悬挂控制系统设计

吉林建筑大学学士学位论文

毕业论文

悬挂控制系统设计

张文培

吉林建筑大学

2015 年3 月

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毕业论文

悬挂控制系统设计

学生：张文培

指导教师：迟耀丹

专业：电子信息工程

所在单位：电气与电子信息工程学院答辩日期： 2015 年 6月

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摘要

本悬挂运动控制系统，采用直流电机作为系统的运动源，采用低功耗51加强型单片机作为系统的核心，通过输入脉冲来控制直流电机的运转，从而控制悬挂物体的运动轨迹。该系统用键盘输入坐标的参数，设置运动模式；用LCD器件12864作为系统的显示器件，来显示系统的工作模式和及当前坐标值。软件采用修正查表法（自行设计）计算电动机需要的脉冲个数，本系统具有多种画图功能，能够画直径为50cm的（面板内）任意圆心的圆或弧，能够画出任意斜率的直线，以及正弦曲线，且能够动态显示当前的坐标，基本上完成了所要的功能。

悬挂轨迹控制系统是一电机控制系统，控制物体在80cm×100cm的范围内作直线、圆、寻迹等运动，并且在运动时能显示运动物体的坐标。设计采用51加强型单片机作为核心器件实现对物体运动轨迹的自动控制，通过多圈电位器实现对悬挂物位置的精确测量，并引入局部闭环反馈控制环节对误差进行修正。以达到对物体的控制和对坐标点的准确定位。采用脉冲宽度调制技术控制直流电机驱动芯片L298，以实现对电机的转速、转向、启停等多种工作状态进行快速而准确的控制。采用红外光电传感器实现检测电机速度和画板上黑色曲线轨迹。

关键词：低功耗；电机控制；查表法；LCD；51加强型单片机

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Abstract

The suspension motion control system, step by step stepper motor as the source of the system movement, using low power 51 strengthen type microcontroller as the core of the system, the input pulse to control the step motor running, so as to control the flying trajectory of the object. Parameters of the system can use the keyboard to input the coordinates of, set motion patterns; with LCD 12864 as display pieces, friendly interface, can display the work mode of the system and the current coordinates, by dial switch can also be arranged motor step into. The software uses the modified look-up table method (self designed) to calculate the number of pulses required for the motor, save a lot of CPU resources and program storage space, the code is simple, easy to design and debug. The system has a variety of drawing functions, can draw diameter 50cm (panel) any center of a circle or an arc, can draw a straight line of arbitrary slope and sine curve, and can dynamically display the current coordinates, fast running speed, small error, basically completed the function of the.

The suspension trajectory control system is a motor control system. The object is linear, circular and tracing in the range of 80cm * 100cm, and can display the coordinates of the moving object when moving.. Design based on 51 strengthen type MCU as the core unit to realize automatic control of the object motion locus,The pulse width modulation technique is adopted to control the L298 of the DC motor drive chip, so as to realize the fast and accurate control of the motor speed, steering, start stop and so on.. The infrared photoelectric sensor to detect motor speed and trajectory curve black board.

Key words: low power consumption motor control check table method 51 strengthen type LCD microcontroller

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目录

第一章绪论 (6)

1.1 研究背景 (5)

1.2 发展历史 (5)

1.3 研究现状 (6)

1.4 本章小结 (6)

第二章设计任务及方案 (7)

2.1设计任务 (7)

2.2系统基本方案 (8)

2.3 本章小结 (8)

第三章方案的论证与比较 (9)

3．1控制器模块 (9)

3.2电机的选择 (10)

3.3驱动及调速方案 (10)

3.4速度采集方案 (10)

3.5寻迹模块 (11)

3.6 本章小结 (11)

第四章硬件系统的设计 (12)

4.1 系统电路连接及硬件资源分配 (12)

4.2 寻轨迹控制策略 (12)

4.3系统各模块单元设计 (13)

4.3.1电源部分电路设计 (13)

4.3.2电机控制模块设计 (13)

4.3.3电机速度采集设计 (15)

4.3.4寻迹部分电路设计 (16)

4.3.5显示模块设计 (16)

4.3.6键盘模块电路设计 (17)

4.4 本章小结 (19)

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第五章系统的软件设计 (20)

5.1理论分析与计算 (20)

5.1.1位移数据转换方法 (20)

5.1.2点到点运动核心算法 (20)

5.1.3误差补偿 (22)

5.1.4数学模型 (23)

5.2程序流程 (23)

5.2.1主程流程图 (23)

5.2.2定点运动子程序 (23)

5.2.3画圆子程序 (25)

5.2.4寻迹子程序 (26)

5.3本章小结 (28)

结束语 (28)

致谢 (29)

参考文献 (30)

附录1：总体电路 (31)

附录2：源代码 (32)

