单，控制原理如下：系统上电后，交流电源经整流、滤波、稳压后，由电位器调节获得12V直流工作电压。当水箱水位低于下限时，接触器线圈失电，其常闭触头使水泵接通工作，抽水到水箱中；当水位上升到上限时，接触器线圈得电，常闭触头断开，常开触头闭合，水泵停止抽水。 V1、V2用来保护LM317输出端电压为安全电压，使其免受短路电流的影响；V3用来保护三极管，同时避免触电事故的发生。水位的上、下限可通过调整三根导线的位置设定。 4 测试应用 该设计经安装调试，结合实验室给排水系统进行测试，效果良好。正式应用于某乡镇几个家庭的日常用水装置中已将近两年，至今未发生故障。该系统在运行期间稳定性高，完全符合预先规定的标准，只需将控制电路稳压输出调整在10V-12V之间，可投入使用。可用交流变压器供电，也可以用直流供电。 5 结束语 设计的水箱水位控制系统因价格便宜，结构简单，使用方便，不易发生故障，可用于要求不高的给排水系统中，特别适用于城镇及偏远山区取水装置。 参考文献： [1]布挺，王帆.基于西门子PLC的水塔水位自动控制系统[J].科技信息，2009年第12期. [2]曹琦.一种节能的变压变频供水系统[J].变频器世界，2006（7）：133-137. [3]朱晓青主编.过程检测控制技术与应用.北京，冶金工业出版社，2002年. 大学生电子设计竞赛 风力摆控制系统 学院: 计算机学院 项目：风力摆控制系统 负责人：王贤朝 指导老师：张保定 时间： 2017年5月20日 摘要 本系统采用K60开发板作为控制中心，与万向节、摆杆、直流风机（无刷 电机+扇叶）、激光头、反馈装置一起构成摆杆运动状态与风机速度分配的双闭 环调速系统。单片机输出可变的PWM波给电机调速器，控制4个方向上风机的风速，从而产生大小不同的力。利用加速度计模块MPU6050，准确测出摆杆移动的位置与中心点位置之间的关系，采样后反馈给单片机，使风机及时矫正，防止脱离运动轨迹。使用指南针模块判别方向，控制系统向指定方向偏移。控制方式采用PID算法，比例环节进行快速响应，积分环节实现无静差，微分环节减小超调，加快动态响应。从而使该系统具有良好的性能，能很好地实现自由摆运动、快速制动静止、画圆、指定方向偏移，具有很好地稳定性。 关键词：K60、空心杯电机、MPU6050、PID、无线蓝牙 目录 一、系统方案.............................................. 1.1 系统基本方案...................................... 1.1.1 控制方案设计................................ 1.1.2 机械结构方案设计............................ 1.2 各部分方案选择与论证 (1) 1.2.1电机选择 (1) 1.2.2 电机驱动的选择.............................. 1.2.3 摆杆与横杆的连接选择........................ 过程控制系统综合设计报告 班级： 姓名： 学号： 学期： 一、实验目的与要求 1．掌握DDC控制特点； 2．熟悉CS4100实验装置，掌握液位控制系统和温度控制系统构成； 3．熟悉智能仪表参数调整方法及各参数含义； 4．掌握由CS4100实验装置设计流量比值控制、液位串接控制、液位前馈反馈控制及四水箱解耦控制等设计方法； 5．掌握实验测定法建模，并以纯滞后水箱温度控制系统作为工程案例，掌握纯滞后水箱温度控制系统的建模，并用DDC控制方案完成控制算法的设计及系统调试。 以水箱流量比值控制、水箱液位串接控制、水箱液位前馈反馈控制及四水箱解耦控制为被被控对象，完成系统管路设计、电气线路设计、控制方案确定、系统调试、调试结果分析等过程的训练。以纯滞后水箱作为被控对象，以第二个水箱长滞后温度作为被控量，完成从实验测定法模型建立、管路设计、线路设计、控制方案确定、系统调试、结果分析等过程的训练。 