电子皮带秤控制仪表的优化设计

电子皮带秤是安装在皮带输送机的适当位置上，对散装物料自动地进行动态连续、累计称量的计量器具。它广泛用于散料贸易结算、生产工艺流程中的配料计量及检测控制。皮带秤控制仪表的性能直接影响到皮带秤的计量精度，原因是数据处理部分在其中进行，包括信号的采样、滤波、放大、A/D转换，瞬时流量计算、流量累计及显示、参数设定和校秤程序。对于配料秤还包括PID动态调节部分和变频器控制接口。因此，对其进行优化设计是非常重要的。控制仪表是由单片机组成的嵌入式系统。随着电子技术的飞速发展和新型电子器件的出现，运用EDA技术，对老产品进行更新换代、提高性能和降低成本，是摆在设计者面前的主要课题。

2 速度测量

在电子皮带秤的测量仪表中，转速的检测与控制一般占有很大的比重，对系统的稳态误差及动态响应性能都有着至关重要的影响。特别是对于配料皮带秤来讲，一个在较大调速范围内具有高分辨率的快捷而准确的测速系统是必不可少的。

目前在以光电编码器构成的测速系统中，常用的数字式转速测量方法主要有三种，分别是M法（频率法）、T法（周期法）和M/T法（频率/周期法）。M法是通过在既定的检测时间内，测量所产生的转速脉冲信号的个数来确定转速；T法是通过测量相邻两个转速脉冲信号的时间来确定转速；M/T法是通过同时测量检测时间和在此时间内的转速脉冲信号的个数来确定转速，能够实现在很宽的速度范围内进行等精度的速度测量。专门介绍和分析M/T法原理的文章很多，这里只作简单介绍。下面着重介绍具体电路的实现。

转速测量电路的实现，可以采用单片机，但是实现M/T法测速，要占用3路计数器，而单片机片内资源有限；再者为了减少测速时间，应提高标准时钟脉冲频率，

这又受到了单片机最高计数频率的限制。所以采用CPLD器件和单片机共同组成测速模块。测速模块主要由以下三部分组成，即

①信号整形电路：用于对待测速度信号进行放大和整形，以便作为CPLD器件的输入信号。

②测频电路：是测速的核心电路模块，由CPLD器件担任。

③单片机电路：用于控制CPLD的测频操作和速度的计算。单片机的P0口直接读取测试数据，P2口向CPLD发控制命令。

等精度测速的实现方法可以简单地用图1和仿真波形图2来说明。图1中预置门控信号TSET由单片机发出，TSET的时间宽度对测量精度的影响较小，这里设其宽度为Tpr。FS是标准频率信号输入端，FX是测速码盘脉冲信号的输入端。这2路信号分别输入到2个可控的16位高速计数器中。计数器的计数允许端ENA高电平有效，设标准信号频率为fs，测速信号的频率为fx。

测速开始前，先发出一个清零信号CLR，将2个计数器和D触发器置0，然后由单片机发出允许测频的命令，即令预置门信号TSET为高电平。（将图1和图2联系起来看）这时D触发器要一直等到被测速度信号的上升沿通过时，Q端才被置1（即START端变为高电平）。与此同时，将启动2个计数器开始计数。

在此期间，2个计数器分别对被测速度信号（频率为fs）和标准频率信号（频率为fx）同时计数。当时间到Tpr后，预置门信号TSET被单片机置为低电平，但此时2个计数器仍没有停止计数，一直等到随后而至的被测速度信号的脉冲上升沿到来时，才通过D触发器将这2个计数器同时关闭。由图2可见，TSET信号的宽度和发生的时间都不会影响计数使能信号START，允许计数的周期总是恰好等于被测速度信号fx的完整周期数。这是确保fx在任何频率条件下都能保持恒定精度的关键。而且，TSET宽度的改变以及随机的出现时间造成的误差最多只有fs信号的一个周期，如果fs由精确稳定的晶体振荡器（10MHz）发出，则任何时刻的绝对测量误差只有1/107s。

设在一次预置门时间Tpr中，对被测速度信号计数值为Nx，对标准信号的计数值为Ns，则下式成立，即fx/Nx =fs/Ns （1）

不难得到测得的转速频率为fx =（fs/Ns）×Nx （2）

测速轮转速（单位：r/s）为n=fx/P （3）

式中 P———测速光电编码器一周的脉冲数。再将转速n折算成胶带的线速度为v=2·π·r·n=2·π·r·fs·NxNs·P（4）

式中 r———测速轮半径（单位：m）。

最后通过控制SEL选择信号和32～8位的多路转换器MUX32_8（见图1），将两个计数器中的两个16位的计数值分4次读入单片机，再按式（4）计算出带速。

用1片ALTRA的CPLD电路EPS7064，在片内设置两个相同的独立的16位计数器（COUNTO、COUNT1）。每个计数器都有自己的时钟输入CLK、计数器输出OUT和门控信号GATE，通过编程设置工作方式。当GATE端为高电平时，允许计数；当GATE 端为低电平时，禁止计数。采用MAXPLUSIEDA开发平台，可直接利用其功能元件库中的计数器IP模块，编程非常方便。这种方案的优点是可以减轻CPU的负担，减少对CPU内部资源的占用。

