控制系统设计_最终
课程设计说明书
课程名称：控制系统课程设计设计题目：一阶倒立摆控制器设计院系：信息与电气工程学院班级：1102100
设计者：余淮
学号：110210200
指导教师：王新生
设计时间：2015年3月2日到2015年3月12日
课程设计（论文）任务书
指导教师签字：系（教研室）主任签字：
年月日
目录
一、建立一阶倒立摆数学模型 (1)
1.1微分方程模型 (3)
1.2传递函数模型 (3)
1.3状态空间数学模型 (4)
二、做模型仿真实验 (5)
2.1传递函数 (5)
2.2状态空间法 (6)
三、倒立摆系统的PID控制算法设计 (7)
3.1设计任务 (7)
3.2设计分析 (7)
3.2.1PID控制原理 (7)
3.2.2摆杆角度控制 (8)
3.3摆杆角度控制的PID算法仿真 (10)
3.4PID参数整定 (11)
3.4.1临界比例度法 (11)
3.4.2科恩(COHEN)-库恩(COON)整定公式 (12)
3.4.3试凑法 (13)
四、倒立摆系统的最优控制算法设计 (15)
4.1设计任务 (15)
4.2最优控制MATLAB仿真 (15)
五、设计工作总结及心得体会 (17)
参考文献 (18)
附录——程序代码 (19)
一、建立一阶倒立摆数学模型
对系统建立数学模型是系统分析、设计的前提，而一个准确又简练的数学模
型将大大简化后期的工作。为了简化系统分析，在实际的模型建立过程中，要忽
略空气流动阻力，以及各种次要的摩擦阻力。这样可将倒立摆抽象成小车和匀质
刚性杆组成的系统，如图1所示。
图1 直线一级倒立摆模型
本系统内部各相关参数定义如下：
M小车质量
m摆杆质量
b小车摩擦系数
l摆杆转动轴心到杆质心的长度
I摆杆惯量
F加在小车上的力
x小车位置
φ摆杆与垂直向上方向的夹角
θ摆杆与垂直向下方向的夹角（考虑到摆杆初始位置为竖直向下）
图2是系统中小车和摆杆的受力分析图。其中，N和P为小车与摆杆相互
作用力的水平和垂直方向的分量。
注意：在实际倒立摆系统中检测和执行装置的正负方向已经完全确定，因而
矢量方向定义如图2，图示方向为矢量正方向。
图2 小车及摆杆受力分析
应用Newton 方法来建立系统的动力学方程过程如下： 分析小车水平方向所受的合力，可以得到以下方程：
N x b F x M --= 由摆杆水平方向的受力进行分析可以得到下面等式：
2
2(sin )d N m x l dt
θ=+
即： 2cos sin N mx ml ml θθθθ=+- 把这个等式代入上式中，就得到系统的第一个运动方程：
2
()cos sin M m x bx ml ml F θθθθ+++-= （1-1）
为了推出系统的第二个运动方程，我们对摆杆垂直方向上的合力进行分析可
以得到下面方程：
2
2(cos )d P mg m l dt
θ-=-
即：
2sin cos P mg ml ml θθθθ
-=+
力矩平衡方程如下：
θ
θθ I Nl Pl =--cos sin 注意：此方程中力矩的方向，由于θφθφφπθsin sin ,cos cos ,-=-=+=，故等式前面有负号。
合并这两个方程，约去P 和N ，得到第二个运动方程：
θθθcos sin )(2x ml mgl ml I -=++ （1-2）
1.1 微分方程模型
设φπθ+=，当摆杆与垂直向上方向之间的夹角φ与1（单位是弧度）相比很小，即 1<<φ 时，则可以进行近似处理：1cos -=θ，φθ-=sin ，0)(
2
=dt
d θ。为了与控制理论的表达习惯相统一，即u 一般表示控制量，用u 来代表被控对象的输入力F ，线性化后得到该系统数学模型的微分方程表达式：
()
?????=-++=-+u ml x b x
m M x ml mgl ml I φφφ
)(2
（1-3） 1.2 传递函数模型
对方程组（1-3）进行拉普拉斯变换，得到
()
?????=Φ-++=Φ-Φ+)
()()()()()()()(2
22
22s U s s ml s s bX s s X m M s
s mlX s mgl s s ml I
（1-4） 注意：推导传递函数时假设初始条件为0。
由于输出为角度φ，求解方程组（1-4）的第一个方程，可以得到
)(])([)(22s s
g
ml ml I s X Φ-+=
把上式代入方程组（1-4）的第二个方程，得到
)()()()()()
()(2222
2s U s s ml s s s g ml
ml I b s s s g ml ml I m M =Φ-Φ??????+++Φ?????
?-
++
整理后得到以输入力u 为输入量，以摆杆摆角φ为输出量的传递函数：
2
124
32()()()()()ml s
s q
G s U s b I ml M m mgl bmgl s s s s
q q q
Φ==+++-- 其中 ])())([(22ml ml I m M q -++=
若取小车位移为输出量，可得传递函数：
()2
2
224
32()()()()()I ml mgl
s
X s q q
G s U s b I ml M m mgl bmgl s s s s
q q q
+-
==+++--
1.3 状态空间数学模型
由现代控制理论原理可知，控制系统的状态空间方程可写成如下形式：
Du
CX Y Bu AX X
+=+=
方程组（1-3）对φ
,x 解代数方程，得到如下解： ?????
?
???
??+++++++++-==++++++++++-==u Mml m M I ml Mml m M I m M mgl x Mml m M I mlb u Mml m M I ml I Mml m M I gl m x Mml m M I b ml I x x x
2222
222222)()()()()()()()()(φφφφφ
整理后得到系统状态空间方程：
u Mml m M I ml Mml m M I ml
I x x Mml m M I m M mgl Mml m M I mlb
Mml m M I gl m Mml m M I b ml I x x ???
?????
????????++++++?????????????????????
????????
?+++++-+++++-=??????????????2222
2
2
2
2
2
2)(0)(00)()()(0
10
000)()()(0001
0φφφφ 1000000100x x x y u φφφ??
??
????????==+??????????????
??????
以上就是一阶倒立摆小车系统的状态空间表达式。
二、做模型仿真实验 2.1 传递函数
实际系统参数如下：
M
小车质量 1.096 Kg m
摆杆质量 0.109 Kg b 小车摩擦系数
0 .1N/m/sec l 摆杆转动轴心到杆质心的长度 0.25m
I 摆杆惯量 0.0034 kg*m*m F
加在小车上的力 x
小车位置
θ 摆杆与垂直方向的夹角 T
采样频率
0.005秒
文件trans.m （见附录）用于求系统传递函数、传递函数的极点以及开环脉冲响应。
执行该文件，得到系统传递函数的分子（num ）与分母（den ）多项式的Matlab 表示及系统的开环极点（s ），显示结果如下所示：
num =
2.3566 0 0 den =
1.0000 0.0883 -27.8285 -
2.3094 0 s = -5.2780 5.2727 -0.0830 0
由此可知，系统传递函数的多项式表达式为：
32
() 2.35655()()0.088327.8285 2.3094
s s
G s U s s s s Φ=
=+-- 系统的开环极点为
1 5.2780s =-、
2 5.2727s =、30.0830s =-、40s =
由于有一个开环极点位于S 平面的右半部，开环系统不稳定。
MATLAB仿真的开环脉冲响应（即给系统加一个脉冲推力）曲线如图3所示，系统不稳定。
图3 开环脉冲响应
2.2 状态空间法
状态空间法可以进行单输入多输出系统设计。用Matlab求出系统的状态空间方程各矩阵，并仿真系统的开环阶跃响应。在这里给出一个state.m文件（见附录），执行这个文件，Matlab将会给出系统状态空间方程的A，B，C和D矩阵，并绘出在给定输入为一个0.2m的阶跃信号时系统的响应曲线。
执行state.m文件，得到系统的状态空间A，B，C和D矩阵，显示结果如下所示：
A =
0 1.0000 0 0
0 -0.0883 0.6293 0
0 0 0 1.0000
0 -0.2357 27.8285 0
B =
0.8832
2.3566
C =
1 0 0 0
0 0 1 0
D =
MATLAB仿真的开环阶跃响应曲线如图4所示，系统不稳定。
图4 开环阶跃响应
图4中，实线是摆杆角度响应曲线，虚线是小车位置响应曲线。
三、倒立摆系统的PID控制算法设计
3.1 设计任务
设计PID控制器，使得当在小车上施加1N的脉冲信号时，闭环系统的响应指标为：
（1）稳定时间小于5秒
（2）稳态时摆杆与垂直方向的夹角变化小于0.1 弧度
并作PID控制算法的MATLAB仿真
3.2 设计分析
3.2.1 PID控制原理
在模拟控制系统中，控制器最常用的控制规律是PID控制。常规PID控制系统原理框图如图5所示。系统由模拟PID控制器KD(S)和被控对象G(S)组成。
图5 常规PID控制系统图
y t构成控制PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值)(t r与实际输出值()
e
偏差)(t
()()()e t r t y t =-
将偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称PID 控制器。其控制规律为
?
