H∞控制器的设计说明
一、H ∞控制器的设计
（一）H ∞状态反馈控制器设计思路
图 21 广义系统
针对如上图所示的广义系统，P (s)是一个线性时不变系统，其状态方程可以用下面的式子描述:
u
D D x C y u D D x C z u B B Ax x
22212121111211++=++=++=ωωω 2-1 其中：n x R ∈是状态向量，m u R ∈是控制输入，p y R ∈是测量输出，r
z R ∈是被调输出，q R ∈ω是外部扰动。这里考虑在外部扰动不确定但能量有限的情况下，设计一个控制器)()()(s y s K s u =，使得闭环系统满足：
（1）闭环系统部稳定；
（2）从扰动到被调输出的传递函数满足下面的关系：
1)(<∞s T wz 2-2
满足这样性质的控制器称为系统的一个∞H 控制器。
通过将系统模型中的系数矩阵分别乘以一个适当的常数，可以使得闭环系统具有给定的∞H 性能γ，即使得γ<∞)(s T wz 的∞H 控制问题转化为使得1)(<∞s T wz 的标准∞H 控制问题。
称具有给定∞H 性能γ的∞H 控制器为系统P (s)
的γ-次优∞H 控制器。进一步可以通过对γ的搜索，可以求取使得闭环系统的扰动抑制度γ最小化的控制器。
对于上面给出的系统，令D 21、D 22为零矩阵，C 2为单位阵，那么就形成了一个状态反馈控制系统。
对于这个系统，如果可以设计一个静态反馈控制器)()()(s x s K s u =，使得系统闭环稳定，并且满足从扰动到被调输出的传递函数为：
1)]()[()(11
11112121<++-+=∞
-∞D B B A sI K D C s T wz 2-3
那么，我们称这样的反馈控制器为系统P (s)的一个状态反馈∞H 控制律。 定理 对于系统P (s)，存在一个状态反馈∞H 控制器，当且仅当存在一个对称正定矩阵X 和W ，使得以下矩阵不等式成立：
0)()(11
12111
11
12111
1212
?
????
?-+-++++I D W D X C D I B W D X C B W B AX W B AX T
T
T T
2-4 成立，而且，如果上面的矩阵不等式存在一个可行解**X W 、，则有
1*)(*-=X W K 为系统的状态反馈∞H 控制矩阵。
对于次优控制问题，通产可以进行一下变换：
1)
()(1
-
∞s T s T wz wz γγ2-5
将原模型中的11112C D D 、、替换为 11111112C D D γγγ---、、，则得到新的状态反馈次优控制器对应的矩阵不等式：
0)()(11
1-1211-11
1-11
1211-111212
?
??
??
?-+-++++I
D W D X C D I
B W D X
C B W B AX W B AX T
T
T T
γγγγ2-6
为了计算方便，在上式的左右两边分别乘以{,,}diag I I I γ，则得到如下式子：
0)()(211
12111
11121111212
?
??
??
?-+-++++I D W D X C D I B W D X C B W B AX W B AX T
T
T T
γ2-7 求解该不等式即可得到系统状态反馈γ-次优∞H 控制器 求解该不等式，即可得到系统状态反馈γ-次优∞H 控制器。
这样，γ-次优∞H 控制器存在的条件下（LMI 可解），通过建立和求解以下
优化问题即可得到γ-次优∞H 控制器:
12121111211
11
211211
min ()()00
T T T
T
AX B W AX B W B C X D W B I D C X D W D I X ρ
γ??
++++??-
> 下面利用状态反馈进行γ-次优∞H 控制器的设计。 （二）系统矩阵
下面给出系统的各个矩阵：
111211112221220
1000
10
2310010011821,,00
011302
34001102
111
42123112241
4,,4
253143124,,A B B C D D C I D D ??????
??????-?
?????===??
????
-???
???--????????????===?
??????????
?