具体要求为： 1）检索资料，熟悉传感器、执行器机械结构及工作原理。 2）熟悉CS4100过控实验装置的机械结构，进行管路设计及硬件接线； 3）掌握纯滞后水箱温度控制系统数学模型的建立方法，并建立数学模型； 4）掌握智能仪表参数调节方法； 5）进行控制方案设计，结合具体数学模型，计算系统所能达到性能指标，并通过仿真掌握控制参数的整定方法； 6）掌握系统联调的步骤方法，调试参数的记录方法，动态曲线的测定记录方法。记录实验数据，采用数值处理方法和相关软件对实验数据进行处理并加以分析，记录实验曲线，与理论分析结果对比，得出有意义的结论。 7）撰写实验设计报告、实验报告，具体要求见：（五）实践报告的内容与要求。 二、实验仪器设备与器件 1.CS4100过程控制实验装置 2.PC机（组态软件） 3.P909智能仪表若干 目录 有害气体的检测、报警、抽排.................. . (2) 1 意义与要求 (2) 1.1 意义 (2) 1.2 设计要求 (2) 2 设计总体方案 (2) 2.1 设计思路 (2) 2.2 总体设计方框图 2.3 完整原理图 (4) 2.4 PCB制图 (5) 3设计原理分析 (6) 3.1 气敏传感器工作原理 (7) 3.2 声光报警控制电路 (7) 3.3 排气电路工作原理 (8) 3.4 整体工作原理说明 (9) 4 所用芯片及其他器件说明 (10) 4.1 IC555定时器构成多谐振荡电路图 (11) 5 附表一：有害气体的检测、报警、抽排电路所用元件 (12) 6.设计体会和小结 (13) 有害气体的检测、报警、抽排 1 意义与要求 1.1.1 意义 日常生活中经常发生煤气或者其他有毒气体泄漏的事故，给人们的生命财产安全带来了极大的危害。因此，及时检测出人们生活环境中存在的有害气体并将其排除是保障人们正常生活的关键。本人运用所学的电子技术知识，联系实际，设计出一套有毒气体的检测电路，可以在有毒气体超标时及时抽排出有害气体，使人们的生命健康有一个保障。 1.2 设计要求 当检测到有毒气体意外排时，发出警笛报警声和灯光间歇闪烁的光报警提示。当有毒气体浓度超标时能自行启动抽排系统，排出有毒气体，更换空气以保障人们的生命财产安全。抽排完毕后，系统自动回到实时检测状态。 2 设计总体方案 2.1 设计思路 利用QM—N5气敏传感器检测有毒气体，根据其工作原理构成一种气敏控制自动排气电路。电路由气体检测电路、电子开关电路、报警电路、和气体排放电路构成。当有害气体达到一定浓度时，QM—N5检测到有毒气体，元件两极电阻变的很小，继电器开关闭合，使得555芯片组成的多谐电路产生方波信号，驱动发光二极管间歇发光；同时LC179工作，驱使蜂鸣器间断发出声音；此时排气系统会开始抽排有毒气体。当气体被排出，浓度低于气敏传感器所能感应的范围时，电路回复到自动检测状态。 简单控制系统的设计 【教材分析】 普通高中通用技术课程《技术与设计2》第4章，控制与设计的内容。通过学习控制系统中的控制目标，控制的过程，和控制的机理，控制与设计的知识，有助于我们运用简单的控制方法解决现实生活中遇到的相关问题，发展学生良好的逻辑思维品质。 【教学目标】 1.知识与技能：理解控制的含义及其在生产和生活中的应用，了解手动控制，自动控制，熟悉简单的开环闭环控制系统的基本组成，和简单的工作过程，并能够分析典型的案例。了解控制系统的设计，对整个设计产生的重要影响，了解简单的被控制对象的基本特征，能确定被控量控制量，画出控制系统的方框图，并形成初步的控制设计方案。 2.过程与方法：通过案例分析，学会多角度的思考问题，发展辩证思维能力。 3.情感态度与价值观：培养对控制系统设计的兴趣和想象力，理解控制系统技术设计在艺术中的魅力，提高审美情趣。 【教学重难点】 能根据开环控制系统的设计方案，制作一个控制装置，或者能根据简单闭环控制系统的设计方案，进行实施或模拟实施，学会调试运行，提出改进方案。 【教学课时及地点】 两课时。一课时在教室学习理论，一课时在实验室实践活动。【教学过程】 引入。