3 荷重检测

影响皮带秤计量精度的另一个主要因素是荷重的动态检测。由于皮带秤一般处于长期连续工作状态，所以在信号的放大、A/D转换通道的设计中，稳定性和抗干

扰性是首先要考虑的问题。放大电路应该由高精度、低漂移的运算放大器组成，在此选用了自稳零的斩波放大器ICL7650。这里着重讨论皮带秤仪表中的A/D转换的实现，基于稳定性的考虑，选用V/F（电压/频率）转换器来实现A/D转换，并对其常规用法作了改进。V/F转换是指把电压信号转换成与之成正比的频率信号。V/F 转换器具有良好的精度、线性和积分输入特性。采用V/F转换器来完成A/D转换，能提供其他类型A/D转换器无法达到的性能。首先是抗干扰能力强，V/F转换过程是对输入信号的不断积分，因而有较强的抗干扰能力，能对噪声或变化的输入信号进行平滑；再有是和单片机接口单，频率信号输入灵活，只占用单片机1根口线，便于与单片机接口采用光电隔离，进一步提高了抗干扰能力。由于这些优点，一些进口品牌的电子皮带秤仪表广泛采用 V/F变换方式的 A/D转换器。

笔者选用了V/F转换器中高性能指标的一种型号AD652。该芯片的特点是采用外部时钟控制，从而消除了内部时钟方式中阻容器件的稳定性对精度的影响。该芯片的最高输出频率可达2MHz，非线性误差仅为0.002%。

由上述可知，用V/F转换器件组成A/D转换器，对于皮带秤控制仪表是非常适合的。皮带秤的规格是根据皮带输送机的运量来定的，目前国内运量最大的皮带输送机带宽为2.5m，带速接近5m/s。作为皮带秤仪表的设计者，应考虑仪表要有很宽的适应性，尽量提高由V/F器件组成的A/D转换器的速度是非常有意义的。上面分析了提高A/D转换速度从硬件上的考虑，除此之外还有别的办法吗？笔者从上述M/T 法测速中得到启发，直接采用与测速环节相同的硬件逻辑，只是将测速信号换成V/F 转换器AD652的输出脉冲信号，在数据处理上也是和测速中的频率测量方法相同，按式（2）计算出被测频率。这样在保证转换精度的前提下，使由V/F变换器组成的A/D转换器的转换速度得以提高。如采用10MHz的高精度晶振作为标准频率源，测量周期Tpr设定为10ms，也就是A/D转换的时间，则完成16位的A/D转换，绝对测量频率误差只有1/107s，而转换速度比传统的算法提高了5倍。

4 输出通道设计

电子皮带秤在工业现场应用时，往往作为测控系统或配料系统的一部分。这就要求控制仪表不但要有显示输出，还要有与其他系统相连接的数字量和模拟量的输出接口。电子皮带秤控制仪表的模拟量输出通道，通常为0～10mA或4～20mA的电流输出形式。对于配料秤，要输出PID调节器的输出控制信号，并将其送到胶带驱动电机的变频器，以控制胶带的瞬时流量跟随设定值；对于计量秤，要输出和流量成线性关系的电流模拟信号，作为其他控制设备的输入控制信号。对模拟量输出接口的要求，一个是精度的要求，另一个是可靠性的要求。

在智能化仪表中，由于采用了以CPU为核心的数字化处理技术，仪表的输出通道要完成数字量到模拟量的转换。为了满足可靠性的要求，输出通道要采用隔离技术，以防止现场的干扰信号污染到仪表。尽管DAC和电压、电流变送技术早已广泛地应用在仪表中，但随着IC技术的发展，各种新的、更有特色的专用IC芯片的出现，使输出通道的性能得到了进一步的提高，而成本得到了降低，同时给设计提供了更多的方便性和灵活性。如近年来串行ADC和DAC越来越多地应用于计算机测控系统的控制和数据采集中，这种芯片将传统的CPU数据总线连接减少到2～3根CPU 口线。这就大大降低了信号隔离的成本，可以淘汰昂贵的模拟信号隔离放大器或线性光隔，代之以便宜的数字光隔。

用SPI接口的DAC芯片MAX538和V/I变送芯片AD694组成的模拟输出通道如图3所示。和CPU的连接只需3根口线，其中的数据线和时钟线还可和其他同类型接口芯片共用，只用3个数字光隔即可完成隔离，成本很低。

MAX538是单电源、低功耗、电压输出的12位串行DAC。它具有8引脚DIP/SO 封装，最大串行时钟频率为14MHz，数字更新频率为877kHz。

AD694是单片大信号输入电压/电流变换器。电流输出可以设置成标准的4～20mA 环路电流，其输入可通过对引脚的不同连接来实现0～2V、0～10V等范围的变换。该芯片具有很高的线性度，仅有0.002%的典型非线性度。

MAX538的满度输出电压为2V，而AD694可以接成2V输入，同时AD694片内又可提供MAX538需要的2V参考电压，所以2枚芯片共同使用可以配合得非常好，电路简洁，无须调试就可达到很高的精度。

5 仪表结构的优化

电子皮带秤往往作为计量或配比控制系统中的一个组成部分，安装在工业现场；而皮带秤控制仪表一般要安装在集中控制室中。二者的距离近则数十米，远则数百米。因此，传感和控制信号的传输就是必须要考虑的一个问题。

传统的方法是采用电流环的方式传送荷重传感器信号、测速传感器信号和变频器速度给定信号，每台皮带秤需要远距离传送的信号线路为3对。而笔者设计的仪表采用分体式结构，将仪表的测量控制部分和人机界面分开，将仪表的控制部分放在现场的秤体旁边，做成一个密闭的机箱。这部分除了没有人机操作界面外，是一

个完整的可以独立工作的皮带秤控制系统。它的计量数值通过RS-485数字通信接口远传到集中控制室内的仪表或计算机，该部分只完成数据的显示和皮带秤工作参数的设定。这种方案即使有十几台电子皮带秤，远传信号线也只有一对，传送距离比电流环方式更远，也简化了设计，降低了成本，便于维护。