??
???++=?dt t de T dt t e T t e K t u D t
I P )()(1)()(0
或写成传递函数的形式
???
? ??++==
s T s T K s E s U s G D I P 1
1)()()(
式中：P K ——比例系数；I T ——积分时间常数；D T ——微分时间常数。 在控制系统设计和仿真中，也将传递函数写成
s K s K K s E s U s G D I P ++==
)()
()(
式中：P K ——比例系数；I K ——积分系数；D K ——微分系数。 简单说来，PID 控制器各校正环节的作用如下：
（1）比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号()e t ，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。
（2）积分环节：主要用于消除稳态误差，提高系统的型别。积分作用的强弱取决于积分时间常数I T ，I T 越大，积分作用越弱，反之则越强。
（3）微分环节：反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号值
变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。
3.2.2 摆杆角度控制
这个控制问题和我们以前遇到的标准控制问题有些不同，在这里输出量为摆杆的位置，它的初始位置为垂直向上，我们给系统施加一个扰动，观察摆杆的响应。
系统框图如图6所示：
图6 直线一级倒立摆闭环系统图
图中)(s KD 是控制器传递函数，)(s G 是被控对象传递函数。 考虑到输入0)(
=s r ，结构图可以很容易地变换成
图7 直线一级倒立摆闭环系统简化图
该系统的输出为
)()
)(())(()
()
()
)(())((1)()
()(1)()(s F num numPID den denPID denPID num s F den denPID num numPID den num
s F s G s KD s G s y +=+=+=
其中： num ——被控对象传递函数的分子项
den ——被控对象传递函数的分母项 numPID ——PID 控制器传递函数的分子项 denPID ——PID 控制器传递函数的分母项
被控对象的传递函数是
2
2432()()()()ml s
s q
U s b I ml M m mgl bmgl s s s s
q q q
Φ=+++-- 其中 ])())([(22ml ml I m M q -++= PID 控制器的传递函数为：
denPID
numPID
s K s K s K s K K s K s KD I P D I P D =++=++=2)(
只需调节PID 控制器的参数，就可以得到满意的控制效果。
3.3 摆杆角度控制的PID 算法仿真
文件pid1.m （见附录）是输出为摆杆角度φ时系统的脉冲响应仿真程序，其中参数P K 、I K 、D K 分别为PID 控制器的比例、微分和积分参数。
该文件中用到求两个多项式之和的函数polyadd ，它不是Matlab 工具，因此必须把它拷贝到polyadd.m 文件（见附录）中，并把该文件和源文件一起拷贝到MATLAB 工作区。
现在就可以进行系统脉冲响应的PID 控制仿真了。 PID 控制参数取为1P K =，1I K =，1D K =。 运行该文件后，结果如下。 闭环系统极点为： s =
-6.4161 3.9693 0.0019 0 0
脉冲响应曲线如图8所示：
图8 脉冲响应曲线1
由上述结果分析可知，该系统有2个闭环极点位于S 平面右半部，所以系统不稳定。从系统响应曲线也可看出，系统响应是不稳定的，不能满足要求，需要调整参数P K , I K 和D K 直到获得满意的控制结果。
3.4 PID 参数整定
这里首先采用临界比例度法，然后使用科恩—库恩公式，最后使用试凑法整定PID 参数。
3.4.1 临界比例度法
具体步骤如下：
（1）置调节器积分时间I T 到最大值（I T =∞）,微分时间D T 为零（0D T =）,比例带δ 置较大值，使控制系统投入运行。
（2）待系统运行稳定后，逐渐减小比例带，直到系统出现等幅振荡，即所谓临界振荡过程。记录下此时的比例带cr δ（临界比例带），并计算两个波峰间的时间cr T （临界振荡周期）。
（3）利用cr δ和cr T 值，按表1给出的相应计算公式，求调节器各整定参数δ、
I T 和D T 的数值。
表1 临界比例度法整定计算公式
整定参数 调节规律
δ
I T D T
P 2cr δ
PI 2.2cr δ 0.85cr T
PID
1.67cr δ
0.50cr T
0.125cr T
整定过程如下：
（1）第一步，即0I K =，0D K =，P K 置较小值， 在pid1.m 文件基础上设置相关参数。
（2）第二步，逐渐增大P K ，直到系统出现等幅振荡。然而，在P K 增大过程中，无论P K 取什么数值，系统均处于发散振荡状态，却始终无法出现等幅振荡现象。分析原因认为主要是该系统无自平衡能力。
（3）鉴于第二步中无法获取等幅振荡时的参数。所以该方法失效。
3.4.2 科恩(cohen)-库恩(coon)整定公式
（1）比例调节器
1(/)0.333
C K K T τ-=+
（2）比例积分调节器
12
0.9(/)0.082
/[3.33(/)0.3(/)]/[1 2.2(/)]
C I K K T T T T T T ττττ-=+=++
（3）比例积分微分调节器
12
1.35(/)0.27/[
2.5(/)0.5(/)]/[10.6(/)]/0.37(/)/[10.2(/)]C I D
K K T T T T T T T T T T ττττττ-?=+?=++??=+? 根据上述公式编写求取PID 整定参数的程序cc01(PID,vars)：
function [Gc,Kp,Ti,Td]=cc01(PID,vars) %定义函数名称及调用格式 K=vars(1);T=vars(2);tau=vars(3); %定义函数输入的参数 Kp=[];Ti=[];Td=[]; %定义函数输出的参数 if PID==1, %P 控制时的公式 Kp=[T/tau+0.333]/K;
elseif PID==2, %PI 控制时的公式 Kp=[0.9*T/tau+0.082]/K;
Ti=T*[3.33*(tau/T)+0.3*(tau/T)^2]/[1+2.2*(tau/T)];
elseif PID==3, %PD 控制时的公式 Kp=[1.24*(T/tau)+0.1612]/K;
Td=T*[0.27*(tau/T)]/[1+0.13*(tau/T)];
elseif PID==4, %PID 控制时的公式 Kp=[1.35*(T/tau)+0.27]/K;
Ti=T*[2.5*(tau/T)+0.5*(tau/T)^2]/[1+0.6*(tau/T)]; Td=T*[0.37*(tau/T)]/[1+0.2*(tau/T)]; end
switch PID
case 1,Gc=Kp; %P 控制时的闭环传函 case 2,Gc=tf([Kp*Ti Kp],[Ti 0]); %PI 控制时的闭环传函 case 3,Gc=tf([Kp*Td Kp],1); %PD 控制时的闭环传函 case 4,nn=[Kp*Ti*Td Kp*Ti Kp]; dd=[Ti 0];
Gc=tf(nn,dd) %PID 控制时的闭环传函 end
分析：由于该系统无自平衡能力，无法获取K 、T 、τ 等相关参数，因此也不能使用科恩(cohen)-库恩(coon)整定公式来整定PID 参数。
3.4.3 试凑法
初始时，设定1P K =, 0I K =,1D K =，仿真结果如图9所示：
图9 脉冲响应曲线2
不难发现，此时曲线发散，系统不稳定。然后用for 循环语句来不断增大比例系数P K ,作出如图10所示曲线：