通过上一节的学习，我们知道，任何一种控制的实现，都要通过若干个环节，这些环节就构成了一个系统，称为控制系统，控制系统通常又分为开环控制系统和闭环控制系统，其中闭环控制系统在日常生活和生产中，有着广泛的应用。 新课讲授。 简单控制系统设计概论。控制系统是一项大而专业的工程，光概论都是一本厚厚的书，今天我们只作为入门了解一下简单控制系统的涵义和设计步骤。简单控制系统其实就是单回路反馈控制系统，仅对一个被控变量进行控制，特点是结构简单、投资少、易于调整、易于运行，因此适用于被控过程的纯滞后和惯性小、负荷和扰动变化比较平缓、控制质量要求不太高的场合。 控制系统设计的一般步骤如下： 一、确定控制的目的。 二、确定系统的被控量，即控制系统要控制什么。一般情况下，系统的控制目的就是系统的被控量，但有些控制系统的控制目的与系统的被控量就可能不同。 三、明确系统被控量应达到的精度指标。 四、选定控制系统的结构。 五、建立系统各环节的模型。 六、确定待调参数。 2015 全国大学生电子设计竞赛 风力摆控制系统（B题） 【本科组】 2015年8月15日 摘要：本设计是基于STM32F103VE单片机为核心的简易风力摆控制系统，该系统由电源供电模块，直流风机及驱动模块、角度检测模块、信息处理模块、继电器及驱动模块、蜂鸣指示模块和液晶显示模块构成。STM32F103VE通过改变PWM占空比来实现对直流风机速度及方向的控制，该风力摆控制系统能够实现题目要求，简单做直线运动、复杂做圆周运动。 关键字：风力摆角度传感器单片机自动控制系统 一．方案论证： 1.系统结构 1）机械结构如图1所示。 一长约67cm的吸管上端用万向节固定在支架上，下方悬挂4只直流风机，中间安装陀螺仪，构成一风力摆。风力摆下安装一向下的激光笔，静止时，激光笔下端距离地面18cm。 图 1 2）测控电路结构 测控电路结构如图2所示。 编码器按键 图2 2.方案比较与选择 其实整体电路架构上图已经给定，主要是几个关键部分————直流风机选型及架构、直流风机驱动电路、传感器、主控芯片选择，我们分析如下： 1）直流风机的选型 方案一：采样大电流成品直流风机，虽然风力够大，但驱动多个风机所需电流过大，单个电源难以满足要求，而且比较重，多个电机使得惯性过大难以控制。鉴于以上两点，弃用。 方案二：采用小型高速电机加螺旋桨自制直流风机，风力大，体积小，质量轻，而且性价比高。 风力摆控制系统风机质量轻，减小惯性，容易起摆；风力大，风速控制范围大，摆动角度大；体积小，减少外部的干扰；鉴于以上几点，本设计采用方案二。 STM32微处理器 角度传感器 直流风机 电机驱动电路 风机供电 OLED 液晶显示 蜂鸣器 智能生活智慧人生智能家居控制系统解决方案 广东领航者科技有限公司 一、概述 本方案设计采用witlife智能家居控制系统。 维德莱夫品牌源自澳大利亚，始创于1989年， Witlife维德莱夫—智能生活·智慧人生，系智能化酒店，智能化家居的领航者，在大洋洲和大中华地区设有研发和业务机构。在全球40多个国家和地区设有经销商和代表处。为智能化生活的进一步发展奠定了厚实的基础，为智能化领航起到了决定性作用。公司自创立以来始终不变的核心理念：为智能生活，提供人性化、专业化的全程智能服务，实现超乎客户满意的惊喜。 Witlife维德莱夫大中华地区总部成立于2010年，Wit life维德莱夫是一家专业从事家庭智能化控制产品与解决方案的研发、生产、销售和服务的全球知名企业，是全球知名的智能家居公司。 Witlife维德莱夫智能家居系统，是采用自动化控制系统、计算机网络系统、网络通讯技术、无线射频(RF)技术于一体的智能控制系统。具有实时显示、即时控制、预设控制、远程控制等功能，可以用家用电脑、手机、平板电脑、RF遥控器、触控面板等多种方式进行控制。通过网络可以完全掌控家庭、酒店所有的灯光、空调、电视、音响、热水器、饮水机、电饭煲、房门、窗帘、供养、浇花等。 Witlife维德莱夫，智能生活，智慧人生，一切尽在掌握之中。 