(完整版)GPS控制网的优化设计毕业设计

GPS控制网的优化设计

GPS控制网的优化设计摘要优化设计是最优化理论和方法在设计中的应用，力求以最低的成本、最高的效率达到最优的目标。本文通过一系列的分析，对控制网的优化方法进行分析，说明可行性。为了解决控制网优化设计问题，本论文分两大部分，GPS网的优化设计和GPS网的精度和可靠性，在 GPS网形设计中，首先根据工程的特点和GPS网设计规范的要求，大致确定网的规模，用图论和树的有关算法推导出GPS网形中点、边、异步环之间的关系，然后给出一种生成网形的算法，自动生成初步网形，并用模拟法在顾及精度和可靠性准则下对初步网形进行优化设计，确定最终网形，并按最小路径方法生成观测方案。关键词： GPS控制网，优化设计，精度，可靠性 OPTIMIZING DESIGNING OF CONTROL NETWORK

ABSTRACT The optimization design is a application of the most optimizative theory and method in the design. It is design of GPS control network’s methods by a series of analysis. This paper consists of two parts: Optimizing designing of GPS control network and the Precision and Reliability of GPS network. When designing a GPS control network ,its scale should be predicted as the project requested and the GPS surveying standard disciplined. According to the relationship among GPS points , edges and nonsynchronous loops, we can use an algorithm of Graphic Theory to produce a network when given the number of points and the maximum edges of each nonsynchronous loop, after being modified by using simulate optimizing method we can draw the ultimate network, then the observation plan can be gained by using the best way algorithm. KEYWORDS：gps control network, optimizing designing, precision, reliability

四相步进电机控制系统设计资料讲解

四相步进电机控制系统设计

课题：四相五线单4拍步进制电动机的正反转控制专业：机械电子工程班级：2班学号： 20110259 姓名：周后银指导教师：李立成设计日期： 2014.6.9~2014.6.20 成绩：

1概述本实验旨在通过控制STC89C52芯片，实现对四相步进电机的转动控制。具体功能主要是控制电机正转10s、反转10s，连续运行1分钟，并用1602液晶显示屏显示出来。具体工作过程是：给系统上电后，按下启动开关，步进电机按照预先实验具体用到的仪器：STC89C52芯片、开关单元、四项步进电机、等硬件设备。实验具体电路单元有：单片机最小系统、步进电机连接电路、开关连接电路、1602液晶显示屏显示电路。 2四相步进电机 2.1步进电机步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。 2.2步进电机的控制 1.换相顺序控制：通电换相这一过程称为脉冲分配。 2.控制步进电机的转向控制：如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。

3.控制步进电机的速度控制：如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。 2.3步进电机的驱动模块 ABCD四相工作指示灯指示四相五线步进电机的工作状态 2.4步进电机的工作过程开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动， 1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，

GPS控制网技术设计方案

GPS控制网技术设计方案 1

辽宁科技大学课程设计说明书设计题目: 鞍山市及周边E级 GPS控制网技术设计书学院、系: 资源与土木工程学院专业班级: 测绘工程 -2 学生姓名: 张贺指导教师: 宁殿民杨凤芸成绩: 12 月 31 日 - 1 -

目录一、作业目的及任务..............................................错误!未定义书签。二、测区概况 ..........................................................错误!未定义书签。三、测量依据、原则..............................................错误!未定义书签。四、技术指标 ..........................................................错误!未定义书签。五、技术设计内容步骤..........................................错误!未定义书签。六、高程控制的布设..............................................错误!未定义书签。七、1:500测区地形图测绘....................................错误!未定义书签。八、工作进程、时间安排......................................错误!未定义书签。九、检查验收 ..........................................................错误!未定义书签。十、上交资料 ..........................................................错误!未定义书签。十一、经费预算...................................................错误!未定义书签。 - 2 -