===00
（三）仿真结果
仿真条件设置：系统的状态初值设置为：[]00 0 0 0T
X =,时间间隔设置为0.01s ，共仿真10s ，在0.2秒处施加一个[]2 1T
ω=的扰动。
设置mincx 函数的解算精度为1e-5，计算得到系统的反馈控制矩阵：
在上面的仿真结果中，flag 同EVP 问题中的flag 一样，都是X ，W 是否是系统的解得标志。仿真结果中flag 负定，说明X,W 是系统的解。这样就求得了系统的状态反馈控制矩阵。
下面给出闭环系统的仿真结果：
1234
5678910
t/s
x1x2x3x4
图22 0.2秒处加入脉冲干扰后的系统状态变量的响应曲线
当取[]sin() cos(2) (0.01,2050)T
nT nT T n ω==<<时，仿真结果如下：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
图 23 0.2-0.5秒加入正弦干扰后的系统状态变量的响应曲线
当取=wgn(2,1,1) ，即功率为1 的白噪声时，仿真结果如下：
1234567
8910
图 24 在0.2-0.5秒加入高斯白噪声后的仿真结果
从上面的仿真结果可以看出，对于不同的干扰信号，系统都可以回到稳定状态，证明系统是闭环稳定的。
双闭环流量比值控制系统设计
目录 摘要 (1) 双闭环流量比值控制系统设计 (2) 1、双闭环比值控制系统的原理与结构组成 (2) 2、课程设计使用的设备 (3) 3、比值系数的计算 (4) 4、设备投运步骤以及实验曲线结果 (5) 5、总结 (16) 6、参考文献 (17)
摘要 在许多生产过程中，工艺上常常要求两种或者两种以上的物料保持一定的比例关系。一旦比例失调，会影响生产的正常进行，造成产量下降，质量降低，能源浪费，环境污染，甚至造成安全事故。 这种自动保持两个或多个参数间比例关系的控制系统就是比值控制所要完成的任务。因此比值控制系统就是用于实现两个或两个以上物料保持一定比例关系的控制系统。需要保持一定比例关系的两种物料中，总有一种起主导作用的物料，称这种物料为主物料，另一种物料在控制过程中跟随主物料的变化而成比例的变化，这种无物料成为从物料。由于主，从物料均为流量参数，又分别成为主物料流量和从物料流量，通常，主物料流量用Q1表示，从物料流量用Q2表示，工艺上要求两物料的比值为K，即K=Q2/Q1.在比值控制精度要求较高而主物料Q1又允许控制的场合，很自然就想到对主物料也进行定值控制，这就形成了双闭环比值系统。在双闭环比值系统中，当主物料Q1受到干扰发生波动时，主物料回路对其进行定值控制，使从物料始终稳定在设定值附近，因此主物料回路是一个定值控制系统，而从物料回路是一个随动控制系统，主物料发生变化时，通过比值器的输出，使从物料回路控制器的设定值也发生变化，从而使从物料随着主物料的变化而成比例的变化。当从物料Q2受到干扰时，和单闭环控制系统一样，经过从物料回路的调节，使从物料稳定在比值器输出值上。双闭环比值控制系统由于实现了主物料Q1的定值控制，克服了干扰的影响，使主物料Q1变化平稳。当然与之成比例的从物料Q2变化也将比较平稳。根据双闭环比值控制系统的优点，它常用在主物料干扰比较频繁的场合，工艺上经常需要升降负荷的场合以及工艺上不允许负荷有较大波动的场合。本实验通过了解双闭环比值控制系统的原理与结构组成，进行双闭环流量比值控制系统设计（包括仪表选型）以及进行比值系数的计算，最后基于WinCC进行监控界面设计，给出不同参数下的响应曲线，根据扰动作用时，记录系统输出的响应曲线。
时间控制器使用说明
时间控制器使用说明 1.时钟校准： 在时钟状态下。根据当前时间，按住时钟键。然后分别按“星期”、“时”、“分”键校准星期时和分。 2.定时设定： A．按一下“设定”键，显示屏左下方出现“1ON”字样（表示第一次开机时间），再分别按“星期”、“时”、“分”键输入所需开启的时间。 B．再按一下“设定”键，显示屏左下方出现“1OFF”字样（表示第一次关机时间），再分别按“星期”、“时”、“分”键输入所需关闭的时间。 C．继续按动“设定”键，显示屏左下方一次显示（2ON 、2OFF。。。。。。10ON 、10OFF）参考步骤A、B设置以后各次的开关时间，如果每天只开关一次，则必须按“清除”键，将他们后面的时间清除，使显示屏上显示“--：--”字样。 D．在设定1—10次开、关机程序时，可设定每天相同，每天不同:星期一至星期五相同， 星期一至星期六相同， 星期六与星期日相同。 