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第一章绪论

1.1 研究背景

近二十年来，科学技术突飞猛进。随着电力电子技术、计算机技术和控制理论的发展，使得电机的应用不再局限于工业应用，而且在商业及家用设备等各个领域获得更加广泛的应用，而随着新材料如稀土永磁材料Nd-Fe-B、电磁复合材料的出现，更给电机设计插上翅膀，各种新型、高效、特种电机层出不穷。这些都极大地丰富了电机理论，拓宽了电机的应用领域，同时也给电机设计和制造工艺提出更高的要求。当今世界，工业生产越来越要求自动化、省人力、效率高、低碳化，工厂里的许多自动化控制系统都用到了电机。综上所述，研究如何来控制电机的转动在当今世界具有很强的现实意义和经济价值。目前，悬挂运动控制系统在国内外许多行业中都有广泛的应用，随着社会的发展，人们对悬挂运动控制系统提出了更多更高的要求。

随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便于生活的自动控制系统开始进入了人们的生活，以单片机为核心的悬挂运动控制系统就是其中之一。它实用性强，功能齐全，技术先进，是科技进步的成果。它更让人类懂得，科学技术的发展时时刻刻都在改变人类的生活。悬挂运动控制系统是来源于全国大学生电子竞赛中的一个题目。本次毕业设计，对该系统的结构和功能进行了进一步的完善，特别是对步进电机的驱动，从硬件到软件都做了改进，如果在将来的实验或竞赛中还要用到单片机对步进电机的控制，可以将本系统的硬件和软件直接应用或作为参考。所以，本系统对学校的教学和科研开发都有着深远的意义。

1.2 发展历史

运动控制集成了电子技术、电机拖动、计算机控制技术等内容，例如在工厂、码头往往需要将货物从一点搬往另一点，如使用悬挂控制系统更方便、安全。在此基础上还可设计成基于三线悬挂结构的运动控制装置。所谓三线悬挂是指，将三根缆线系于一点并悬挂重物，且三根缆线分别挂在三个固定滑轮上，其长度由电机驱动的三个绕线轮分别控制，从而控制悬挂重物在三维空间中的位置。其中原理和悬挂轨迹控制系统一样的。

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十九世纪八十年代以前，在运动控制系统领域中只有直流电气传动；十九世纪末，由于出现了交流电机（鼠笼式异步交流电机）开始逐步使用交流电气传动；二十世纪三十年代起，形成了直流调速，交流不调速的格局；二十世纪后期，交流调速兴起，运动控制系统进入了一个全新的时代。运动控制技术的发展是制造自动化前进的旋律，是推新的产业革命关键技术。

国外：运动控制技术作为自动化技术的一个重要分支，在二十世纪九十年代，国际上的发达国家已经进入了快速发展阶段。由于有强劲的市场需求推动，运动控制技术发展迅速并且应用广泛。

国内：长期以来，尽管中国作为全球制造业的重要基地，但是由于劳动力成本的低廉，使得自动化行业局限在一个相对狭小的市场环境里，中国自动化设备的使用率相较于发达国家处于较低的水平。

随着中国制造业的不断升级、中国劳动力的短缺以及劳动成本的上升，中国很多企业长久以来依靠的劳动力优势正在逐步消失。企业需要依靠技术提升来提高生产力水平，这也促进了企业的转型升级，从而使自动化厂商获得了前所未有的市场机遇。

无论是代表“高精尖”的高端装备制造业的持续发展，还是替代传统劳动力的劳动密集型行业对于自动控制工具的需求，都促成了自动化产业在未来一段时期内的迅速发展，从而运动控制行业将迎来良好的发展机遇

1.3 研究现状

目前，悬挂运动控制系统在国内外许多行业中都有广泛的应用，随着社会的发展，人们对悬挂运动控制系统提出了更多更高的要求。国内外有数百家公司涉足悬挂系统领域，悬挂系统多以在车辆中应用为主；而悬挂运动控制系统主要以微控制器和电机为核心，充分运用自动控制原理。因此，工业生产和日常生活中的许多自动化控制系统，越来越具有智能化、低炭化、高效率的特征。

本设计中所述悬挂运动控制系统，在实际中有微机控制自动门系统、电梯运动控制系统等应用实例。在国内，多数公司处在代理商或施工方阶段，没有自己的品牌；少数几家公司具备研发能力，但是产品品种单一、功能简单、稳定性和可靠性不高；国外一些公司在悬挂系统领域发展较早，尤其以欧美为主，虽然进口产品功能多、性能稳定，但是价格昂贵。国内市场亟需高性价比的悬挂系统产

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品，需要有能力的公司和科研机构在悬挂运动系统领域做出贡献。