推出的世界上最先进的网络家居控制系统，广泛应用于现代住宅中的安防监控、灯光窗帘、温度湿度、音乐影院等智能控制，并能无 缝接入小区网络对讲、家庭物联网。 二、网络家居控制系统的设计标准 本设计方案主要参照以下设计标准： 1、JGJ/T16-92 （民用建筑电气设计规范） 2、EN50090 （欧洲电工标准） 三、智能家居系统结构原理 智能家居控制系统采用目前最先进的网络架构，分散控制各个子系统，最适合现代家居的应用，其结构如下： 智能家居控制系统结构 智能家居控制系统的基本构成是网络点，网络点通过网络线接入路由器构成的家庭局域网。可以高速双向传输控制、信息、视频、音频等。 由上图可看出，智能家居控制系统平台能够搭载各种控制子系统，除了继电器控制信号，它能控制任何控制协议，传输任何音频、视频、信息数据，并能双向反馈。 智能家居控制系统具有： ?居家安防控制 ?居家监控系统 ?灯光智能控制 简单控制系统 §5.1 简单控制系统设计原则 简单控制系统（单回路控制系统）是指由一个受控对象、一个测量变送器、一个控制器和一个执行机构（控制阀）所组成的闭环控制系统。 一、被控变量的选择 被控变量选择方法 方法一：选择能直接反映生产过程中产品产量和质量又易于测量的参数作为被控变量，称为直接参数法。 方法二：选择那些能间接反映产品产量和质量又与直接参数有单值对应关系、易于测量的参数作为被控变量，称为间接参数法。 选择被控变量的原则 1. 选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作用的、可直接测量的工艺参数为被控变量。 2. 当不能用直接参数作为被控变量时，可选择一个与直接参数有单值函数关系并满足如下条件的间接参数为被控变量。 ⑴满足工艺的合理性 ⑵具有尽可能大的灵敏度且线形好 ⑶测量变送装置的滞后小。 二、操纵变量的选择 选择操纵变量，就是从诸多影响被控变量的输入参数中选择一个对被控变量影响显著而且可控性良好的输入参数，作为操纵变量，而其余未被选中的所有输入量则视为系统的干扰。 1. 对象静态特性对控制质量的影响 ＫＯ应适当大些。 扰动通道放大倍数K f越小越好。Ｋf小表示扰动对被控变量的影响小，系统可控性好。 小结：选择操纵变量构成控制系统时，从静态角度考虑，在工艺合理性的前提下，扰动通道的放大倍数Ｋf越小越好，控制通道放大倍数ＫＯ希望适当大些，以使控制通道灵敏些。 2. 对象动态特性的影响 对象的动态特性一般可由时间常数Ｔ和纯滞后τ来描述。 设扰动通道时间常数为Ｔf，纯滞后为τf；控制通道的时间常数为Ｔo，纯滞后为τo。下面我们分别进行讨论。 ⑴对扰动通道特性的影响 Ｔf对控制质量的影响 过程控制系统课程设计报告 题目：温度控制系统设计 姓名： 学号： 班级： 指导教师： 温度控制系统设计 一、设计任务 设计电热水壶度控制系统方案，使系统满足85度至95度热饮需要。 二、预期实现目标 通过按键设定温度，使系统水温最终稳定在设定温度，达到控制目标。 三、设计方案 （一）系统数学模型的建立 要分析一个系统的动态特性，首要的工作就是建立合理、适用的数学模型，这也是控制系统分析过程中最为重要的内容。数学模型时所研究系统的动态特性的数学表达式，或者更具体的说，是系统输入作用与输出作用之间的数学关系。 在本系统中，被控量是温度。被控对象是由不锈钢水壶、2Kw电加热丝组成的电热壶。在实验室，给水壶注入一定量的水，将温度传感器放入水中，以最大功率加热水壶，每隔30s采样一次系统温度，记录温度值。在整个实验过程中，水量是不变的。 经过试验，得到下表所示的时间-温度表： 表1 采样时间和对应的温度值 以采样时间和对应的温度值在坐标轴上绘制时间-温度曲线，得到图1所示的曲线： 图1 时间-温度曲线 采用实验法——阶跃响应曲线法对温箱系统进行建模。将被控过程的输入量作一阶跃变化，同时记录其输出量随时间而变化的曲线，称为阶跃响应曲线。 从上图可以看出输出温度值的变化规律与带延迟的一阶惯性环节的阶跃曲线相似。