星期一、星期三、星期五相同， 星期二、星期四、星期六相同， 星期一至星期三相同，星期四至星期六相同共九种控制方式。 3．开/自动/关输出控制方式设定： 按“开/自动/关”键时，显示屏的下方出现“ON/AUTO/OFF”且与相对应的面板上有“开/自动/关”字样，表示所选择的输出控制方式。其中“开、关”为手动控制方式，此时输出不受时间控制器的程序控制。 4.注意点： A．在设置“自动”输出方式时，必须由“关”状态转换为“自动”状态。 B．如果在操作过程中发生错误不知如何纠正或者其他原因不能顺利完成，可以按正面面板上小孔复位键（reset）回到初始状态重新开始设置。 5.故障排除： A．如果某天该开的时间没有开，或者开了以后到关的时间还没有关，那可能是因为定时设置的“星期”没有调对，请按照“定时设置”中介绍的方法检测重调即可排除故障。 B．如果确认“开启”和“关闭”时间调的完全正确。但是本开关在不该开的时间开了起来，或者不该关的时间被关掉，那可能是因为多余的几组开关时间没有清除，请参照“定时设置”中介绍的方法清除（注意：开关时间显示“--：--”才表示清除，不是显示“00:00表示清除） C．如果A、B全部正确，而本开关依然动作不正常，有可能是“开/自动/关”键被人为动作，检测“开/自动/关”处于何种状态，将其由“OFF”的位置调整到“AUTO”位置。 D．如以上几种方法还是不能排除故障，则说明时间控制器损坏。.
可编程作息时间控制器设计(单片机)
2013~2014学年第2学期 《单片机原理与应用》 课程设计报告 学校：北华航天工业学院 题目：可编程作息时间控制器设计 专业：惺惺惜惺惺 班级：Bxxxxx 姓名：xxxxx 学号：惺惺惜惺惺信息学、、指导教师：xx 电子工程系 2013年6月14日
《可编程作息时间控制器设计》任务书 课题名称 可编程作息时间控制器设计 指导教师xx 执行时间2013～2014学年第一学期第16周学生姓名学号承担任务 Zzz Zxxxx 设计目的1、掌握汇编语言的基本结构及应用； 2、掌握各个部分功能的设计及应用； 3、学会使用protues软件进行电路仿真。 设计要求1、按照给定的时间模拟控制实现上下课打铃、灯光控制（屏 幕显示）； 2、具有各日期和时钟显示。 摘要 本课题是应用AT89C52为核心控制器件的作息时间控制钟，由键盘、声音输出模块、电源转换模块和存储模块四部分组成。它利用AT89C52的定时/计数
器来计算时间，并用存储器记录数据，保证了系统的可靠性。AT89C52单片机是整个设计的核心控制器件，根据从键盘接受的数据控制整个设计的工作流程。整体性好，人性化强，可靠性高，实现了对时间控制的智能化，摆脱了传统由人来控制时间的长短的不便，可对一些以24小时为周期的开关量进行自动控制。如上下课打铃及扩音设备的开与关。采用AT89C52单片机来实现对上述开关量的控制，设有8位数码管、可以实时显示时间、系统还设有输入键盘，用以修改实时实时时钟，体现了系统简单、工作稳定可靠、价廉、控制时间精确及系统体积小等特点。 首先设计各个模块的屏幕显示，其次是各个模块需要调用的小程序，有PC 机的日期和时钟，响铃声音，按键，屏幕显示以及延时的调用等等，最后是将各个功能模块与其中需要的小程序通过正确的汇编语言组建起来。这样便完成了源文件的建立。再通过.ASM源文件生成的.EXE可执行文件进行仿真。该仿真可以模拟实现：与PC机日期时钟保持一致的显示功能，仿照已设定的响铃时间进行打铃功能，根据已设定的早晚作息时间灯光控制的功能，键盘输入修正响铃时间，随时手动按键实现响铃的功能。 目录 摘要 .................................................................................................................. - 1 -目录 .................................................................................................................. - 2 -第一章绪论 ........................................................................................................ - 3 - 1.1 课题研究的目的与意义............................................................................ - 3 - 1.2 研究内容及采用方法................................................................................ - 3 - 1.2.1 主要研究内容................................................................................. - 3 - 1.2.2 主要采用方法................................................................................. - 3 - 1.3课题的研究原理......................................................................................... - 4 -第2章可编程作息时间控制器的方案设计 ...................................................... - 5 - 2.1总体方案组成框图及设计流程图........................................................... - 5 - 2.2具体步骤实施........................................................................................... - 7 - 2.2.1日期和时钟显示功能的设计......................................................... - 7 - 2.2.2 上下课打铃功能的设计............................................................... - 11 - 2.2.3 灯光显示功能的设计................................................................... - 13 - 2.2.4 修改响铃时间功能的设计........................................................... - 13 - 2.2.5 模拟手动控制功能的设计........................................................... - 14 -第3章可编程作息时间控制器的protues仿真 ............................................ - 16 - 3.1 仿真结果................................................................................................... - 16 - 3.2性能及误差分析....................................................................................... - 17 -附录 ..................................................................................... 错误！未定义书签。参考文献 ............................................................................... 错误！未定义书签。
pid控制器设计
目录一设计任务与要求 二系统校正的基本方法与实现步骤 三PID的控制原理与形式模型 四设计的原理 五设计方法步骤及设计校正构图 六设计总结 七致谢 八参考文献