本章小结：

本章主要介绍了悬挂控制系统的发展情况，了解国内外的研究情况。通过本章我们可以认识到悬挂控制系统有良好的发展前景以及重大的意义。为此也说明了此次毕业设计的重要性。该设计为电子大赛题目，不但要注重学生的知识了解情况，同时也考验学生的动手实践的能力。

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第二章设计任务及方案

2.1 设计任务

1、控制系统能够通过键盘或其他方式任意设定坐标点参数；

2、控制物体在80cm×100cm的范围内作自行设定的运动，运动轨迹长度不小于100cm，物体在运动时能够在板上画出运动轨迹，限300秒内完成；

3、控制物体作圆心可任意设定、直径为50cm的圆周运动，限300秒内完成；

4、物体从左下角坐标原点出发，在150秒内到达设定的一个坐标点(两点间直线距离不小于40cm)；

图2.1悬挂控制示意图

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5、控制物体沿板上标出的任意曲线运动，如图2.1所示，曲线在测试时现场标出，线宽1.5cm～1.8cm，总长度约50cm，颜色为黑色；曲线的前一部分是连续的，长约30cm；后一部分是两段总长约20cm的间断线段，间断距离不大于1cm；沿连续曲线运动限定在200秒内完成，沿间断曲线运动限定在300秒内完成；

6、能够显示物体中画笔所在位置的坐标，运动轨迹与预期轨迹之间的偏差不得超过4cm。

2.2 系统基本方案

悬挂轨迹控制系统是一电机控制系统。为满足控制需要，本系统采用AT89S51单片机作为核心器件，多圈电位器为物体位置数据采集器件，以L298驱动的直流电机为执行设备，键盘和LED显示为人机接口的结构方式。算法方面通过以微小直线为单位的策略，完成较为复杂的长直线、圆周和不确定曲线。系统软件将物体运动的坐标转化成悬绳伸缩的距离，进而计算出多圈电位器需要转动到的位置，再算出两直流电机的脉冲宽度调制（PWM）值。再通过A/D转换实现对悬挂物位置的精确测量，并引入局部闭环反馈控制环节对误差进行修正。对于系统自定的确定线型（直线和圆周），通过调整两个直流电机不同的PWM值的搭配，可以控制物体的运动方向。而对于不确定的曲线，由光电传感器得到路线信息，经过单片机的处理，给出物体运动方向的指令。

本设计的主要特点：

1、优化的软件算法，智能化的自动控制，误差补偿。

2、使用双动滑轮，有效防止滑轮与拉绳之间打滑。

3、使用多圈电位器与动滑轮同步转动，引入反馈，实现物体精确定位。

4、LED显示模块提供一个人机对话界面，并实时显示坐标及物体的运动轨迹。

根据设计要求，需要实现勾画设定轨迹和对设定轨迹的搜寻功能，并能实时的显示物体中画笔所在位置坐标。其系统方案框图如图2.2所示。图中多圈电位器安装在两个动滑轮上，电机收放线长度就会通过多圈电位器转换成电压值，通过A/D转换后送入单片机；反射式光电传感器对黑线进行检测，以脉冲信号的形

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式送入单片机，同时按键信号送入单

片机对物体进行设置校正以及轨迹参数设定，控制器对送来的信号进行分析、运算、处理，将控制信号输送到电机驱动模块，控制电动机的转速,使物体的运动轨迹得以控制。

2.3 本章小结

本章介绍了设计任务的要求以及本次设计的系统方案，多圈电位器安装在两个动滑轮上，电机收放线长度就会通过多圈电位器转换成电压值，通过A/D转换后送入单片机；反射式光电传感器对黑线进行检测，以脉冲信号的形式送入单片机，同时按键信号送入单片机对物体进行设置校正以及轨迹参数设定，控制器对送来的信号进行分析、运算、处理，将控制信号输送到电机驱动模块，控制电动机的转速,使物体的运动轨迹得以控制。

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三方案的论证和比较

根据题目要求可知，本系统所涉及的核心问题主要有：

1、对电机的转速、转向、启停等多种工作状态进行快速而准确的控制，以保证悬挂物体按照预先设定或即时设定的运动轨迹运行。

2、为保证该控制系统的精度要求，必须对运动物体在画板上的具体位置（坐标点）进行实时的检测。

3、为保证该运动物体能在尽可能短的时间内按设定运动轨迹从起始点到达目标点，还需要相应的设定及显示电路。

我们分以下几个部分进行方案设计和比较论证。

3.1控制器模块

根据题目要求，控制器主要用于控制电机，并对坐标参数进行处理，控制电机移动方向。对于控制器的选择有以下两种方案。

方案一：采用FPGA为系统的控制器，FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能，模块大，密度高，它将所有器件集成在一块芯片上，减少了体积，提高了稳定性，并且可应用EDA软件仿真、调试，易于进行功能控制。FPGA采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统的控制核心。通过输入模块将参数输入给FPGA，FPGA通过程序设计控制步进电机运动，但是由于本设计对数据处理的时间要求不高，FPGA的高速处理的优势得不到充分体现，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同时由于芯片的引脚较多，实物硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。