图10 脉冲响应曲线3
图中不同颜色曲线对应不同的P K 并且P K =[20:20:200]。由图10可以发现，随着P K 增大，系统超调减小，过渡过程时间也减小，取150P K =。
此时结果如图11所示：
图11 脉冲响应曲线4
由图11可以看出，此时系统有震荡。然后，需要增大D K 。 在原来的m 文件基础上加入以下语句：
%定义for 循环来增大KD Kd=[10:10:100]; for i=1:length(Kd) …… …… ……
impulse(num,den,t);hold on end
运行后，结果如图12所示：
图12 脉冲响应曲线5
不难发现，随着D K 增大，超调会减少，但过渡过程时间会增大，于是折中，取50d K =。此时系统稳态误差为0，所以不需要增加积分环节，0I K = 。
当取150P K =，50d K =，0i K =时，系统脉冲响应曲线如下：
图13 脉冲响应曲线6
由图13可以看出，此时系统的调节时间为2s ，稳态误差为0，系统响应满足指标要求。
四、倒立摆系统的最优控制算法设计
4.1 设计任务
用状态空间法设计控制器，使得当在小车上施加0.2m的阶跃信号时，闭环系统的响应指标为：
（1）摆杆角度θ和小车位移x的稳定时间小于5秒
（2）x的上升时间小于1秒
（3）θ的超调量小于20度（0.35弧度）
（4）稳态误差小于2%。
4.2 最优控制MATLAB仿真
最优控制仿真程序为文件lqr1.m（见附录）。
运行程序lqr1.m，得到结果如下：
p =
-0.0830
-5.2780
5.2727
K =
-1.0000 -2.0381 30.1662 5.7548
第一步：确定系统的开环极点为0、-0.0830、-5.2780、5.2727，可以看
出有一个极点位于S平面的右半部，这说明开环系统不稳定。
第二步：在取
111
Q=,
331
Q=,
22440
Q Q
==,1
R=的条件下，得到反馈控制向量：
K =[-1.0000 -2.0381 30.1662 5.7548]
LQR控制的阶跃响应如图14所示：
图14 LQR控制的阶跃响应1
图14中，实线代表摆杆的角度，虚线代表小车位置。从图中可以看出，响应的超调量很小，但稳定时间和上升时间偏大，小车的位置没有跟踪输入，而是向相反方向移动。这里需要缩短稳定时间和上升时间。
可以发现，Q 矩阵中，增加11Q 使稳定时间和上升时间变短，并且使摆杆的角度变化减小。这里取115000Q =，33100Q =，则
K =[-70.7107 -40.6531 125.7702 24.3770]
响应曲线如下：
图15 LQR 控制的阶跃响应2
如果再增大11Q 和33Q ，系统的响应还会改善，但在保证11Q 和33Q 足够小的情况下，系统响应已经满足要求了。
现在，要消除稳态误差。在前面的设计方法中，是把输出信号反馈回来乘以一个系数矩阵K ，然后与输入量相减得到控制信号。这就使得输入与反馈的量纲不一致，因此，为了使输入与反馈的量纲互相匹配，给输入乘以增益Nbar 。
具有量纲匹配的最优控制matlab 仿真文件为lqr2.m （见附录）。 文件中用到求取输入输出匹配系数函数rscale.m ，它不是Matlab 工具，因此必须把它拷贝到rscale.m （见附录），并把该文件和源文件一起拷贝到MATLAB 工作区。
用函数rscale 来计算Nbar ，运行程序，得到：
K =
-70.7107 -40.6531 125.7702 24.3770
即Nbar=rscale（A,B,Cn,0,K）=-70.7107，可以看出，实际上Nbar和K
向量中与小车位置x对应的那一项相等。
此时系统的响应曲线如图16所示，小车位置跟踪输入信号，并且，摆杆
超调足够小，稳态误差满足要求，上升时间和稳定时间也符合设计指标。
图16 LQR控制的阶跃响应3
五、设计工作总结及心得体会
经过两个星期的《控制系统设计》课程设计，我受益匪浅。本次课设中用到了Matlab、MathType以及Office等计算机辅助设计软件，无论是之前的课设还是实验都对这些软件有所运用，因此在大四这个阶段用Matlab来做课设还是比较得心应手。
本次课设的核心是设计PID控制器，主要归结于对比例、积分和微分环节的参数选取。设计初，我按照临界比例度法的具体步骤进行参数整定。然而在增大比例系数的过程中，却始终无法获取等幅振荡的响应曲线，最终不得不放弃使用该方法。经过查阅相关书籍后，我决定采用一个简单易行的整定公式来求取相关参数，即科恩(cohen)-库恩(coon)整定公式。由于使用该公式必须为确定传递函数的系统，但是倒立摆系统为非自平衡系统，无法获取公式所要求的具体参数，所以只能再次放弃使用该方法来整定PID参数。正当我陷入困惑之时，我重新理清思路，认真总结使用不同参数所得响应曲线的规律，根据自身经验不断调试新参数，最终得到较为满意的响应曲线。从中我体会到，固定的方法和公式不一定都是完善的，使用者需要根据实际情况进行自我调整，这也正体现了课程设计的灵活性。
控制系统设计及分析
控制系统设计及分析 一、SISO 控制系统的模型 1、环节串联 G(s)=G1(s)*G2(s)*…*Gn(s) sys=sys1*sys2*…*sysn 或: sys=series(sys1,sys2); sys==series(sys,sys3); …; sys=series(sys,sysn) 或： [num,den]= series(num1,den1,num2,den2); [num,den]= series(num,den,num3,den3); …; [num,den]= series(num,den,numn,denn); sys=tf(num,den) Ex311.m ：求三个控制环节串联后的传递函数： 3 25 6: 3)1(32: 2) 1(1: 12 2+++++++s s sys s s sys s s s s sys %sys1的传递函数 num1=[1,1]; den1=conv([1,0],[1,1,1]); sys1=tf(num1,den1);
%sys2的传递函数 num2=[2,3]; den2=conv([1,1],[1,1]); sys2=tf(num2,den2); %sys3的传递函数 num3=[6,5]; den3=[2,3]; sys3=tf(num3,den3); %系统串联总的传递函数 sys=sys1*sys2*sys3 2、环节并联 G(s)=G1(s)+G2(s)+…+Gn(s) sys=sys1+sys2+…+sysn 或: sys=parallel(sys1,sys2);sys=parallel (sys,sys3);…; sys= parallel (sys,sysn) 或: [num,den]= parallel (num1,den1,num2,den2); [num,den]= parallel (num,den,num2,den2); …; [num,den]= parallel (num,den,numn,denn);
5.2 闭环电子控制系统的设计与应用(1)
如图所示是JN6201集成电路鸡蛋孵化温度控制器电路图，根据该原理图完成1~3题。 1.该电路图作为控制系统的控制（处理）部分是IC JN6201，当JN6201集成输出9脚长时间处于高电平，三极管V2处于截止状态，继电器释放，电热丝通电加热。 2.安装好调试时，先将温度传感器Rt1放入37℃水中，调整电位器Rp1，使继电器触点J-2吸合，再将温度传感器Rt2放入39℃水中，调整Rp2，使继电器触点J-2释放。 3.调试时发现，不管电位器Rp1和Rp2怎么调，继电器J 始终吸合，检查电路元器件安装和接线都正确，用万用表测三极管V2集电极电位，在不同的调试状态分别为2.8V 和0V ，可知电路发生故障的原因是（ B ） A.二极管V6内部断路 B.三极管V3内部击穿（短路） C.电阻R4与三极管V3基极虚焊 D.继电器线圈内部短路 如图所示是运算放大器鸡蛋孵化温度控制器电路图，根据该原理完成4~6题。 4.该电路作为控制系统的输出部分是继电器J 、电热丝等，当电路中集成运放2脚的电位低于3脚的电位，三极管V3处于饱和状态，继电器J 吸合，电热丝通电加热。 上限 V2饱和导通时候Uce 电压降0.2V ，所以留下来给集电极2.8V ，截止时候0V