一 设计任务与要求 校正对象： 已知单位负反馈系统，开环传递函数为：s s s s G 1047035.87523500 )(23++=，设 计校正装置，使系统满足： （1）相位稳定裕量o 45≥γ （2）最大超调量%5≤σ 二 系统校正的基本方法与实现步骤 系统校正就是在自动控制系统的合适位置加入适当的装置，以改善和提高系统性能。按照校正装置在自动控制系统中的位置，可分为串联校正，反馈校正和顺馈补偿。 顺馈补偿方式不能独立使用，通常与其他方式同时使用而构成复合控制。顺馈补偿装置满足一定条件时，可以实现全补偿，但前提是系统模型是准确的，如果所建立的系统模型有较大误差，顺馈补偿的效果一般不佳。 反馈校正主要是针对系统中的敏感设备——其参数可能随外部环境条件发生变化，从而影响自动控制系统的性能——给敏感设备增加局部负反馈支路以提高系统的抗扰能力。由于负反馈本身的特性，反馈校正装置通常比较简单，只有比例（硬反馈）和微分（软反馈）两种类型。 串联校正是最基本也是最常用的校正方式，根据校正装置是否使用独立电源，可分为有源校正装置和无源校正装置；根据校正装置对系统频率特性的影响，可分为相位滞后、相位超前和相位滞后－超前校正装置；根据校正装置的运算功能，可分为比例（P ）校正、比例微分（PD ）校正、比例积分（PI ）校正和比例积分微分（PID ）校正装置。
三 PID 控制的原理与形式模型 具有比例-积分-微分控制规律的控制器，称PID 控制器。这种组合具有三种基本规律各自的特点，其运动方程为： dt t de dt t e t e t m K K K K K d p t i p p )()()()(0++=? 相应的传递函数为： ??? ? ? ? + +=S S s K K K G d i p c 1)( S S S K K K d i p 12++ ?= PID 控制的结构图为： 若14 可编程控制器课程设计 中央空调的设计 一、前言 我国是一个人均能源相对贫乏的国家，人均能源占有量不足世界水平的一半，随着我国经济的快速发展，我国已成为世界第二耗能大国，但能源使用效率普通偏低, 造成电能浪费现象十分严重。尽管我国电网总装机容量和发电量快速扩容，但仍赶不上用电量增加的速度，供电形势严峻, 节能节电已迫在眉睫。 中央空调系统是现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一，电能的消耗非常大，约占建筑物总电能消耗的50%。由于中央空调系统都是按最大负载并增加一定余量设计，而实际上在一年中，满负载下运行最多只有十多天，甚至十多个小时，几乎绝大部分时间负载都在70%以下运行。通常中央空调系统中冷冻主机的负荷能随季节气温变化自动调节负载，而与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载，几乎长期在100%负载下运行，造成了能量的极大浪费，也恶化了中央空调的运行环境和运行质量。 随着变频技术的日益成熟，利用变频器、PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的有机结合，构成温差闭环自动控制系统，自动调节水泵的输出流量，达到节能目的提供了可靠的技术条件。 二、问题的提出 1、原系统简介 中央空调系统改造前的主要设备和控制方式：450冷吨冷气主机2台，型号为特灵二极式离心机，两台并联运行；冷冻水泵和冷却水泵各有3台，型号均为TS-200-150315，扬程32米，配用功率37KW。均采用两用一备的方式运行。冷却塔3台，风扇电机7.5KW，并联运行。 2、原系统的运行及存在问题 由于中央空调系统设计时必须按天气最热、负荷最大时设计，且留有10%-20%左右的设计余量。其中冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载，冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应的调节。这样，冷冻水、冷却水系统几乎长期在大流量、小温差的状态下运行，造成了能量的极大浪费。而且冷冻、冷却水泵采用的均是Y—△起动方式，电机的起动电流均为其额定电流的3—4倍，在如此大的电流冲击下，接触器的使用寿命大大下降；同时，启动时的机械冲击和停泵时的水锤现象，容易对机械器件、轴承、阀门和管道等造成破坏，从而增加维修工作量和备件费用。 另外,由于冷冻泵轴输送的冷量不能跟随系统实际负荷的变化，其热力工况的平衡只能由人工调整冷冻主机出水温度，以及大流量小温差来掩盖。这样，不仅浪费能量，也恶化了系统的运行环境、运行质量。