方案二：采用AT89S51作为系统控制的方案。单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制。由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，各个领域应用广泛。并且，由于芯片引脚少，在硬件很容易实现。因此，在本设计中采用AT89S51处理输入的数据并控制电机运动。

综合上述两种方案，方案二较为简单，可以满足设计要求。

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3.2电机的选择

方案一：采用直流电机。直流电机具有最优越的调速性能，主要表现在调速方便（可无级调速）、调速范围宽、低速性能好（起动转矩大、起动电流小）、运行平稳、噪音低、效率高等方面。

方案二：采用步进电机。步进电机具有控制简单、定位精确、无积累误差等优点。但它在运行时噪音大、高速扭矩小、启动频率低、价格较高。

基于上述比较，为了方便地对电机进行无级调速，和需要电机带负载能力强的特点，这里我们采用直流变速电机。

3.3 驱动及调速方案

方案一：采用继电器对电动机的开和关进行控制，通过开关的切换对电机的速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单，实现容易；缺点是继电器的响应速度慢、机械结构易损坏、寿命较短。

方案二：采用内集成有达林顿管组成的H型的功率变换桥电路的恒压恒流桥式2A驱动芯片。用单片机输出PWM信号控制使之工作在占空比可调的开关状态，通过程序调节占空比精确调整电机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H型电路保证了可以简单实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极强，是一种广泛采用的PWM调速技术。

方案三：采用DSP芯片，配以电机控制所需要的外围功能电路，通过数控电压源调节电机运行速度，实现控制物体的运动轨迹。该方案优点是体积小、结构紧凑、使用便捷、可靠性提高。但系统软硬件复杂、成本高。

基于上述理论分析和实际情况，拟定选择方案二。

3.4 速度采集方案

方案一：采用霍尔集成片。该器件内部由三片霍尔金属板组成，当磁铁正对金属板时，由于霍尔效应，金属板发生横向导通，因此可以在电机上安装磁片，而将霍尔集成片安装在固定轴上，通过对脉冲的计数进行电机速度的检测。

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方案二：采用对射式光电传感器。其检测方式为：发射器和接受器相互对射安装，发射器的光直接对准接受器，当测物挡住光束时，传感器输出产生变化以指示被测物被检测到。通过脉冲计数，对速度进行测量。由于电机的收线轮直径较小，将传感器安在电机上容易产生测量误差，将传感器安在滑轮上可以减少收线引起的误差。

方案三：采用多圈电位器式传感器间接测量方式。通过杠杆机构将线位移转化为电阻值的变化，再根据电阻与速度之间的关系实现速度的检测。

以上三种方案都是比较可行的方案。尤其是霍尔元件，应用得很广泛。方案一和方案二的精度都会有一定的限制。要达到本设计的要求会给制作带来难度；鉴于此情况选选择多圈电位器更好，远远满足本设计的精度要求。

3.5 寻迹模块

探测板上黑线的大致原理是：光线照射到板面并反射，由于黑线和白纸的反射系数不同，可根据接受到的反射光强弱判断是否偏离黑线。

方案一：采用热探测器。由于温度变化是因为吸收热能辐射能量引起的，与吸收红外辐射的波长没有关系，即对红外辐射吸收没有波长的选择，因此受外界环境影响比较大。

方案二：使用发光二极管和光敏三极管组合。这种方案的缺点在于其他环境的光源会对光敏二极管产生很大的干扰。

方案三：使用红外反射式一体化传感器进行检测。

通过对比，这次设计中由于是近距离探测，故采用方案三来完成数据采集。由于红外光波长比可见光长，因此受可见光的影响较小。同时红外线系统还具有以下优点：尺寸小、质量轻，便于安装。反射式光电检测器就是其中的一种器件，它具有体积小、灵敏度高、线性好等特点，外围电路简单，安装起来方便，电源要求不高。用它作为近距离传感器是最理想的，电路设计简单、性能稳定可靠。

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3.6 本章小结

本章主要介绍了控制器模块、电机、速度采集模块、驱动与调试模块的方案比较，通过对于每个模块的细致分析，最终确定了所需的模块。对于每个模块都细致的比较，得到了对于此次毕业设计最理想的最实际的选择。通过这些选择的确定，我们从中也大致的得到了设计的总体方案。

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第四章硬件系统的设计

4.1 系统电路连接及硬件资源分配

本系统电路连接及硬件资源分配见图4.1所示。采用AT89S51单片机作为核心器件，多圈电位器为悬挂物体位置采集器件，通过ADC0832转换位数字信号送入单片机处理，L298作为直流电机的驱动模块，以MAX7219驱动的LED显示和4×4键盘作为人机接口。