5.安装好后调试时，将温度传感器Rt 放入39℃水中，调R4，使电压U2=U3，集成运放输出端6脚的电压为0V ，电路实现39℃单点温度控制。 6.调试时发现，将温度传感器Rt 放入高于39℃水中，继电器吸合；将温度传感器Rt 放入低于39℃水中，继电器释放，出现该故障现象的原因可能是（ A ） A.集成运放2脚与3脚接反 B.二极管V4接反 C.电阻R2断路 D.三极管V3损坏 如图所示是晶体管组成的水箱闭环电子控制系统电路，根据该原理图完成7~9题。 7.该电路作为控制系统被控对象的是水箱内的水，水箱的水位从a 点降到b 点的过程中，三极管V1处于饱和状态，三极管V2处于截止状态，继电器触点J-1处于吸合状态。 8.安装调试时，将三个水位探头按图中的高低放入空玻璃杯中，如果电路正常，电路通电后，继电器J 吸合；向玻璃杯中加水，到达a 点时，继电器J 释放；接着将玻璃杯中的水排出，水位降到b 点以上时，继电器J 释放；水位降到b 点以下时，继电器J 吸合。 9.调试时发现，玻璃杯中的水位在b 点以下时，继电器J 就吸合；水位加到b 点，继电器J 就释放。出现该故障现象的原因是（ D ） A.继电器J 没用 B.三极管V1损坏 C.二极管V3接反 D.电路没接J-1触点，b 点直接接到了电阻R1 如图所示是555集成电路组成的水箱水位闭环电子控制系统电路图， (第4~6题) (第7~9题) R4 10k ?R5 4.7k R3 4.7k
实验五基于MATLAB工具箱的控制系统分析与设计.
实验五、基于MATLAB工具箱的控制系统分析与设计(2学时) （综合型实验） 一、实验目的 （1）掌握线性时不变系统的对象模型的构造及其相互转换； （2）掌握线性时不变系统浏览器——LTI Viewer使用方法； （3）掌握单变量系统设计工具——SISO Design Tool的使用方法； （4）掌握非线性系统的控制器优化设计和仿真； （5）自行设计一个PID控制系统并进行PID控制器的优化设计（选）。 二、实验设备 MATLAB6.1系统教学软件及计算机一台。 三、实验内容 1、将下述传递函数转换成tf对象。 2、将第6章的例6-16中非线性系统进行线性化处理后所得线性化状态空间模型的系数矩阵(A,B,C,D)的值转换成LTI对象，然后利用线性时不变系统浏览器—LTI Viewer对系统进行分析。 3、使用 LTI Viewer对以下滑艇系统的动力学方程进行非线性系统的线性分析 4、以下单位反馈系统。利用单变量系统设计工具SISO Design Tool。（1）对其进行分析，画出系统的根轨迹图以及系统波特图，并求解相位裕量。 （2）对以上系统进行串联校正装置，其传递函数如下。 对校正后进行分析，画出校正后系统的根轨迹图以及系统波特图，并求解相位裕量。 5、对以下系统。 要求系统单位阶跃响应的最大上升时间为10秒、最大调节时间为30秒、最大超调量为20%。利用非线性控制器设计模块集（Nonlinear Control Design Blockset），试求PID控制器的最佳整定参数Kp、Ki和Kd。假设，三阶线性对象模型的不确定参数：40< a1<50,2.5< a2<10。
电子设计大赛常用电路图
错误 ！未定义书签。 图2 L293D 的电机驱动电路 图3 电源稳压电路 图4 降压电路
图3 降压斩波电路原理图 图4 电流检测模块
OS CI ICE_SDA ICE_SCK ICE_EN AV SS1OP I AGC M ICOUT DA C2DA C IOB12IOB11IOB15IOB13SLE EP IOB14VS S IOA12IOA14IOA11IOA10IOA15IOA13I O B 9I O B 10IOA9 I O B 5I O B 8I O B 7V C P I O A 8 V D D H I O A 6I O A 7V S S VS S V D D H VS S V R T A V S S 1 V D D _P I O B 2V C M I O A 3I O B 6I O B 1I O A 1V M I C I O B 0I O A 2M I C P R E S _B I O B 4 I O A 4 I O B 3I O A 0I O A 5VREF2V S S V D D H SPCE061A DA C1M ICN AV SS1VDD VS S VS S VS S OS CO +C29100u C31104 U1 OS C32O 12OS C32I 13XT EST 14VDD 15XICE 16XICECLK 17XICES DA 18VS S 19PV IN 20DA C121DA C222VREF223VS S 24AGC 25OP I 26M ICOUT 27M ICN 28PFUSE 29M I C P 33V C M 34V R T P A D 35V D D 36V M I C 37V S S 38I O A 041I O A 142I O A 243I O A 344I O A 445I O A 546I O A 647I O A 748V S S 49V S S 50V D D H 51V D D H 52I O A 8 53 N C 39N C 40NC 30NC 31NC 32 IOA9 54 IOA1055IOA1156IOA1257IOA1358IOA1459IOA1560XROM T 61VS S 62XS LEEP 63IOB1564IOB1465IOB1366IOB1267IOB1168PV PP 69V D D H 75 I O B 1076I O B 977NC 70NC 71NC 72NC 73NC 74I O B 878I O B 779I O B 680I O B 581I O B 41I O B 32I O B 23N C 82N C 83N C 84I O B 14I O B 05X R E S B 6V D D 7V C P 8V S S 9N C 10N C 11C8104C7104C18104 +C5 100u C28104 + C27100u +C17100u + C4100u V D D _A SPCE061A 芯片引脚电路图 电机驱动电路 图5 电源变换电路图
控制系统建模、分析、设计和仿真
北京理工大学珠海学院 《计算机仿真》课程设计说明书题目: 控制系统建模、分析、设计和仿真 学院：信息学院 专业班级：自动化四班 学号： 学生姓名： 指导教师： 2012年 6 月 9 日
北京理工大学珠海学院 课程设计任务书 2011 ～2012 学年第2学期 学生姓名：专业班级： 指导教师：范杰工作部门：信息学院 一、课程设计题目 《控制系统建模、分析、设计和仿真》 本课程设计共列出10个同等难度的设计题目，编号为：[0号题]、[1号题]、[2号题]、[3号题]、[4号题]、[5号题]、[6号题]、[7号题]、[8号题]、[9号题]。 学生必须选择与学号尾数相同的题目完成课程设计。例如，学号为09xxxxxxxx2的学生必须选做[2号题]。 二、课程设计内容 （一）《控制系统建模、分析、设计和仿真》课题设计内容 最少拍有波纹控制系统