一种新型电机自动控制系统调节器——典型Ⅲ型系统及其优化设计

一种新型电机自动控制系统调节器###典型*型系统及其优化设计 ! 卢健康!杨立华!高扬!史仪凯 "西北工业大学机电学院!陕西西安Z$&&Z)# 摘要!针对电机控制系统的设计方法!提出一种典型*型系统"经过理论研究和大量的数字仿真与计算机辅助分析!在保证系统稳定的条件下!依据*?A C 6及+H A C 6准则得出了该典型*型系统的优化设计方法!避免了$型系统加速度输入的稳态误差问题!同时获得良好的系统性能"可作为现有控制系统调节器的工程设计方法之扩展" 关键词!典型*型系统#优化设计#调节器中图分类号!’($$++文献标识码!,++文章编号!$&&$-.//$")&&0#$$-$%)-. 7E #:L #B’4(&)01#2%B*J#&");+)0J)&)0K )*&0)4$52&#-0!53%.(4*$ 52&#-(*;%&2?3&%-(41#2%B*U 1_C =6P=67!c ,2C B 4J 5B 85I 6?A 9E C D =J 8C A ?J =B C 568=6M D 5A R L?B 9E =C M9M =6=J K 898!=65LB C A =J M98C 76A 9B 45M 5I B 49B K LC D =J *8K 8B 9A@=8I 5?6MO ’5968?E 9B 498K 8B 9A /88B =GC J C B K !B 4C 8A 9B 45M @=89M?D 9M G=89M 56B 49;*?/!;+H /A C 6C A ?ALE C 6D C LJ 98O ’49A 9B 45M D =6=N 5C M B 498B =GJ 99E E 5E 5I B K LC D =J $8K 8B 9A@4C J 9B 49C 6L?B C 6R D J ?M98=D D 9J 9E =B 9M 9J 9A 96B !=6M E 9D 9C N 9=LE 9I 9E =GJ 9L9E I 5E A =6D 9O H B D =6G9?89M =8=69X B 968C 56B 5B 49E 97?J =B 5E /8967C 699E C 67M98C 76A 9B 45MO 9#5:)0;2&’K LC D =J *8 K 8B 9A #;LB C A =J M98C 76#V 97?J =B 5E !"引言目前电机控制系统的设计中!常采用调节器的 +工程设计方法,($)!作为运动控制系统中的基本设计方法!长期以来!该方法以其简便’实用和有效性在电力拖动自动控制系统的优化设计中得到广泛应用"然而!由于它只含有典型H 型与典型$型两种典型系统!不适于设计稳态误差度要求较高的系统!如输入信号中含有与时间的平方成正比的成份时!只有设计成*型系统!才能使稳态误差为零"而一般认为*型及*型以上系统很难稳定!所以通常只将系统设计成H 型或$型($!))"为了解决工程设计方法存在的上述问题!本文提出一种典型*型系统"文中不仅解决了它的稳定性问题!而且沿用典型$型系统的优化设计思路!得出了这种典型*型系统的优化设计方法!可作为现有调节器的工程设计方法之扩展" #"系统的结构及其稳定判据具有单位反馈结构的典型*型系统的开环传递函数为 A &$ B %h ;5$"$B ^$%$")B ^$%B . $5B ^$% $$%式中&B 为复变量!时间常数5为被控对象的固有参数!;5是开环放大系数!它为系统中的可变参数!"$与")这两个时间常数可能都是可变参数!也可能都是固有参数或其中一个可以改变!因系统的具体组成而异"为了分析方便!作如下变量代换& 令H h 5B !则A &$B %可变换为A &$B %h A $H %h ;$5$H ^$%$5)H ^$%H . $H ^$%$)%式中&;h ;55. !5$h "$45!5)h ")4 5$.% 上述变量代换的意义是以系统的固有参数5为时间基准来分析设计!求出相对参数;’5$’5)后再按式$.%求出实际参数"所以!依据式$)%得出的具有时间量纲的指标$例如调节时间+H 等%!只是无量纲的相对指标!须乘以5后才是实际的时域指标#同理!具有频率量纲的指标$例如截止频率0) %!须除以5后才是实际的频域指标"典型*型系统的闭环传递函数是& A )$$H %h 7)H ) ^7$H ^$H *4;^H .4;^7)H ) ^7$H ^$$*%其中&7$h 5$^5)!7)h 5$5)$%% 根据四阶系统的劳斯判据!可得出使系统稳定的充要条件& ;i &!7)i 7$i &且;$7)-7$%7$i $$0% 由于实际系统中5$’5)一般为正数!故要满足条件7)i 7$i &必须满足5$i $!5)i $!此时!条件7)i 7$i &成为7)i 7$i )当5$i )且5)i )时!7)i 7$i )必定满足!所以!5$i )且5)i )与;$7)-7$%7$i $这两个条件可作为使系统稳定的充分条件" * =H <*$机床与液压%)&&0O 25O $$! 基金项目 !国家自然科学基金资助项目$%&)Z%$)%%万方数据

GPS工程控制网的优化设计

GPS工程控制网的优化设计由于GPS测量精度高、效率高、灵活性强，其应用越来越广泛。文章结合实际工程，通过两次布设网点，并经过严密的计算。得出只要在建立GPS工程控制网时充分考虑布设条件及网形的几何结构，并严格按照规定观测，认真处理观测数据，最后所得的精度就一定有所提高。标签：GPS工程控制网；网点布设；网形结构；精度提高 Abstract：Because of its high precision，high efficiency and flexibility，GPS has been used more and more widely. The paper is based on actual projects，written by setting up the net point twice which is set through accurate calculation. It is concluded that as long as the GPS engineering control network is established，the layout conditions and the geometric structure of the network are fully considered，the observation data are strictly observed，and the observation data are seriously handled，the accuracy of the final result is supposed to be improved. Keywords：GPS engineering control network；spot layout；mesh structure；accuracy improvement 1 研究目的和意义自从全球定位系统（GPS）问世以来，已经在导航定位、授时、测速等方面发挥了巨大的作用，尤其是GPS技术在测量上的广泛应用，使测量技术发生了一次大的革命。使用GPS技术布设控制网已是国内采用的主要手段之一，GPS 控制网可大致分为2类：一类是国家或区域性的高精度的GPS控制网；另一类是局部性的GPS控制网，它包括城市或矿区控制网以及各类工程控制网。与传统方法相比，GPS控制网不论是在布网方案，还是在平差的数学模型方面都有许多不同之处。因此，研究如何根据GPS原理和作业特点制定GPS的布网方案，对减少外业观测劳动强度、提高观测质量和成果的精度等具有重大的意义。 2 工程概况本文涉及的工程是某镇农业综合治理测量项目。测区占地面积约 3.2km2，由于已知控制点距离项目区较远，测区通视困难，决定采用GPS控制测量。为了体现控制网点的布设对精度的影响，本项目分别进行了两次测量，通过对两次测量进行比较，从而得出在布设GPS控制网时应注意的一些事项。 3 GPS工程控制网布设中点位的选择 GPS工程控制网的布设原则上和大地控制网的布设是一致的，但也有区别。