4.2寻轨迹控制策略

根据题目的要求，悬挂物沿曲线运动的轨迹分为两段，连续段和间断段。可采用4个光电一体化传感器TCRT5000作为检测元件，其放置方式如图4.2所示。

寻找黑线策略，采用模糊寻找的方式，首先物体从坐标（0，8）运行到坐标（80，8），检测这之间有无黑线，如无，则从坐标（80，16）运行到坐标（0，16），再

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检测这之间有无黑线，如有，则从坐标（0，12）运行到（80，12），检测，如果没有检测到黑线，再进一步缩小范围从（80，14）运行到（80，14）；如果检测到黑线，再进一步缩小范围从（80，10）运行到（80，10），当检测到黑线时就停下，此处将是黑线起点；如果没有检测到黑线则返回从（80，12）运行到（0，12）检测到的黑线即为黑线起点。以同样的运行检测方式即可寻找出黑线的起点。

在连续段寻迹时，通过判断四个传感器的16种组合状态，使电机作出相应的伸缩动作。当轨迹为间断线时，电机拉动传感器在大角度方向内位移，直到在某一方向检测到新的黑线为止。然后再调用连续段的寻迹程序。

4.3系统各模块单元电路设计

4.3.1电源部分电路设计

本系统中使用了直流12V电机，其额定工作电压为12V，而单片机额定工作电压为5V，所以电路中采用了7805和7812作为稳压模块，其最大输出电流为1.5A，满足系统电机驱动电流的要求，其电路如图4.3.1所示。

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4.3.2电机控制模块设计

物体运动的轨迹由电机的转速和转向决定，电机的转速和转向的控制是通过多圈电位器对滑轮所转的圈速进行检测，同时通过另一个计数器对时间进行测量，结合两个计数器的值，由单片机计算出电机的速度，而物体运动的轨迹的里程由滑轮的周长和所转的圈数来计算。

本系统由单片机直接产生PWM信号，当单片机接受到相应的检测信号时，单片机转到中断口处理信息，PWM信号处于停发状态。将单片机产生的PWM信号经光电隔离器耦合后，控制L298驱动芯片来控制电动机的正反转、启动、制动。原理图如4.3.2所示。

单片机将P

1.2、P

1.5

作为输出控制使能端,,P

1.2

、P

1.6

作为电机一的控制端,P

1.3

、

P

1.5

作为电机二的控制端。L298的两个控制端（C、D）的工作情况由表4.3.1列出

（V

en

为使能端）。

火灾自动报警及消防联动控制系统设计说明

火灾自动报警及消防联动控制系统设计说明 1、系统构成： (1)火灾自动报警系统 (2)消防联动控制 (3)火灾应急广播系统 (4)消防直通对讲电话系统 (5)漏电火灾报警系统 (6)大空间智能型灭火装置集中控制系统（消防水炮控制系统） (7)智能消防应急疏散照明指示灯系统 2.系统概况： （1）本工程为一类防火建筑.火灾自动报警的保护等级按特级设置.设控制中心报警系统和消防联动控制系统。 （2）.系统组成:火灾自动报警系统；消防联动控制系统；火灾应急广播系统；消防直通电话对讲系统；漏电火灾报警系统；大空间智能型灭火装置集中控制系统（消防水炮控制系统）；智能消防应急疏散照明指示灯系统。 3.消防控制室: （1）本工程的消防控制室设置在一层西侧，负责本工程全部火灾报警及联动控制系统，设有直接通室外的出口. （2）消防控制室可联动所有与消防有关的设备。 （3）消防控制室的报警联动设备由火灾报警控制主机、联动控制台、CRT显示器、打印机、广播设备、消防直通对讲电话设备、电源设备等组成。 （4）消防控制室可接收感烟、感温、可燃气体等探测器的火灾报警信号及水流指示器、检修阀、压力报警阀、手动报警按钮、消火栓按钮以及消防水炮的动作信号。 （5）消防控制室可显示消防水池、消防水箱水位，显示消防水泵等的电源及运行情况。 4.火灾自动报警系统： （1）本工程采用消防控制室报警控制系统，火灾自动报警系统按四总线设计。 （2）探测器：柴油发电机房、厨房、车库等处设置感温探测器，直燃机房设防爆型可燃气体探测器，其他场所设置感烟探测器。 （3）探测器安装：探测器与灯具的水平净距应大于0.2m；至墙边、梁边或其他遮挡物

过程控制系统课程设计报告报告实验报告

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。

DDC单回路PID闭环控制系统的设计及实时仿真课程设计报告

课程设计(综合实验)报告 ( 2011-- 2012 年度第二学期) 名称：过程计算机控制系统 题目：DDC单回路PID闭环控制系统的设计及实时仿真院系：控制与计算机工程学院 班级： 学号： 学生： 指导教师：朱耀春 设计周数：一周 成绩：