[8号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真 设连续被控对象的实测传递函数为： 用零阶保持器离散化，采样周期取0.02秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹 控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。 （二）《控制系统建模、分析、设计和仿真》课题设计要求及评分标准【共100分】 1、求被控对象传递函数G(s)的MATLAB 描述。（2分） 2、求被控对象脉冲传递函数G(z)。（4分） 3、转换G(z)为零极点增益模型并按z-1形式排列。（2分） 4、确定误差脉冲传递函数Ge(z)形式,满足单位加速度信号输入时闭环稳态误差为零和实际闭环系统稳 定的要求。（6分） 5、确定闭环脉冲传递函数Gc(z)形式，满足控制器Dy(z)可实现、最少拍和实际闭环系统稳定的要求。 （8分） 6、根据4、5、列写方程组，求解Gc(z)和Ge(z)中的待定系数并最终求解Gc(z)和Ge(z) 。（12分） 7、求针对单位加速度信号输入的最少拍有波纹控制器Dy(z)并说明Dy(z)的可实现性。（3分） 8、用程序仿真方法分析加速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。（7分） 9、用图形仿真方法(Simulink)分析单位加速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。（8分） 10、确定误差脉冲传递函数Ge(z)形式,满足单位速度信号输入时闭环稳态误差为零和实际闭环系统稳 定的要求。（6分） 11、确定闭环脉冲传递函数Gc(z)形式，满足控制器Dw(z)可实现、无波纹、最少拍和实际闭环系统稳 定的要求。（8分） 12、根据10、11、列写方程组，求解Gc(z)和Ge(z)中的待定系数并最终求解Gc(z)和Ge(z) 。（12分） 13、求针对单位速度信号输入的最少拍无波纹控制器Dw(z)并说明Dw(z)的可实现性。（3分） 14、用程序仿真方法分析单位速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。（7分） 15、用图形仿真方法(Simulink)分析单位速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。（8分） 16、根据8、9、14、15、的分析，说明有波纹和无波纹的差别和物理意义。（4分） ) 7)(5)(2()6)(1(879)(2+++++= s s s s s s s G
电子电路设计的一般方法和步骤
电子电路设计的一般方法与步骤 一、总体方案的设计与选择 1.方案原理的构想 (1)提出原理方案 一个复杂的系统需要进行原理方案的构思，也就是用什么原理来实现系统要求。因此，应对课题的任务、要求和条件进行仔细的分析与研究，找出其关键问题是什么，然后根据此关键问题提出实现的原理与方法，并画出其原理框图（即提出原理方案）。提出原理方案关系到设计全局，应广泛收集与查阅有关资料，广开思路,开动脑筋,利用已有的各种理论知识，提出尽可能多的方案，以便作出更合理的选择。所提方案必须对关键部分的可行性进行讨论，一般应通过试验加以确认。 (2)原理方案的比较选择 原理方案提出后，必须对所提出的几种方案进行分析比较。在详细的总体方案尚未完成之前,只能就原理方案的简单与复杂，方案实现的难易程度进行分析比较，并作出初步的选择。如果有两种方案难以敲定，那么可对两种方案都进行后续阶段设计，直到得出两种方案的总体电路图,然后就性能、成本、体积等方面进行分析比较，才能最后确定下来。 2.总体方案的确定 原理方案选定以后，便可着手进行总体方案的确定，原理方案只着眼于方案的原理，不涉及方案的许多细节，因此，原理方案框图中的每个框图也只是原理性的、粗略的，它可能由一个单元电路构成，亦可能由许多单元电路构成。为了把总体方案确定下来，必须把每一个框图进一步分解成若干个小框，每个小框为一个较简单的单元电路。当然，每个框图不宜分得太细，亦不能分得太粗，太细对选择不同的单元电路或器件带来不利，并使单元电路之间的相互连接复杂化；但太粗将使单元电路本身功能过于复杂，不好进行设计或选择。总之,
应从单元电路和单元之间连接的设计与选择出发，恰当地分解框图。 二、单元电路的设计与选择 1.单元电路结构形式的选择与设计 按已确定的总体方案框图，对各功能框分别设计或选择出满足其要求的单元电路。因此，必须根据系统要求，明确功能框对单元电路的技术要求，必要时应详细拟定出单元电路的性能指标，然后进行单元电路结构形式的选择或设计。 满足功能框要求的单元电路可能不止一个，因此必须进行分析比较，择优选择。 2.元器件的选择 (1)元器件选择的一般原则 元器件的品种规格十分繁多，性能、价格和体积各异，而且新品种不断涌现，这就需要我们经常关心元器件信息和新动向，多查阅器件手册和有关的科技资料，尤其要熟悉一些常用的元器件型号、性能和价格，这对单元电路和总体电路设计极为有利。选择什么样的元器件最合适，需要进行分析比较。首先应考虑满足单元电路对元器件性能指标的要求，其次是考虑价格、货源和元器件体积等方面的要求。 (2)集成电路与分立元件电路的选择问题 随着微电子技术的飞速发展，各种集成电路大量涌现，集成电路的应用越来越广泛。今天，一块集成电路常常就是具有一定功能的单元电路，它的性能、体积、成本、安装调试和维修等方面一般都优于由分立元件构成的单元电路。 优先选用集成电路不等于什么场合都一定要用集成电路。在某些特殊情况，如：在高频、宽频带、高电压、大电流等场合，集成电路往往还不能适应，有时仍需采用分立元件。另外，对一些功能十分简单的电路，往往只需一只三极管或一只二极管就能解决问题，就不必选用集成电路。
某框架结构办公楼建筑结构施工图识读与基本构件计算土木设计说明
学院 毕业实训（设计） 计算书 题目：某框架结构办公楼 建筑结构施工图识读及基本构件计算二级学院：建筑工程学院 2013年01月10日
2013 届建筑工程技术专业毕业设计某框架结构办公楼 设 计 和 计 算 任 务 书 学院建筑工程学院 二〇一二年十月 某框架结构办公楼设计和计算任务书
一．目的要求 要求掌握读图识图的基本原理、方法与步骤。主要目的是使学生全面巩固、掌握读 图和识图的能力，不仅能读懂看懂，而且更能用已掌握的知识去解释、分析实际工程图纸，发挥出学生的主动积极性，培养学生的创新思维能力。 通过一个实例工程的结构设计训练，要求学生初步掌握结构设计训练的一般原则、 步骤和方法，能综合运用已学过的知识，培养综合分析问题、解决问题的能力，以及相应的设计训练技巧，同时还将培养设计训练工作中实事、严谨、准确的科学态度和工作作风。初步掌握多层建筑的结构选型、结构布置、结构设计及结构施工绘图的全过程，从而使学生学会具有一定的建筑结构的设计能力。 二．设计和计算的容 1.概况 本工程为某中等专业学校迁建工程之一的行政楼，建筑层数为四层，框架结构，整 体现浇。总占地面积738.3m ，总建筑面积2941.2 m 2 。。建筑高度：17.55m ，局部楼梯间高20.55m 。建筑耐久年限为50年。工程耐火等级为二级。工程屋面防水等级：为Ⅱ级,砼雨蓬为Ⅲ级。工程设计标高室±0.000相当于黄海高程79.45m,室外高差0.45m 。 建筑结构的安全等级为二级，地基基础设计等级为丙级。设计使用年限为 50年，耐火等级为三级。 依据的岩土工程勘察报告，场地较为平整，自上而下，土层岩性依次为耕植土、粉 质粘土、卵石、基岩。建筑场地等级为二级，基础持力层下无软弱夹层存在，场地稳定性较好。岩土工程勘察报告建议以卵石层位基础持力层。场地地下水类型简单，为第四系空隙性潜水。受大气降水及侧向渗流补给。地下水水位埋深在3.0～3.70米之间。本场地地下水对建筑材料无腐蚀性。 三．结构说明 工程设计墙、梁、板砼等级为C25，柱砼等级为C30，基础砼等级为C15，钢筋选用 一级钢HPB300，二级钢筋HRB335。受力钢筋混凝土保护层厚度为：板15mm ，梁25mm ，基础梁40mm ，柱30mm ，屋面板：外侧20mm ，侧15mm 。 箍筋必须为封闭式，非焊接箍筋的末端应做成135°弯钩，弯钩端头平直段长度不 应小于5d 。砌体工程：本工程±0.000以下墙体采用水泥实心砖，砖强度等级不小于 Mu15.0，水泥砂浆强度等级M10。本工程±0.000以上墙体外墙采用KP1多孔，砖强度 等级Mu10.0，用M7.5混合砂浆砌筑。墙采轻质墙体材料，要求容重不大于3/9m kN , 轻质隔墙做法及构造要求参照省建筑标准图集《MS 型煤渣混凝土空心砖结构构造》（2005浙G31）或行业及厂家相关标准。 四．设计依据 《建筑结构可靠度设计统一标准》 (GB50068-2001)