基于单片机的步进电机控制系统的设计_毕业设计

本科毕业设计基于单片机的步进电机控制系统的设计

摘要随着自动控制系统的发展和对高精度控制的要求，步进电机在自动化控制中扮演着越来越重要的角色，区别于普通的直流电机和交流电机，步进电机可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。步进电机作为控制执行元件，是机电一体化的关键组成之一，广泛应用在各种自动化控制系统和精密机械等领域。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。本系统介绍了一种基于单片机的步进电机控制系统的设计，包括了硬件设计和软件设计两部分。其中，硬件设计包括单片机最小系统、键盘控制模块、LCD显示模块、步进电机驱动模块、位置检测模块共5个功能模块的设计。系统软件设计采用C语言编写，包括主程序、数字键处理程序、功能键处理程序、电机驱动处理程序、显示模块、位置采集模块。本设计采用STC89C52单片机作为主控制器，4*4矩阵键盘作为输入，LCD1602液晶作为显示，ULN2003A芯片驱动步进电机。系统具有良好的操作界面，键盘输入步进电机的运行距离；步进电机能以不同的速度运行，可以在不超过最大转速内准确运行到任意设定的位置，可调性较强；显示设定的运行距离和实际运行距离；方便操作者使用。关键词：单片机步进电机液晶显示键盘驱动

Design of the Stepping Motor Control System Based on SCM Qiu Haizhao (College of Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou 510642,China) Abstract:With the development of automatic control system and the requirements of high-precision control, stepping motor control in automation is playing an increasingly important role, different from the common DC and AC motor, stepper motor rotation angle and rotational speed can be high-precision controlled. Stepper motor as a control actuator is a key component of mechanical and electrical integration, widely used in a variety of automated control systems and precision machinery and other fields. Stepper motor is the open-loop control components changing electric pulse signals into angular displacement or linear displacement .In the case of non-overloaded, the motor speed, stop position depends only on the pulse frequency and pulse number, regardless of load changes, that is, to add a pulse motor, the motor is turned a step angle. This system introduces a design of stepper motor control system based on single chip microcomputer, including hardware design and software design in two parts. Among them, the hardware design, including single chip minimal system, keyboard control module, LCD display module, the stepper motor drive module, position detection module five functional modules. System software design using C language, including the main program, process number keys, the key of function processes, motor driver handler, the display module, position acquisition module. This design uses STC89C52 microcontroller as the main controller, 4 * 4 matrix keyboard as an input, LCD1602 LCD as a display, ULN2003A chip as stepper motor driver. System has a good user interface, keyboard input stepper motor running distance; Stepper motor can run at different speed, and run to any given position accurately in any speed without exceeding the maximum speed, with a strong adjustable ; Display the running distance and the actual running distance, which is more convenient for the operator to use. Key words: SCM stepper LCD keyboard driver

城市D级GPS控制网设计书

一、任务概述由于城市改造，阜新市原有控制点被破坏，为了保障测绘的日常使用，需要重新建立城市控制网。城市首级平面控制拟布设D 级GPS 控制网，首级高程控制拟布设二等水准网。二、测区状况阜新，位于辽宁省西部的低山丘陵区，是辽宁省西北部地区的中心城市，为沈阳经济区重要城市之一。内蒙古高原和东北辽河平原的中间过渡带，全区呈现长矩形，中轴斜交于北纬42°10′和东经122°00′的交点上。东西长170千米，南北宽84千米，总面积10445平方千米。地势西北高，东南低；西南高，东北低。辖海州区、细河区、太平区、新邱区、清河门区五个市辖区，彰武县和阜新蒙古族自治县，截止到2015年阜新市人口为177.8万。阜新市初步探明有38种矿藏，矿产地228处。其中煤的储量较大，资源储量达10亿多吨。石灰石、珍珠岩、膨润土、花岗岩的储量也十分丰富，萤石、硅砂、沸石的储量居辽宁之首，黄金储量尤其可观。三、级别和精度要求 D 级GPS 网相邻点基线长度精度用下列公式表示，并按下表规定执行。 δ=22)*(d b a 式中：δ—GPS 基线向量的弦长中误差（mm ），亦即等效距离误差。 a —GPS 接收机标称精度中的固定误差（mm ）。 b —GPS 接收机标称精度中的比例误差系数（ppm ）。 d —GPS 网中相邻点间的距离（km ）。四、布设原则 1.GPS 网一般应采用独立观测边构成闭合图形，如三角形、多边形或附合线路，以增加检核条件，提高网的可靠性。 2.GPS 网作为测量控制网，其相邻点间基线向量的精度，应分布均匀。 3.GPS 网点应尽量与原有地面控制点相结合。重合点一般不少于3个（不足时应联测），且在网中分布均匀，以可靠地确定GPS 网与地面之间的转换参数。 4.GPS 网点应考虑与水准点重合，而非重合点，一般应根据要求以水准测量（或相当精度的测量方法）进行联测，或在网中布设一定密度的水准联测点。 5.为了便于GPS 的测量观测和水准联测，减少多路径影响，GPS 网点一般应设在视野开阔和交通便利的地方。 6.为了便于用经典方法联测或扩展，可在GPS 网点附近布设一通视良好的方位点以建立联测方向，方向点与观测站距离一般应大于300米。五、埋石、仪器、选点 1.埋石