日期：2012 年 6 月20 日

一、 课程设计的目的与要求 1.设计目的 在计算机控制系统课程学习的基础上，加强学生的实际动手能力，通过对DDC 直接数字闭环控制的仿真加深对课程容的理解。 2.设计要求 本次课程设计通过多人合作完成DDC 直接数字闭环控制的仿真设计，学会A/D 、D/A 转换模块的使用。通过手动编写PID 运算式掌握数字PID 控制器的设计与整定的方法，并做出模拟计算机对象飞升特性曲线，熟练掌握DDC 单回路控制程序编制及调试方法。 二、 设计正文 1.设计思想 本课程设计利用Turboc2.1开发环境，通过手动编写C 语言程序完成PID 控制器的设计，A/D 、D/A 转换，绘出PID 阶跃响应曲线与被控对象动态特性曲线。整个设计程序模块包含了PID 配置模块，PLCD-780定时采样、定时输出模块，PID 手/自动切换模块（按键控制）及绘图显示模块。 设计中，通过设定合理的PID 参数，控制PLCD-780完成模拟计算机所搭接二阶惯性环节数据的采集，并通过绘图程序获得对象阶跃响应曲线。 2. 设计步骤 （1）前期准备工作 (1.1)配备微型计算机一台，系统软件Windows 98或DOS (不使用无直接I/O 能力的NT 或XP 系统), 装Turbo C 2.0/3.0集成开发环境软件； (1.2)配备模拟计算机一台(XMN-1型), 通用数据采集控制板一块（PLCD-780型）； (1.3)复习Turboc2.0并参照说明书学习PLCD-780的使用 （2） PID 的设计 (2.1)PID 的离散化 理想微分PID 算法的传递函数形式为：??? ? ??++=s T s T K s G d i p 11)( 采用向后差分法对上式进行离散，得出其差分方程形式为： u[k]=u[k-1]+q0*e[2]+q1*e[1]+q2*e[0]; 其中各项系数为： q0=kp*(1+T/Ti+Td/T); q1=-kp*(1+2*Td/T);

自动控制系统课程设计报告说明书

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

一种简单实用的水位自动控制系统设计

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.

《闭环控制系统》教案分析

《闭环控制系统》教案分析 一.开环和闭环控制系统的定义分析 二.开环和闭环控制系统的区别及判断方法 三.闭环控制系统的方框结构及与实际系统的对应关系 四.闭环控制系统的各部分结构的基本概念的归纳总结 五.开闭环,自动和手动控制系统的总结 问题研讨1: .人开电灯的控制方式 问提研讨:人打开电灯开关后,不看电灯是否亮不亮,这是一种什么控制? 人打开电灯开关后,要看电灯是否亮不亮,如不亮,要多次开关电灯,甚至检修开关,直到开亮为止,这是一种什么控制? 2.人开汽车 人手握方向盘开汽车是什么控制方式? 人两手离开方向盘去发手机短信,有拐弯时,或有情况时手再扶方向盘,这种开汽车方式是什么控制方式? 问提研讨2: 自动控制系统是否一定是闭环控制? 举例说明之 按照控制的总定义,是否有人参加的控制 系统一定是闭环控制系统?

开环控制系统一定没有检测,反馈回路吗? 水箱水位自动控制系统中,被控对像是水箱吗? 现在有些教材中出现“输出量”的概念,它是什么?它等于被控量吗? 一.开环和闭环控制系统的定义分析 例1. 飞镖（图4-7）是同学们都很熟悉的运动。我们在投掷飞镖时，首先会在脑子里确定一个希望射中的目标，然后再根据场地的情况及自己的经验，控制手臂的投掷动作，将飞镖掷出。显然，在飞镖掷出后，飞镖的飞行就不可控制了，能否命中目标，取决于飞镖在投掷时的初始状态，即投掷者的投掷水平。 实际上，如果我们希望某一事物按照自己的意愿发展，就要对其进行干预，这种根据自己的目的，通过一定的手段使事物沿着某一确定的方向发展，就形成了控制。 二.开环和闭环控制系统的区别及判断方法 开、闭环控制的定义 能将控制的结果反馈回来与希望值进行比较，并根据它们的误差及时调整控制的系统，称为闭环控制系统。而不是将控制的结果反馈回来影响控制作用的系统，称为开环控制系统。系统中将控制的结果反馈回来的部分，称为反馈环节。闭环控制系统都有反馈环节，所以有时又称闭环控制系统为