因此我们选用 ()1s ke G s Ts τ-= + （式中：k 为放大系数；T 为过程时间常数；τ为纯滞后时间）作为内胆温度系统的数学模型结构。 （1）k 的求法：k 可以用下式求得： ()(0) y y k x ∞-= （x ：输入的阶跃信号幅值） 中北大学 毕业设计开题报告 学生姓名：王小龙学号：07050541X14学院、系：信息与通信工程学院 专业：自动化 设计题目：基于MATLAB的控制系统设计软件开发 指导教师:林都 2011年4月2日 毕业设计开题报告 类专业技术基础课程,在教学与研究过程中,常需要对控制系统用MATLAB进行仿究, MATLAB虽功能强大,对这方面的分析都有相应命令,但命令繁多,分析起来过于零散的性质有个整体的掌握,况且像MATLAB这么大的软件学起来也较困难。为能够更快更好掌握控制系统的性质,把多而散的命令整合起来,开发了控制系统CAI应用软件。使用此软件时用户只需输入系统参数,然后点击相关按钮,就可以快速得到所求相应的结果。二．相关理论知识 控制工程基础是以讲述古典控制为主的机械类专业技术基础课程,在教学与研究过程中,常需要对控制系统用MATLAB进行仿真分析与研究,MATLAB虽功能强大,对这 方面的分析都有相应命令,但命令繁多,分析起来过于零散,难于对系统的性质有个整体的掌握,况且像MATLAB这么大的软件学起来也较困难.为能够更快更好掌握控制系统的性质,把多而散的命令整合起来,开发了控制系统CAI应用软件.使用此软件时用户只需输入系统参数,然后点击相关按钮,就可以快速得到所求相应的结果。 要将控制系统CAI应用软件结构图中的内容在用户界面里表现出来,就必须有参数输入、结果输出、图形仿真输出等,且这些都能进行对比分析,因此要求有个友好、操作简单、可读性强、易修改的图形用户界面,选择MATLAB中具有可视化编程能力的图形界面GUI,将它提供的工具与编程经验结合起来,完成软件界面的创建.。 图1控制系统CAI应用软件结构图 风力摆控制系统设计报 告 文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256） 大学生电子设计竞赛 风力摆控制系统 学院: 计算机学院 项目：风力摆控制系统 负责人：王贤朝 指导老师：张保定 时间： 2017年5月20日 摘要 本系统采用K60开发板作为控制中心，与万向节、摆杆、直流风机（无刷电机+扇叶）、激光头、反馈装置一起构成摆杆运动状态与风机速度分配的双闭环调速系统。单片机输出可变的PWM波给电机调速器，控制4个方向上风机的风速，从而产生大小不同的力。利用加速度计模块MPU6050，准确测出摆杆移动的位置与中心点位置之间的关系，采样后反馈给单片机，使风机及时矫正，防止脱离运动轨迹。使用指南针模块判别方向，控制系统向指定方向偏移。控制方式采用PID算法，比例环节进行快速响应，积分环节实现无静差，微分环节减小超调，加快动态响应。从而使该系统具有良好的性能，能很好地实现自由摆运动、快速制动静止、画圆、指定方向偏移，具有很好地稳定性。 关键词：K60、空心杯电机、MPU6050、PID、无线蓝牙 目录 风力摆控制系统（B题） 【本科组】 一、系统方案 系统基本方案 控制方案设计 为了实现题目要求我们采用K60单片机做为主控芯片，用加速度计陀螺仪模块MPU6050来计算角度和风机状态，用直流风机带动摆杆运动。当MPU6050检测到摆杆的角度时，可根据三角函数公式计算出摆杆现在距离中心的具体位置（方向、距离），单片机会控制PWM波的输出大小来控制风机的风速与方向，使摆杆达到在特定位置静止或按照一定的轨迹运动。当摆杆处于自然下垂状态时，给四个风机同时上电且风向都向外，此时摆杆仍处于受力平衡——静止状态。此时降低X轴上一个风机的转速，摆杆将会带动激光头在X轴上画一条直线，当达到一定的倾斜角度时，单片机可根据角度计算出此时距离中心的距离是否>=25cm，若达到要求后，此风机减速，X轴反方向上电机逐渐加速，恢复到初始速度，反方向做相同的运动。在此过程中，单片机做出A/D采样，Y轴方向方向风机随时做出矫正，防止发生轨迹偏移。 