特别是在环境温度偏低、某些末端设备温控稍有失灵或灵敏度不高时，将会导致大面积空调室温偏冷，感觉不适，严重干扰中央空调系统的运行质量。因为空调偏冷的问题经常遇到各种想不到的问题造成不少人力资源的浪费。本人提出：“利用变频器、PLC、数模转换模块、温度模块、温度传感器等构成的温差闭环自动调速系统。对冷冻、冷却水泵进行改造，以节约电能。” 三、节能改造的可行性分析 改造方案主要有：方案一是通过关小水阀门来控制流量，经测试达不到节能效果。且控制不好会引起冷冻水未端压力偏低，造成高层用户温度过高，也常引起冷却水流量偏小，造成冷却水散热不够，温度偏高；方案二是根据制冷主机负载较轻时实行间歇停机，但再次起动主机时，主机负荷较大，实际上并不省电，且易造成空调时 基于MATLAB 的直流电机 双闭环调速系统的设计与仿真 设计任务书： 1. 设置该大作业的目的 在转速闭环直流调速系统中，只有电流截止负反馈环节对电枢电流加以保护，缺少对电枢电流的精确控制，也就无法充分发挥直流伺服电动机的过载能力，因而也就达不到调速系统的快速起动和制动的效果。通过在转速闭环直流调速系统的基础上增加电流闭环，即按照快速起动和制动的要求，实现对电枢电流的精确控制，实质上是在起动或制动过程的主要阶段，实现一种以电动机最大电磁力矩输出能力进行启动或制动的过程。此外，通过完成本大作业题目，让学生体会反馈校正方法所具有的独特优点：改造受控对象的固有特性，使其满足更高的动态品质指标。 2. 大作业具体容 设一转速、电流双闭环直流调速系统，采用双极式H 桥PWM 方式驱动，已知电动机参数为： 额定功率200W ； 额定电压48V ； 额定电流4A ； 额定转速=500r/min ； 电枢回路总电阻8=R Ω； 允许电流过载倍数λ=2； 电势系数=e C 0.04Vmin/r ； 电磁时间常数=L T 0.008s ； 机电时间常数=m T 0.5s ； 电流反馈滤波时间常数=oi T 0.2ms ； 转速反馈滤波时间常数=on T 1ms ； 要求转速调节器和电流调节器的最大输入电压==* *im nm U U 10V ； 两调节器的输出限幅电压为10V ； f10kHz； PWM功率变换器的开关频率= K 4.8。 放大倍数= s 试对该系统进行动态参数设计，设计指标： 稳态无静差； σ5%； 电流超调量≤ i 空载起动到额定转速时的转速超调量σ≤ 25%； t0.5 s。 过渡过程时间= s 3. 具体要求 (1) 计算电流和转速反馈系数； (2) 按工程设计法，详细写出电流环的动态校正过程和设计结果； (3) 编制Matlab程序，绘制经过小参数环节合并近似后的电流环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线； (4) 编制Matlab程序，绘制未经过小参数环节合并近似处理的电流环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线； (5) 按工程设计法，详细写出转速环的动态校正过程和设计结果； (6) 编制Matlab程序，绘制经过小参数环节合并近似后的转速环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线； (7) 编制Matlab程序，绘制未经过小参数环节合并近似处理的转速环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线； (8) 建立转速电流双闭环直流调速系统的Simulink仿真模型，对上述分析设计结果进行仿真； (9) 给出阶跃信号速度输入条件下的转速、电流、转速调节器输出、电流调节器输出过渡过程曲线，分析设计结果与要求指标的符合性； 用途： 1、用于手机、蓄电池、电瓶车的定时充电，防止过充。 2、用于电热水器、电暖器、电饭锅、加湿器、电热油汀、空气净化器等家用电器上，实现家电的自动开关。例如，定时器可在您起床时。 让电热水器为您准备好热水，一天的快乐从此开始。 3、在实行峰谷电价的地区，定时器会为您使用谷电价而效力。 4、用于定时开关的路灯、广告灯箱、门面灯光、大楼外墙的照明控制。为您增辉的同时，合理为您节约开支。 5、用于园林的定时灌溉、定时抽排水、水族饲养。 6、用于监控录像的定时开关、学校定时广播的播放。 总之，定时器可用于一切用电设备的定时启停，合理安排您的生产生活，使您学习工作准时高效。 