C650普通车床电气控制系统设计说明-书

目录 第1章引言·1 1.1 可编程控制器的简单介绍··1 1.2 西门子S7-200 的简单介绍··4 1.3 C650卧式车床简述··5 第2章继电接触器控制系统设计·7 2.1 C650卧式车床的控制要求··7 2.2 电气控制线路分析··7 2.3 C650卧式车床电气控制线路的特点··9 第3章C65O普通车床的PLC 设计过程·10 3.1 控制要求··10 3.2 方案说明··10 3.3 确定I/O信号数量，选择PLC的类型··10 3.4 C650普通车床PLC控制系统I/O地址分配表··11 3.5 控制电路设计··11 3.6 PLC控制程序设计··13 3.7 C650普通车床控制系统PLC控制程序语句表··15 3.8 系统调试··18 结论·19

设计总结·20谢辞·21 参考文献·22

第1章引言 本设计主要针对C650普通车床进行电气控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电路及PLC硬件配置电路。 1.1 可编程控制器的简单介绍 1.1.1 PLC的工作原理 PLC 英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种机械或生产过程。 PLC采用循环扫描的工作方式，即顺序扫描，不断循环这种工作方式是在系统软件控制下进行的。当PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编写好并存于用户存储器中的程序，按序号作周期性的程序循环扫描，程序从第一条指令开始，逐条顺序执行用户的程序直到程序结束。然后重新返回第一条指令，再开始下一次扫描；如此周而复始。实际上，PLC扫描工作除了执行用户程序外，还要完成其他工作，整个工作过程分为自 诊 断、通讯服务、输入处理、输出处理、程序执行五个阶段。 1.1.2 可编程序控制器的组成 可编程序控制器硬件由中央处理器、电源、输出组件、输入组件、输入输出、编程器六部分构成: 中央处理器（Central Processor Unit 简称CPU）：它是可编程序控制器的心脏部分。CPU 由微处理器（Microproce-ssor）存储实际控制逻辑的程序存储器和存储数据、变量的数据储器构成。 电源（Power Supply）：给中央处理器提供必需的工作电源。 输入组件（Inputs）：输入组件的功能是将操作开关和现场信号送给中央处理器。现场信号可能是开关量、模拟量或针对某一特定目的使用的特殊变量。 输出组件（Outputs）：输出组件接收CPU 的控制信号，并把它转换成电压或电流等现场执行机构所能接收的信号后，传送控制命令给现场设备的执行器。 输入输出（简称I/O）是可编程序控制器的“手”和“脚”或者叫作系统的“眼睛”

风力摆控制系统设计报告

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........................

双闭环控制系统设计

双闭环控制系统设计 课程设计报告 电力拖动自动控制系统课程设计 题目：双闭环控制系统设计学生姓名：董长青专业：电气自动化技术专业班级： Z070303 学号： Z07030330 指导教师：姬宣德 日期：2010年03月10日 随着现代工业的发展，在调速领域中，双闭环控制的理念已经得 到了越来越广泛的认同与应用。相对于单闭环系统中不能随心所欲地 控制电流和转矩的动态过程的弱点。双闭环控制则很好的弥补了他的 这一缺陷。 双闭环控制可实现转速和电流两种负反馈的分别作用，从而获得 良好的静，动态性能。其良好的动态性能主要体现在其抗负载扰动以 及抗电网电压扰动之上。正由于双闭环调速的众多优点，所以在此有 必要对其最优化设计进行深入的探讨和研究。本次课程设计目的就是 旨在对双闭环进行最优化的设计。 Summary With the development of modern industry, in the speed area, the concept of dual-loop control has been increasingly widespread recognition and application. Relative to the single closed-loop system can not arbitrarily control the dynamic

process of current and torque weakness. Double closed-loop control is very good to make up for this shortcoming of his. Double-loop speed and current control can achieve the difference of two negative feedback effect, thus get a good static and dynamic performance. The good dynamic performance mainly reflected in its anti-disturbance and anti-grid load over voltage disturbance. Precisely because of the many advantages of Double Closed Loop, so here it is necessary to optimize the design of its depth discussion and study. This course is designed to designed to optimize the double loop design. 一．课程设计设计说明书4 1.1系统性能指标 1.2整流电路4 1.3触发电路的选择和同步5 1.4双闭环控制电路的工作原理6 二. 设计计算书7 2.1整流装置的计算7 2.1.1变压器副方电压7 2.1.2变压器和晶闸管的容量8 2.1.3平波电抗器的电感量8 2.1.4晶闸管保护电路9 2.2 控制电路的计算10

PLC控制系统的设计说明书

课程设计（论文） 题目：抢答器PLC控制系统设计 学院：机电工程学院 专业班级：09级机械工程及自动化03班 指导教师：肖渊职称：副教授 学生姓名：王帅 学号： 40902010317