机械结构方案设计 由于摆杆长度（60cm~70cm）较长，且要求激光头在地面画出15cm~35cm的圆，所以要求横杆的距离要足够长。横杆长度较长加之摆杆重量较大，所以要求底座要有足够的重量来支撑整个系统。如果结构不稳或者重量不够，摆杆运动过程中将会产生倾倒或者抖动等现象，影响测试结果。于是，底座采用了“工”型结构，保证了整个系统的稳定性。摆杆材料方面，我们选用轻便的硬 空调自动控制系统软件设计及调试 尹海蛟 空调的硬件电路只是起到支持作用。因为作为自动化控制的大部分功能，只能采取软件程序来实现，而且软件程序的优点是显而易见的。它既经济又灵活方便，而且易于模块化和标准化。同时，软件程序所占用的空间和时间相对来说比硬件电路的开销要小得多。同时，与硬件不同，软件有不致磨损、复制容易、易于更新或改造等特点，但由于它所要处理的问题往往远较硬件复杂，因而软件的设计、开发、调试及维护往往要花费巨大的经历及时间。但相比之下，这些代价所取得的功能远优于仅依靠硬件电路所实现的功能。 1.空调自动控制系统软件程序设计思想 在硬件电路设计好以后，软件设计则是最重要的一个设计部分，由于空调自动控制的大部分智能化功能都是软件来完成，这样就使得硬件电路设计的简化和成本低可以得到实现。然而，8051单片机采用的是与其物理地址联系非常紧密地汇编语言来进行编程的。我们知道汇编语言相对于高级语言而言，它的速度是比较快的，而且它的指令代码也非常简单，但前提是编程人员要对8051单片机内部硬件电路非常熟悉。这对编程人员的要求是比较高的。 在进行软件编程时，我们仍然要采用结构化模块方式编程，从而可以把一些非常大的程序逐步分解为几个小程序，这对于编程人员非常重要的。对于本课题而言，由于它最终要设计成样机形式。因此，我们就得对整机进行监控，这个监控程序中应包括各种芯片的初始化程序、自诊断程序及许多中断子程序等事实上，在对空调器上电后，它应在单片机的控制下自动转入监控程序的执行。我们在编制时把监控程序作为本机的主程序来进行工作。任何故障都会从监控程序的执行中得到响应，而且任何故障给予的响应方式和代码不同，因此这很方便的可以查找到该故障部位。显然，这只对硬件电路的故障有效。对于软件程序的执行故障，我们目前只能通过软件程序的调试安装及仿真来判别它是否正常运行。因为单片机毕竟不是微机或上位机。它所能容纳的程序能力也是有限的。当然，我们可以采用各种技术进行优化，这样就可以最大限度的直至软件程序的出错运行。各种子程序模块都挂接在该主程序上。编制它时，我们尽可能充分利用8051单片机的软件资源及内部寄存器资源，这样可以提高其运行速度。 硬件和软件式空调温度控制的核心设计方面，本课题把研究重点特别投向软件设计，毕竟自动控制功能大部分都要靠软件程序来完成。在本课题设计过程中，软件调试要花大量时间来调试运行，而硬件电路我们只需简单调试。因此可见硬件设计和软件设计有很大区别，而且在总体调试中还要对其进行调整。这都是本课题所研究的内容。我们从总体上把握了空调自动控制系统的设计思路，初步了解到该研究项目主要的研究工作内容和其采用的优点。倘若要具体进行各个细节 智能环境控制系统 国家档案局颁布的库房温湿度有关规定：温度: 14℃-24℃；相对湿度: 45% - 60% 一、库房温湿度对档案的影响 1、高温高湿对档案的影响： 2、加速纸中油墨的退化，导致字迹模糊不清； 3、加速有害化学物质对纤维素的损坏，导致纸强度下降：（1）助长昆虫及霉菌的滋生，导致纸的损坏；（2）低温低湿对档案材料的影响：使纸水分过度蒸发，导致纤维部的结构破坏，使得纸变脆，机械强度下降；（3）温湿度波动幅度过大或过快对档案材料的影响：使得档案材料因胀缩不均而产生应力，易使其强度降低，产生变形。 二、解决方案 针对档案库房存在温湿度过高过低的现象。推荐使用由本公司研发设计的智能温湿度控制系统（V8系列）。 该智能控制系统加外部设备（空调、除湿机、加湿机、库房专用空气净化器等设备），通过智能控制，实现对库房设备的自动运行，从而对库房整体环境进行调节，达到国家档案局对库房资料保存的温湿度的要求。 