信息系统分析与设计名词解释
一、名词解释 1、软件维护指软件交互使用之后，为了改正软件中的错误或满足新的需求而修改软件的过程。 2、调试在成功地进行了测试之后，进一步诊断和改进程序中存在的错误过程。 3、可行性研究又叫可行性分析，它是所有工程项目在开始阶段必须进行的一项工作。可行性研究是指项目正式开发之前，先投入一定的精力，通过一套准则，从经济、技术、社会等方面对项目的必要性、可能性、合理性，以及项目所面临的重大风险进行分析和评价，得出项目是否可行的结论。 4、结构化程序设计是一种设计程序的技术，采用自顶向下、逐步细化的设计方法和单入口、单出口的控制技术，任何程序都可以通过顺序、选择和循环3种基本控制结构的复合实现。 5、信息系统在其使用过程中随着生存环境的变化，要不断维护、修改，当它不再适应需求的时候就要被淘汰，就要由新系统代替老系统，这种周期循环称为信息系统的生命周期。 6、供应链管理系统就是为了实现供应链上各企业的共同目标，对整个供应链的物流与信息流进行集成的管理和统一协调的计算机软件系统、网络与通信系统、有关数据、规章制度和人员的统一体。 7、这是在现代信息技术的基础上，交叉管理学、行为科学、运筹学，控制论等学科运用、人工智能、专家系统、知识工程等理论和方法，辅助支持企业，决策活动的信息系统。 8、信息系统是指利用计算机、网络、数据库等现代信息技术，处理组织中的数据、业务、管理和决策等问题，并为组织目标服务的综合系统。 9、数据字典为了对数据流程图中的各个元素进行详细的说明，数据字典的主要内容是对数据流程图中的数据项、数据结构、数据流、处理逻辑、数据存储和外部实体等几个方面进行具体的定义。数据字典配以数据流程图，就可以从文字和图形两个方面对系统的逻辑模型进行完整的描述。 二、填空 1、按照生命周期法建设信息系统过程中的主要文档有:系统开发立项报告,( 可行性研究报告),系统开发计划书,( 系统分析说明书),系统设计说明书,程序设计报告,系统测试计划与测试报告,系统使用与维护手册,系统评价报告,系统开发月报与系统开发总结报告. 2、描述程序处理过程的工具称为过程设计工具，可以分为图形、表格和语言3类。其中图形工具包括(程序流程图)、(N-S图)和(PAD图)；表格工具包括(判定表)和(判定树)；语言工具包括
从EMC角度考虑常用电路设计及PCB设计
从EMC角度考虑常用电路设计及PCB设计 A.电源电路 电源电路设计中，功能性设计主要考虑温升和纹波大小。温升大小由结构 很关键：大电容一般采用低ESR电容，小电容采用0.1UF和1000pF共用。电源电路设计中，电磁兼容设计是关键设计。主要涉及的电磁兼容设计有：传导发射和浪涌。 传导发射设计一般采用输入滤波器方式。外部采购的滤波器内部电路一般采用下列电路： Cx1和Cx2为X电容，防止差模干扰。差模干扰大时，可增加其值进行抑制；Cy1和Cy2为Y电容，防止共模干扰。共模干扰大时，可增加其值进行抑制。需要注意的是，如自行设计滤波电路，Y电容不可设计在输入端，也不可双端都加Y电容。 浪涌设计一般采用压敏电阻。差模可根据电源输入耐压选取；共模需要电源输入耐压和产品耐压测试综合考虑。 当浪涌能量大时，也可考虑压敏电阻（或TVS）与放电管组合设计。
1 电源输入部分的EMC设计 应遵循①先防护后滤波；②CLASS B规格要求的电源输入端推荐两级滤波电路，且尽量靠近输入端；③在电源输入端滤波电路前和滤波电路中无采样电路和其它分叉电路；如果一定有采样电路，采样电路应额外增加了足够的滤波电路。 原因说明： ①先防护后滤波： 第一级防护器件应在滤波器件之前，防止滤波器件在浪涌、防雷测试中损坏，或导致滤波参数偏离，第二级保护器件可以放在滤波器件的后面；选择防护器件时，还应考虑个头不要太大，防止滤波器件在PCB布局时距离接口太远，起不到滤波效果。 ②CLASS B规格要求的电源输入端推荐两级滤波电路，且尽量靠近输入端：CLASSB要求比CLASS A要求小10dB，即小3倍，所以应有两级滤波电路； CLASSA规格要求至少一级滤波电路；所谓一级滤波电路指包含一级共模电感的滤波电路。
基于Arduino的一种电子显示屏控制系统设计剖析
《学术论文写作》课程论文 基于Arduino的一种电子显示屏控制 系统设计 姓名： 学院(系)： 专业：自动化 班级： 学号：
基于arduino的一种简易电子显示屏设计 摘要：LED显示屏因其工作稳定可靠、寿命长、亮度高等优点，在许多场合中应用广泛。加强显示屏控制系统的可靠性研究意义重大。基于Arduino单片机，研究设计了一种新的电子显示屏控制系统。以PC机为上位机，向单片机发送显示代码和控制命令，单片机控制显示驱动模块驱动LED点阵显示屏进行扫描显示。PC机与单片机之间的通信采用ISP下载编程器来实现。利用按键模块通过单片机对显示屏的显示内容进行翻页和更新控制。 关键词：显示屏；可靠性；Arduino；控制 The Design of Electronic Display Control System based on Arduino Abstract: LED displays is widely used in many occasions because of its a dvantages such as stable, reliable and long life. It is of great significance to strengthen the research of the reliability of electronic display control system. Here introduces a new kind of el ectronic display control system based on Arduino microcontroller. System uses PC as uppe r computer.PC send control commands and display code it has stored to the Arduino microcontr oller. And arduino microcontroller receives and deals with control command and display cod e which are from PC. Then drives scan display o f the display screen. Communication betwee n PC and the microcomputer can be implemented by using ISP download programmer. At last, page and update the content which is displayed of the billboard by using the key module an d all is based on th e single chip microcomputer. Keywords: electronic display; reliability; Arduino microcontroller 1.系统整体设计 本系统硬件的设计采用模块化设计，既能满足模块本身功能又要能够和整个系统兼容，如图1.1所示。系统硬件由Arduino控制系统，显示扫描电路，显示屏，键盘扫描电路及数据传输部分以及上位机六部分组成。上位机通过数据传输部分向MCU系统发送显示代码和控制命令，MCU系统执行显示命令并将显示代码处理后控制显示部分的显示内容和显示方式。