控制网优化设计复习题

1 GPS卫星定位的基本原理 GPS卫星定位的基本原理，就是把卫星视为“飞行”的控制点，在已知其瞬时坐标的条件下，以GPS卫星和用户接收机天线之间的距离为观测量，进行空间距离后方交会，从而确定用户接收机天线所处的位置。 2 在进行载波相位定位时，在不同观测时段，载波可以分别划分为那几个阶段 3 坐标系之间的坐标转换过程举例:WGS—84大地坐标系至80平面直角坐标系：方法一：先将WGS—84大地坐标系转换成WGS—84空间直角坐标系，再将WGS —84大地坐标系，利用七参数（三个平移参数，三个旋转参数，一个尺度变换参数）转变成80空间直角坐标系，在将80空间直角坐标系转换成80大地坐标系，通过高斯投影，输入相应中央子午线经度L0，将其转换成80平面直角坐标系。方法二; 通过高斯投影，输入相应中央子午线经度L0，先将WGS—84大地坐标系转换成WGS—84平面直角坐标系，再利用四参数（两个平移参数，一个旋转参数，一个缩放参数）将WGS—84平面直角坐标系转化成80平面直角坐标系。 4 GPS网络数据处理的基本过程设置参数，选择椭球，导入数据，数据修正，基线解算，检核基线质量，无约束平差，无约束平差质量检核，约束平差（改变坐标基准，输入控制点），质量检核，导出数据 5 GPS控制网优化设计的分类处理方法 GPS控制网优化设可以参照传统控制网优化设计进行分类处理：零类设计：即控制网的基准设计，是对一个已知图形结构和观测方案的自由GPS 网确定最优坐标系统的优化设计。对于区域GPS网来说，主要确定控制网的投影面和投影带，一般要考虑现有坐标系统的利用及其两种坐标系统的转换。一类设计：即控制网图形设计，是在约定网的精度和观测方案的情况下，求得最佳点位的优化设计。研究表明，尽管GPS对网形设计要求不十分严格，但是网形仍然影响着最后成果的精度。GPS网图形设计主要考虑连接方式：即边连接，点连接，重复设站比率，重测基线比率等。二类设计：即观测方案的最佳选择。选择观测方案主要反映在选星计划，行车路线，观测时间和数据处理方法等内容。三类设计：用GPS改造现有控制网的最优设计。主要考虑在什么地方加测GPS基线向量，加则多少。在设计时主要计算各种方案的经费、精度和可靠性。 6 GPS网络数据处理精度控制指标一基本精度指标：各级GPS网测量精度用相邻点弦长标准差二基线解算质量控制指标：1 基线本身限制， 2 网限制：（1）同一时段观测值的数据剔除率应小于10％。

步进电机控制系统设计.

毕业设计论文论文题目：基于单片机的步进电机控制电路板设计摘要随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中，其在各个国民经济领域都有应用。研究步进电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。步进电机是一种能将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件，步进电机控制系统主要由步进控制器,功率放大器及步进电机等组成。采用单片机控制,用软件代替上述步进控制器,使得线路简单,成本低,可靠性大大增加。软件编程可灵活产生不同类型步进电机励磁序列来控制各种步进电机的运行方式。本设计是采用AT89C51单片机对步进电机的控制，通过IO口输出的时序方波作为步进电机的控制信号，信号经过芯片ULN2003驱动步进电机；同时，用 4个按键来对电机的状态进行控制，并用数码管动态显示电机的转速。系统由硬件设计和软件设计两部分组成。其中，硬件设计包括AT89C51单片机的最小系统、电源模块、键盘控制模块、步进电机驱动（集成达林顿ULN2003）模块、数码显示（SM420361K数码管）模块、测速模块（含霍尔片UGN3020）6个功能模块的设计，以及各模块在电路板上的有机结合而实现。软件设计包括键盘控制、步进电机脉冲、数码管动态显示以及转速信号采集模块的控制程序，最终实现对步进电机转动方向及转动速度的控制，并将步进电机的转动速度动态显示在LED数码管上，对速度进行实时监控显示。软件采用在Keil软件环境下编辑

************* 第1章绪论 1.1 课题背景当今社会，电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。步进电机是最常见的一种控制电机，在各领域中得到广泛应用。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，其优点是结构简单、运行可靠、控制方便。尤其是步距值不受电压、温度的变化的影响、误差不会长期积累的特点，给实际的应用带来了很大的方便。它广泛用于消费类产品（打印机、照相机、雕刻机）、工业控制（数控机床、工业机器人）、医疗器械等机电产品中。研究步进电机的控制和测量方法，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。控制核心采用C51芯片，它以其独特的低成本，小体积广受欢迎，当然其易编程也是不可多得的优点为此，本文设计了一个单片机控制步进电机的控制系统，可以实现对步进电机转动速度和转动方向的高效控制。 1.2 设计目的及系统功能本设计的目的是以单片机为核心设计出一个单片机控制步进电机的控制系统。本系统采用AT89C51作为控制单元，通过键盘实现对步进电机转动方向及转动速度的控制，并且将步进电机的转动速度动态显示在LED数码管上。 1

毕业设计论文基于单片机的步进电机控制器

第1章绪论 (2) 1.1引言 (2) 1.2步进电机常见的控制方案与驱动技术简介 (4) 1.2.1常见的步进电机控制方案 (4) 1.2.2步进电机驱动技术 (6) 1.3本文研究的内容 (8) 第2章步进电机概述 (9) 2.1步进电机的分类 (9) 2.2步进电机的工作原理 (10) 2.2.1结构及基本原理 (10) 2.2.2两相电机的步进顺序 (10) 2.3 步进电机的工作特点 (13) 2.4本章小结 (15) 第3章系统的硬件设计 (16) 3.1系统设计方案 (16) 3.1.1系统的方案简述与设计要求 (16) 3.1.2系统的组成及其对应功能简述 (16) 3.2单片机最小系统 (18) 3.2.1AT89S51简介 (18) 3.2.2单片机最小系统设计 (23) 3.2.3单片机端口分配及功能 (24) 3.3串口通信模块 (24) 3.4数码管显示电路设计 (25) 3.4.1共阳数码管简介 (25) 3.4.2共阳数码管电路图 (26) 3.5电机驱动模块设计 (27) 3.5.1L298简介 (27) 3.5.2电机驱动电路设计 (28) 3.6驱动电流检测模块设计 (30) 3.6.1OP07芯片简介 (30) 3.6.2ADC0804芯片简介 (32) 3.6.3电流检测模块电路图 (35) 3.7独立按键电路设计 (36) 3.8本章小结 (36) 第4章系统的软件实现 (37) 4.1系统软件主流程图 (37) 4.2系统初始化流程图 (38) 4.3按键子程序 (39) 结论 (43) 1