目录 第1章概述 (1) 1.1 PLC的发展 (1) 1.2 PLC的应用 (2) 第2章抢答器系统的总体设计 (3) 2.1 抢答器电气控制系统设计要求 (3) 2.2 抢答器系统组成 (3) 2.3抢答器的流程图 (4) 第3章硬件系统设计 (5) 3.1 硬件接线图 (5) 3.2 Ｉ/Ｏ端子分配表 (6) 3.3 七段显示管的设计 (6) 第4章软件系统的设计 (8) 4.1 程序指令 (8) 4.2 工作过程分析 (11) 第5章总结 (13) 参考文献 (14) 附录一 (14)

第1章概述 可编程控制器（PLC）是一种新型的通用自动化控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，具有控制功能强，可靠性高，使用灵活方便，易于扩展等优点而应用越来越广泛。可编程控制器(Programmable Logic Controller)即PLC。现已广泛应用于工业控制的各个领域。他以微处理为核心，用编写的程序不仅可以进行逻辑控制，还可以定时，计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。美国电气制造商协会经过4年调查，与1980年将其正式命名为可编程控制器（Programmable Controller），简写为PC。后来由于PC这个名称常常被用来称呼个人电脑（Personal Computer），为了区别，现在也把可编程控制器称为PLC。 1.1 PLC的发展 20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。 20世纪70年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。 20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。 20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。

过程控制系统综合设计报告

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

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

电梯控制系统设计设计说明

电梯控制系统设计设计说明

第 1 页共 3 页 编号： 毕业设计说明书 题目：电梯控制系统设计 院（系）：电子工程与自动化学院 专业：电子信息科学与技术专业 学生姓名： 学号：0900840218 指导教师：李莉 职称：讲师 题目类型：理论研究实验研究工程设计√软件开发 2013年5月20日

第 3 页共 39 页 摘要 本设计主要利用AT89S52单片机，实现电梯控制系统的设计。单片机与电机驱动电路的结合完成了电梯基本的升降、楼层停靠、方向选择、时间控制等基本功能，研究并实现了在上位机的模式下通过LABVIEW的远程监测的方法，完成了系统样机的设计与制作。 本设计参照了通用电梯的设计标准，有良好的操作界面和通用的外部接口，具有人性化设计，实现较好的外设兼容性。同时在系统样机中完成的其它设计研究还包括，利用LED和蜂鸣器组成的简单电路实现电梯意外声光报警、利用数码管实现电梯楼层显示，利用4x4矩阵键盘实现电梯楼层按键选择，利用LED实现目的楼层的指示，利用MAX232串口电路实现串口通信，来监测电梯实时状态。样机使用的主要器件包括低功耗、高性能的AT89S52单片机，低功耗、低成本、低电压的MAX232，双全桥电机专用驱动芯片L298，共阴极八段数码管，4x4矩阵键盘等，通过比较合理的设计使样机系统基本达到了任务要求，并具有很高的性价比，硬件设计简单可靠。软件部分使用keil软件进行C语言程序编写，用proteus 7软件进行仿真调试。本设计中综合使用了数字电路、模拟电路、高频电路、单片机及编程、硬件逻辑描述、LABVIEW及其应用以及计算机辅助设计（CAD）等多方面的知识，软硬件结合，很好地完成了本科毕业设计任务要求并取得了良好的学习效果。 关键词：AT89C52；单片机；电梯控制系统； C语言

简单控制系统的设计教案

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。

液位控制系统设计说明

目录 第１章绪论............................................................................................... - 1 - 第2章设计方案........................................................................................ - 2 - 2.1 方案举例......................................................................................... - 2 - 2.2 方案比较......................................................................................... - 3 - 2.3 方案确定......................................................................................... - 3 - 第3章硬件设计........................................................................................ - 4 - 3.1 控制系统......................................................................................... - 4 - 3.1.1 AT89C51单片机 ..................................................................... - 4 - 3.1.2 AT89C51的信号引脚............................................................... - 6 - 3.1.3 单片机最小系统 ....................................................................... - 7 - 3.2 感应系统......................................................................................... - 8 - 3.3 指示系统......................................................................................... - 9 - 3.4 液位控制系统................................................................................. - 10 - 3.5 电机与报警系统.............................................................................. - 11 - 第4章软件设计...................................................................................... - 14 - 4.1 延时子程序.................................................................................... - 14 - 4.2 感应系统程序................................................................................. - 14 - 4.3 指示系统程序................................................................................. - 15 - 4.4 电机和警报系统程序 ....................................................................... - 16 - 4.5 液位预选系统程序 .......................................................................... - 16 - 4.6 系统主流程图................................................................................. - 19 - 第5章系统测试...................................................................................... - 21 - 5.1 仿真测试过程................................................................................. - 22 - 5.2 仿真结果....................................................................................... - 24 -总结...................................................................................................... - 25 - 致谢...................................................................................................... - 26 - 参考文献................................................................................................... - 25 -附录1 系统仿真电路 ................................................................................ - 28 - 附录2 源程序.......................................................................................... - 29 -

风力摆控制系统设计报告

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