机电控制系统分析与设计
一、简述题（每小题10分，共100分） 1、机电控制系统的基本要求？ 答：稳定性（长期稳定性）、准确性（精度）和快速性（相对稳定性）. 稳定性：对恒值系统要求当系统受到扰动后,经过一定时间的调整能够回到原来的期望值. 对随动系统,被控制量始终跟踪参据量的变化.稳定性是对系统的基本要求,不稳定的系统不能实现预定任务.稳定性,通常由系统的结构决定与外界因素无关. 快速性：对过渡过程的形式和快慢提出要求,一般称为动态性能.稳定高射炮射角随动系统,虽然炮身最终能跟踪目标,但如果目标变动迅速,而炮身行动迟缓,仍然抓不住目标. 准确性：用稳态误差来表示.如果在参考书如信号作用下,当系统达到稳态后,其稳态输出与参考输入所要求的期望输出之差叫做给定稳态误差.显然,这种误差越小,表示系统的输出跟随参考输入的精度越高. 由于被控对象具体情况的不同,各种系统对上述三方面性能要求的侧重点也有所不同.例如随动系统对快速性和稳态精度的要求较高,而恒值系统一般侧重于稳定性能和抗扰动的能力.在同一个系统中,上述三方面的性能要求通常是相互制约的.例如为了提高系统的动态响应的快速性和稳态精度,就需要增大系统的放大能力,而放大能力的增强,必然促使系统动态性能变差,甚至会使系统变为不稳定.反之,若强调系统动态过程平稳性的要求,系统的放大倍数就应较小,从而导致系统稳态精度的降低和动态过程的缓慢.由此可见,系统动态响应的快速性、高精度与动态稳定性之间是一对矛盾. 2、机电控制系统的基本结构？画图说明 答：机电控制系统是机电控制技术的具体表现形式，通过控制器并合理选择或设计放大元件、执行元件、检测元件与转换元件、导向与支承元件和传动机构等．使机电装备达到所要求的性能和功能。机电控制系统是 机电一体化 产品及系统中承担着控制对象输出，并按照指令规定的规律变化的功能单元，是机电一体化产品及系统的重要组成部分。机电控制系统是一种自动控制系统。 机电控制系统一般由指令元件，比较、综合与放大元件，转换与功率放大元件，执行元件，工作机构，检测与转换元件等6部分组成，如图1．4所示。为了研究问题方便，通常又把指令元件和比较、综合与放大元件合称为 控制器 (控制元件)；将转换与功率放大元件和执行元件合称为机电动力机构；机电动力机构和工作机构合称为被控对象。对于控制精度要求不高且执行元件的输出能够按其给定规律运动时，可以采用开环控制。此时检测与转换元件也可以没有；但为了显示与检测，系统中仍应装有检测与转换元件。
电气原理图及电子电路
电气原理图及接线图识读方法VS画图技巧2016-11-11 07:30 识图方法 电气图纸一般可分为两大类，一类为电力电气图，它主要是表 述电能的传输、分配和转换，如电网电气图、电厂电气控制图等。 另一类为电子电气图，它主要表述电子信息的传递、处理；如 电视机电气原理图。本文主要谈电力电气图的识读。 电力电气图分一次回路图、二次回路图。一次回路图表示一次电气 设备(主设备)连接顺序。一次电气设备主要包括发电机、变压器、 断路器、电动机、电抗器、电力电缆、电力母线、输电线等。 为对一次设备及其电路进行控制、测量、保护而设计安装的各类 电气设备，如测量仪表、控制开关、继电器、信号装置、自动装置 等称二次设备。表示二次设备之间连接顺序的电气图称二次回路 图。 一、电气图的种类 电气图主要有系统原理图、电路原理图、安装接线图。 1．系统原理图(方框图) 用较简单的符号或带有文字的方框，简单明了地表示电路系统的最 基本结构和组成，直观表述电路中最基本的构成单元和主要特征 及相互间关系。 2．电路原理图 电路原理图又分为集中式、展开式两种。集中式电路图中各元器件 等均以整体形式集中画出，说明元件的结构原理和工作原理。识读 时需清楚了解图中继电器相关线圈、触点属于什么回路，在什么情 况下动作，动作后各相关部分触点发生什么样变化。 展开式电路图在表明各元件、继电器动作原理、动作顺序方面， 较集中式电路图有其独特的优点。展开式电路图按元件的线圈、触 点划分为各自独立的交流电流、交流电压、直流信号等回路．凡属 于同一元件或继电器的电流、电压线圈及触点采用相同的文字。展
开式电路图中对每个独立回路，交流按U、V、W相序；直流按继电器动作顺序依次排列。识读展开式电路图时，对照每一回路右侧的文字说明，先交流后直流，由上而下，由左至右逐行识读。集中式、展开式电路图互相补充、互相对照来识读更易理解。 3．安装接线图 安装接线图是以电路原理为依据绘制而成，是现场维修中不可缺少的重要资料。安装图中各元件图形、位置及相互间连接关系与元件的实际形状、实际安装位置及实际连接关系相一致。图中连接关系采用相对标号法来表示。 二、识读电气图须知 1．学习掌握一定的电子、电工技术基本知识，了解各类电气设备的性能、工作原理，并清楚有关触点动作前后状态的变化关系。 2．对常用常见的典型电路，如过流、欠压、过负荷、控制、信号电路的工作原理和动作顺序有一定的了解。 3．熟悉国家统一规定的电力设备的图形符号、文字符号、数字符号、回路编号规定通则及相关的国标。了解常见常用的外围电气图形符号、文字符号、数字符号、回路编号及国际电工委员会(IEC)规定的通用符号和物理量符号(相关资料附后)。 4．了解绘制二次回路图的基本方法。电气图中一次回路用粗实线，二次回路用细实线画出。一次回路画在图纸左侧，二次回路画在图纸右侧。由上而下先画交流回路，再画直流回路。同一电器中不同部分(如线圈、触点)不画在一起时用同一文字符号标注。对接在不同回路中的相同电器，在相同文字符号后面标注数字来区别。 5．电路中开关、触点位置均在"平常状态"绘制。所谓"平常状态"是指开关、继电器线圈在没有电流通过及无任何外力作用时触点的状态。通常说的动合、动断触点都指开关电器在线圈无电、无外力作用时它们是断开或闭合的，一旦通电或有外力作用时触点状态随之改变。 三、识读电气图方法 1．仔细阅读设备说明书、操作手册，了解设备动作方式、顺序，有关设备元件在电路中的作用。
结构设计总说明书带图完整版汇总情况
混凝土结构设计总说明 1.工程概况 1.1 本工程位于xx市xxxxx，总建筑面积约13万平方米，由多栋商铺组成; 2.设计依据 2.1 本工程主体结构设计使用年限为50年。 2.2 自然条件：基本风压：0.35kN/m 2(50年重现期);基本雪压:0.45kN/m 2；抗震设防参数：本工程最大地震影响系数αmax=0.04（第一设防水准）；场地特征周期Tg=0.35秒；场地为可进行建设的一般地段。本工程抗震基本烈度为6度，场地土类别为Ⅱ类。 2.3 xxx工程有限公司2014.10xxx一期-4号中心岩土工程详细勘察报告书工程编号：2014-K53 2.4 本工程施工图按初步设计审查批复文件和甲方的书面要求进行设计。 2.5 本工程设计采用的现行国家标准规范规程主要有：
2.6 桩基静载荷试验报告和地基载荷板试验报告(本工程需有前述报告后方可进行基础施工) 3.图纸说明 3.1 计量单位(除注明外）：长度：mm；角度：度；标高：m；强度：N/mm 2。 3.2 本工程±0.000相当于绝对标高41.700m。 3.3 本工程施工图与国标11G101-1《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》配套使用。 3.4 结构专业设计图应与其它专业设计图配合施工，并采用下列标准图: 国标11G101-1、11G101-2、11G101-3、11G329-1；中南标12ZG002、12ZG003、12ZG313 3.5 管桩专项说明另详。 3.6 本工程在设计使用年限内未经技术鉴定或设计许可，不得改变结构的用途和使用环境。 4.建筑分类等级 4.1 根据国家规范、规程及本工程的相关批文，建筑分类等级详下表：
电子智能门锁控制系统设计