第1章绪论 1.1引言步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机，国外一般称为Steppingmotor、Pulse motor或Stepper servo，其应用发展已有约80年的历史。步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的控制电机，其位移速度与脉冲频率成正比，位移量与脉冲数成正比。步进电机在结构上也是由定子和转子组成，可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场，该矢量场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方向一着该磁场旋转一个角度。因此，控制电机转子旋转实际上就是以一定的规律控制定子绕组的电流来产生旋转的磁场。每来一个脉冲电压，转子就旋转一个步距角，称为一步。根据电压脉冲的分配方式，步进电机各相绕组的电流轮流切换，在供给连续脉冲时，就能一步一步地连续转动，从而使电机旋转。步进电机每转一周的步数相同，在不丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差，精度高，步进电动机可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速、快速起停、正反转控制等，这是步进电动机最突出的优点[1]。正是由于步进电机具有突出的优点，所以成了机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用[2]。比如在数控系统中就得到广泛的应用。目前世界各国都在大力发展数控技术，我国的数控系统也取得了很大的发展，我国已经能够自行研制开发适合我国数控机床发展需要的各种档次的数控系统。虽然与发达国家相比，我们我国的数控技术方面整体发展水平还比较低，但已经在我国占有非常重要的地位，并起了 2

电机控制器发展现状及研究意义

电机控制器发展现状及研究意义一、盘式永磁电机的发展情况及研究现状盘式电机的气隙是平面型的，气隙磁场是轴向的，所以又被称为轴向磁场电机。法拉第发明的世界上第一台电机就是轴向磁场电机，但是由于它的定、转子之间存在轴向磁吸力以及制造复杂等缺点，使得盘式电机未能得到进一步的发展，而被以后发展起来的常规电机又称为径向磁场电机所取代，可是常规电机也并非十全十美，由于齿根部存在“瓶颈”现象，致使电机的散热、铁心利用率低等问题一直困扰着电机工程人员，而这些问题只有从结构上进行彻底的变化才能解决，于是20世纪40年代起，轴向磁场电机又重新受到了电机界的重视。实际的研究结果表明，轴向磁场电机不仅具有较高的功率密度，而且在一些特殊应用场合，它还具有明显的优越性。（吴畏，许锦兴，林金铭.盘式永磁同步电动机及其发展.电工技术杂志，1990，2:10~13.）随着数控机床、工业机器人、机械手、计算机及其外围设备等高科技产品的兴起和特殊应用如雷达、卫星天线等跟踪系统的需要，人们对伺服驱动电机小型化、薄型化、低噪声的呼声愈来愈高，对电机的结构和体积也提出了更高的要求。世界上一些先进的工业国家从20世纪80年代初期起，就已经开始研制盘式永磁电机。由于它结合了永磁电机和盘式电机的优点，使得该类电机既具有永磁电机结构简单、运行可靠、体积小、质量轻、损耗小、效率高的优点，又同时具有盘式电机轴向尺寸短、结构紧凑、硅钢片利用率高、工艺简单、功率密度高、转动惯量小的特点，因此，该类电机在国内外迅速地得到了广泛应用。目前在不同种类、不同结构的盘式永磁电机中尤以盘式永磁直流电动机、盘式永磁同步电动机和盘式无刷直流电动机应用最为广泛。上世纪70年代初期，盘式电机首先以直流电机的形式应用于电车、水泵、吊扇和家用电器等场合。1973年，英国的Keiper F率先指出了盘式轴向磁场结构的优越性，从而引起了电机界的极大兴趣，从70年代末期起，人们开始将盘式电机研究的方向转向盘式永磁同步电机。1978年，意大利比萨大学的Bramanti A 教授首次提出了制造轴向气隙同步电动机的几种方法，探讨论了轴向磁场同步电机的特性，并且制造论文一台双定子单隐极转子的实验样机。1979年，联邦德国布伦瑞克大学的Weh H教授给出了双转子单定子盘式永磁同步电机电磁场的计算的解析法，并导出了电机的稳态、瞬态参数和特性方程。1985年，美国弗吉尼亚理工大学的Krishnan R教授对伺服驱动用的盘式永磁同步电动机进行了全面的介绍，通过对各种径、轴向磁场电机的性能进行比较，展现了盘式永磁同步电机的优越性。（Krishnan R，Beutler A J.Performance and design of an axial field permanent magnet synchronous motor servo drive.IEEE Industry Applications Annual Meeting，1985:634~640.）2001年，Metin Aydin和Surong Hung对环形有槽和无槽盘式永磁电机进行了深入的研究并推导出了用于环形盘式永磁同步电机的方程（Aydin M，Hung S，Thomas A.Design and 3D electromagnetic field analysis of non-slotted and slotted TO-RUS type axial flux surface mounted permanent magnet disc machines.IEEE Electric Machines and Drives Conference，2001:645~651）。2004年，意大利的Federico Caricchi，Fabio Giulii Capponi等对盘式永磁电机的空载损耗和脉动转矩通过试验和磁场分析的方法进行了深入地研究。（Caricchi F，Capponi F G，Crescimbini F，et al.Experimental study on reducing cogging torque and no load power loss in axial-flux permanent magnet machines with slotted winding.IEEE Transactions on Industry Applications，2004，40(4):1066~1075.）随着市场的需要和设计研究辅助工具的提高，近几年来，国外又涌现出了许多新型的盘式永磁电机。图1-1所示为Briggs和Stratton研制的一种新型盘式永磁直流电动机(Etek)，该电机利用铜条代替了传统电机中的铜制导线，与产生相同电磁转矩的传统绕线式直流电机相比，该