三、BY-V8 智能化环境自控系统设计方案 1、设计依据 1.1 国家档案局1987年颁发《档案库房技术管理暂行规定》 1.2 国家档案局定制《档案库房环境条件标准》 1.3 《民用建筑电气设计规》（JGJ/T16-93） 1.4 《电气装置安装工程电气设备交接实验标准》（GB50150-91） 1.5 《智能建筑设计标准》（DBJ08-47-95） 1.6 《电气装置安装施工及验收规》（GBJ232-90，92） 1.7 《安全防工程程序要求》GB/T75-94 1.8 《探测器通用条件》GB1408、1-89 2、设计原则 我公司通过认真研读贵单位设计图纸，充分理解了本系统的设计要求和设计理念，本着立足用户、完善功能的目标，在设计时充分考虑了使用功能和系统需求，力求满足系统的先进性、稳定性、成熟性、开放性、经济实用性、安全性、可靠性、可扩展性及可升级性、集散式控制等方面的设计要求，在进行各子系统的系统设计和功能配置上，也完全参照以上设计要求进行功能设计，完全遵循以上设计原则。 2.1 先进性 本次我公司为贵单位进行库房温湿度自控系统设计时，充分考虑了采用当前国际最先进的技术来实现系统功能，以适应目前技术应用及将来系统扩展的需求，我们所选择的库房温湿度自控系统，采用了国际领先的现代信息网络技术，包括互联网络技术、综合信息集成技术、自动化控制技术、计算机技术、网络通讯技术和数据库技术，并以技术上的适度超前又符合今后主流技术的发展趋势为指导原则，在可靠性和实用性的前提下采用最先进的技术和系统，采用先进、适用、优化组合的成套技术体系和设备体系，建立一个安全、舒适、通信 摘要：本系统主要是以STM32单片机为控制芯片控制4只直流轴流风机，从而调节风机转速来控制使风力摆呈现不同状态的控制系统。该系统主要由主控板，无线遥控器，直流轴流风机，摆架框架等四大部分组成风力摆控制系统。 关键字：风力摆无线 STM32单片机直流轴流风机 一．系统方案 1.系统方案论证 本系统主要由遥控模块、控制模块、陀螺仪模块、直流轴流风机组成，添加一些辅助电路作为扩展功能。系统工作有六种工作模式，使用无线遥控切换模式并显示。下面分别论证这几个模块的选择。 1.1直流风机的论证与选择 方案一：使用直流鼓风机。直流鼓风机的机械摩擦非常小，具有较大的精度，并能提供足够的风力进行运动。但在实验过程中，风机启动速度较慢，且由于其自身重量过大，风摆在运动过程中受惯性影响极大，不能有效的完成任务要求。 方案二：采用直流轴流风机。直流轴流风机是在固定位置使空气流动，自身重量和体积都比较小，且出风口大，能够很好的提供动力与控制。在实验过程中能够较快的启动，并能较好的实现任务要求，符合实验需要。 综合以上两种方案，风力摆在运动过程中需要进行实时控制摆杆的姿态，且需要风机启停反应快，故选择方案二。 1.2控制器模块的论证与选择 根据设计要求，控制器主要用于计算摆杆姿态、控制直流轴流风机PWM、使摆杆能完成相应等功能。 方案一：采用STC89C51作为系统控制器。它的技术成熟，成本低。STC89C51是8位的单片机，数据传输速度慢，在用于精密的操作时，不能满足实时控制的要求，且复杂的控制算法难以实现，不利于控制。 方案二：采用意法半导体公司的STM32F103单片机作为控制器。STM32系列单片机是32位、RISC、低功耗的处理器。在进行高精密的操作时，处理能力非常强，运算速度快，具有很好的控制能力，且成本低，更符合实验要求。 综合考虑以上两种方案，采用方案二。 2.系统结构 根据上述方案的论证，我们确定以STC32F103作为控制核心，采用型号为PFB0812XHE的直流轴风机控制摆杆运动，用陀螺仪MPU6050检测状态数据，并将采集到的数据传输给控制板，然后通过单片机计算处理得出摆杆的姿态并调整直自动控制原理例题详解线性离散控制系统的分析与设计考习题及答案
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