电子智能门锁控制系统设计 发表时间：2019-08-26T16:01:50.360Z 来源：《城镇建设》2019年12期作者：叶健聪[导读] 随着电子智能化的日益发展，市场上出现了各种电子门锁，加强其控制系统的设计， 广东力维智能锁业有限公司广东佛山 528000 摘要：随着电子智能化的日益发展，市场上出现了各种电子门锁，加强其控制系统的设计，不仅能够为业主和用户带来便利，也能够进一步完善安防系统。本文通过对门锁控制系统的研究，希望能够为这方面的技术改进提供借鉴。关键词：电子门锁；门锁控制系统；控制系统设计1电子智能门锁控制系统的设计1.1硬件设计 1.1.1总体设计 1.1.1.1电子验证部分设计 在电子锁中，指纹锁占了这个家用类别的大概有70%以上，所以说到电子锁人们就会不约而同地想到指纹锁。对于指纹识别一般会分有光学式指纹识别与半导体指纹识别。光学指纹识别在生活中最常见的就是我们上班的考勤机，那种会发光的就是光学指纹识别，它的识别原理是通过CMOS采集头拍照的方式去识别指纹，价格稍微比较便宜，但被复制的机率稍大，安全性相对来说没有那么高，现在一般用在旧款色与低价的门锁上。半导体指纹识别主要是通过半导体指纹传感器利用电容、电场（也即我们所说的电感式）、温度、压力的原理实现指纹图像的采集。无论是电容式或是电感式，其原理类似，在一块集成有成千上万半导体器件的“平板”上，手指贴在其上与其构成了电容（电感）的另一面，由于手指平面凸凹不平，凸点处和凹点处接触平板的实际距离大小就不一样，形成的电容/电感数值也就不一样，设备根据这个原理将采集到不同的数值汇总，就完成了指纹的采集。半导体指纹识别指纹被复制的机率大大降低，可以防止假指纹，安全性对不光学指纹识别来说有了很大的提升，所以目前主流与高端的指纹锁都采用半导体指纹识别。当然指纹复制也不是那么容易的，正常情况下不是我们刻意用手指去倒模做一个指纹模板出来去识别的话，其他场合都是很难捕捉的，指纹算法会做对假指纹进行过滤，所以指纹识别验证方面目前来说还是比较安全可靠的。密码键盘有分传统的机械实体按键与电容式按键，为了锁看上去比较美观大气，目前市场上基本上都采用电容式触摸按键为主。门锁都设置了错误输入密码达到一定次数会报警并锁定键盘一定的时间，防止小偷通过试探密码开门。非接触式RF卡采用全球唯一的UID，门锁与卡片之间采用无线射频的同时方式，通信过程采用三重防碰撞加密认证，安全性高。 1.1.1.2电路控制部分设计 电路控制系统部分主要由单片机控制系统为主要核心。单片机控制系统类似于一台微信电脑，负责掌控于控制整个电子门锁的工作。由于电子门锁绝大部分都是使用电池供电的方式工作的，所以低功耗设计对于门锁来说是非常关键的。单片机负责控制各部分在不工作的时候进入低功耗休眠或者断电状态，以保持电池的续航能力。电子验证部分通过验证后发信号到单片机部分，单片机部分负责控制语音与灯光提示部分告诉用户验证结果，然后通过电机驱动电路控制电机转动以达到通过电子电路打开机械的方式实现开门。开门后单片机还要检测这个门锁是否已经打开，打开成功后，要重新把门锁上，以保证其他人不能尾随进去。同时单片机部分还包含显示单元，系统实时时钟单元，存储芯片单元等。显示单元采用OLED显示屏,负责人机交换界面的显示，验证开门时可以显示LOGO与ID号，同时在系统设置注册与登记的时候，显示菜单方便用户操作。实时时钟主要用于开门记录的时间，记录什么时间有人使用何种方式操作门锁，以便需要时进行查询。系统存储单元负责记录系统各种参数，系统登记的用户数量、密码、卡片ID、开门记录等都一一记录下来，存储器一般采用可读写，断电后仍能保留数据的储存芯片，实现在发生断电时，数据不丢失。门锁的单片机而且自带开门狗复位功能，在受到干扰时死机时可以实现自动重启，保证系统的正常工作。 1.1.1.3锁体控制部分设计。 锁体控制设计部分要保留原来机械钥匙与门内依然可以开启的方式，同时加入电子控制的方式也可以实现对门锁机械部分的开启。电子门锁保留了原来机械锁的传统部分，机械开启部分在任何时候都是可以实现开门的，以防电子部分出现故障时作为一个后备的开启方式。电子控制部分在收到信号后，驱动控制锁体的电机，联动锁体里面的机械部分，实现对门锁的开启。一些智能的锁体控制部分还包含检测锁体是否开启成功，电机转动是否到位，门是否有被卡住等。现在市场上锁体控制部分主流分2种，一种是半自动的，一种是全自动的。半自动的锁体主要是通过离合器的方式实现对锁体的控制，一般半自动的锁体都必须要带一个把手，在验证通过后，开门时需要转动把手开门。全自动锁体是模拟了拧钥匙的方式，通过电机的方式实现类似于钥匙转动的机械方式，直接把门锁打开，不需要拧动把手。半自动锁体是比较传统的电子锁体，经过已经市场多年的验证，全自动锁体属于比较新的技术，所以稳定性想对半自动锁体来说稍低，需要经过一段时间的磨合与调整。全自动去掉了转动把手的部分，对于门锁的设计外观上比较时尚，所以颇受用户的青睐，可能是成为以后市场的一种发展趋势。 1.2电子智能门锁身份识别系统硬件设计与开发1. 2.1系统硬件总体结构 智能锁设备的构造主要包括门锁控制芯片、身份识别模块（身份证识别模块、ＩＣ卡识别模块、密码按键识别模块）、电压适配模块、门锁电机驱动模块等。门锁控制芯片为STM32L051单片机系列低功耗处理器，休眠状态下电流为1微安，大大的提高电池的续航能力。身份识别模块包括身份证识别模块、ＩＣ卡识别模块和按键识别模块，身份识别模块把识别到的信息传送给门锁控制芯片，门锁控制芯片判断身份信息是否正确，然后向声音、灯光提醒模块和电机驱动模块发出相应控制信息。管理员通过密码按键模块管理用户身份信息，包括注册和注销用户来管理用户开门进入的权利。 1.2.2主控芯片系统电路 智能锁设备中，STM32L051单片机是门锁主控芯片，芯片所开发的程序控制着智能锁的工作，通过ＩＩＣ和ＵＡＲＴ接口与外围部分通信，芯片接收、处理并识别身份识别模块传来的身份信息，然后控制声、光提示模块与用户互动，控制电机驱动模块开启门锁。 1.2.3电压适配模块
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试题及答案(DOC)
----------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分)简述线性定常离散系统稳定性的定义及充要条件。 解：若系统在初始扰动的影响下，其输出动态分量随时间推移逐渐衰减并趋于零，则称系统稳定。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．（3分）已知X(z)如下，试用终值定理计算x (∞)。 ) 5.0)(1()(2+--= z z z z z X 解： 经过验证(1)X()z z -满足终值定理使用的条件，因此， 211x()lim(1)X()lim 20.5 z z z z z z z →→∞=-==-+。 5．(5分)已知采样周期T =1秒，计算G (z ) = Z [G h (s )G 0(s ) ]。 ) 2)(1(1 e 1)()()(0++-= =-s s s s G s G s G Ts h 解：11 1 12 11 11(1)(1e )()(1)Z[](1)()s s 11e (1e )e z z z G z z z z z z z --------=--=--=+---++ 6．(5分) 已知系统差分方程、初始状态如下： )k (1)(8)1(6)2(=++-+k c k c k c ，c(0)=c(1)=0。 试用Z 变换法计算输出序列c (k )，k ≥ 0。 解： 22 ()6()8()() ()(1)(68)3(1)2(2)6(4)1 (){2324},0 6 k k z C z C z C z R z z z z z C z z z z z z z c k k -+===-+--+---=-?+≥ 二、（10分）已知计算机控制系统如图1所示，采用数字比例控制() D z K =， 其中K >0。设采样周期T =1s ，368.0e 1=-。 注意，这里的数字控制器D (z )就是上课时的()c G z 。