控制网优化设计

控制网优化设计一、GPS 卫星定位的基本原理 GPS 定位时，把卫星看成是“飞行”的已知控制点，利用测量的距离进行空间后方交会，便得到接收机的位置。卫星的瞬时坐标可以利用卫星的轨道参数计算。二、在进行载波相位观测时，在不同观测时段，载波可以划分为哪几部分？首次观测值0 0)(~φ?Fr = 后继量测值)()(~φφ? Fr Int += 通常表示为)()(~0 0φφ?Fr Int N N ++=+=Φ 三、坐标系之间的转换过程四、GPS 网数据处理的基本过程 1、数据传输 2、建立坐标系统 1）打开TGO 软件，功能—Coordinate System Manager ，进入坐标系统管理器。 2）增加椭球，输入椭球名称、长半轴、扁率 3）增加基准转换（Molodensky ），创建新的基准转换组。 4）增加坐标系统组 5）选择投影方式：横轴墨卡托投影 6）文件保存退出 3 、新建项目 1）新建项目 2）选择模板(Metric 米制单位模板). 3）改变坐标系统，选择需要的坐标系统。 4、导入静态观测数据(*.dat 或RINEX)数据 1）文件/导入 2）修改测站名，天线高度，天线类型，测量方法。 5、处理Timeline 6、处理GPS 基线 7、GPS 网的无约束平差 1)平差—基准—WGS-84，进行无约束平差。 2)查看网平差报告。看迭代平差是否通过；如果不通过，选择“交替的”加权策略 3)再次进行平差，直到通过为止。 8、网的约束平差 1) 平差—基准—当地投影基准。 2)然后点击观测值，加载水准面模型，输入已知点坐标。 3)点击平差，进行网的约束平差。 9、成果输出五、GPS 控制网优化设计的分类处理方法零类设计：即控制网的基准设计，是对一个已知图形结构和观测方案的自由GPS 网确

步进电机控制系统课程设计

河北xxxxxx学院课程设计说明书题目：步进电机控制系统学院（系）：年级专业：学号：学生姓名：同组学生：指导教师：

步进电机控制系统设计者：xxxxx 指导老师：xxxx 1摘要：由于步进电机自身的特点、不需要位置、速度等信号反馈，只需要脉冲发生器产生足够的脉冲数和合适的脉冲频率，就可以控制步进电机移动的距离和速度。步进电机的运转方向的控制为输入电机各绕组的通电顺序。例如，一个三相步进电机的通电顺序为：a—ab—b—bc—c—ca—a--.....，此时点击正转，若通电顺序改为：a—ac—c—cb—b—ba—a--.....时点击反转。既可以通过改变环形分配器的脉冲输出顺序，也可以通过编程改变输出脉冲的顺序，来改变输入到各绕组的通电顺序，达到控制电击方向的目的。关键词：步进电机 PLC 步进电机驱动器引言步进电机是一种常用的电气执行原件，一种多相或单相同步点击，在数控机床、包装机械等自动控制及检测仪表等方面得到广泛运用。随着plc的不短发展。其功能越来越强大，除了有简单的逻辑功能和顺序控制外，运算功能的加入、pid和各类高速指令、使得plc对复杂和特殊系统的控制应用更加广泛。Plc与数控技术的结合产生了各种不同类型的数控设备。 2 任务与要求 (1) 了解步进电机的原理 (2) 熟练使用PLC控制步进电机，了解步进电机驱动器原理 3 装置原理介绍 3.1控制系统功能框图在步进电机控制系统中，首先控制步进电机使之稳步启动，然后高速运动，接近制定位置时，减速之后低速运动一段时间，在准确地停在预定的位置上，最后步进电机停留2s后，按照前进时的加速—高速—减速—低速的步骤返回到起始点，其运动状态转换过程平稳，其功能框图如图3.1所以，其简单工作过程如图3.2所示。由于步进电机本身的结构特性决定了它要实现高速运转必须有加速过程，如果在启动时突然加载高频脉冲，电机会产生啸叫、失步甚至不能启动，在停止阶段也是这样，当高频脉冲突然降到零时，电机会产生啸叫和振动，所以在启动和停止时，都必须有一个加速和减速过程。 3.2步进电机控制系统硬件设计由于步进电机的硬件结构特性，所以对输入的脉冲的频率有所限制，对于低频的脉冲输出时，plc可以利用定时器来完成。若要求步进电机的速度较快时，就需要用plc的高速脉冲输出指令，这时就需要在程序中设置相应的步骤来完成对步进电机的控制。 3.21 组建器材（1）主机plc 根据系统的控制要求，采用三菱FX系统系列的plc作为控制器。（2）限位开关此系统中共用了两个限位开关：左限位开关和右限位开关。这两个限位开关的作用是控制物体的位置，防止物体超出合理的工作范围。（3）步进电机步进电机是该系统的执行机构