直接控制功率达4KW；不怕停电；每天走时误差小于0.5秒；按照星期设置，每天最多可设置10次开和10次关动作；安装调试方便；最短控制时间为1分。 功能特点: 1.液晶显示,核心采用多功能微电脑芯片,走时准确,操作简单; 2.对一路输出每天最多可作20次的定时开、关(10开10关,也可以不用那么多次数(任意设置); 3.开关时间可按天或按周循环,最长控制时间168小时,最短控制时间为1分钟; 4.设定程序不受停电的影响,停电时亦能正常显示并记忆设定的时间; 5.高品质外壳,防火耐高温。 性能指标： ＊标准工作电源220V/50Hz ＊计时误差＜±2秒/天 ＊适用电源范围160～240V ＊环境温度-25～60℃ ＊额定电流25A ＊相对温度＜95％ ＊消耗功率＜2V A ＊外形尺寸120×74×58mm ＊时控范围1分～168小时 ＊重量430g ＊有10组开关时间，手动、自动两用 操作说明 定时设置 1、先检查时钟显示是否与当前时间一致，如需重新准，按住“时钟”键的同时，查看显示屏所显示的时 间是否与当前时间一样。分别按住“校星期”、“校时”、“校分”键，将时钟调到当前时间； 2、按一下“定时”键，显示屏左下方出现“1开” 字样(表示第一次开启时间)。然后按“校星期”选择 扬州大学能源与动力工程学院 题目：可编程作息时刻操纵器设计课程：单片机原理及应用课程设计专业：电气工程及其自动化 班级： 姓名： 学号： 第一部分 任 务 书 《单片机原理及应用》课程设计任务书 一、课题名称 详见《单片机课程设计题目（一）》：要紧是软件仿真，利用Proteus软件进行仿真设计并调试； 《单片机课程设计题目（二）》：要紧是硬件设计，利用单片机周立功实验箱进行设计并调试。 二、课程设计目的 课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达到教学目标的重要环节，是综合性较强的实践教学环节，它对关心学生全面牢固地掌握课堂教学内容、培养学生的实践和实际动手能力、提高学生全面素养具有专门重要的意义。 《单片机原理及应用》是一门理论性、有用性和实践性都专门强的课程，课程设计环节应占有更加重要的地位。单片机原理及应用课程设计的目的是让学生在理论学习的基础上，通过完成一个涉及MCS-51单片机多种资源应用并具有综合功能的小系统目标板的设计与编程应用，使学生不但能将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，而且能进一步加深对电子电路、电子元器件等知识的认识与理解，同时在软件编程、排错调试、相关软件和仪 器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。为今后能够独立进行某些单片机应用系统的开发设计工作打下一定的基础。通过单片机硬件和软件设计、调试、整理资料等环节的培训，使学生初步掌握工程设计方法和组织实践的差不多技能，逐步熟悉开展科学实践的程序和方法。 三、课程设计内容 设计以89C51单片机和外围元器件构成的单片机应用系统，并完成相应的软硬件调试。 1. 系统方案设计：综合运用单片机课程中所学到的理论知识，学生依照所选课题的任务、要求和条件进行总体方案的设计。 2. 硬件电路设计：对方案中以单片机为核心的电路进行设计计算，包括元器件的选择和电路参数的计算，并画出总体电路图。 3. 软件设计：依照已设计出的软件系统框图，用汇编语言或C51编制出各功能模块的子程序和整机软件系统的主程序。 4. 调试：在单片机EDA仿真软件环境Proteus下进行仿真设计并调试；或在单片机周立功实验箱上进行相关设计并调试。 四、课程设计要求 设计一个以单片机为核心的可编程作息时刻操纵器：按照给定的时刻模 目录 一、前言 ........................................................... 0 二、PID 控制的基本原理和常用形式及数学模型 .. (1) 三、设计内容 (2) 3、1 分析原系统 (2) 3、2 2 P 控制方式： (3) 3、3 PI 控制 (5) 3、4 PID 控制 (8) 四、设计总结 (11) 4、1、结果分析 (11) 4、2、参数的作用 (11) 五、设计工作总结及心得体会 (12) 六、参考文献 (12) 一、前言 PID 控制是最早发展起来的经典控制策略，是用于过程控制最有效的策略之 一。由于其原理简单．技术成熟，在宴际应用中较易于整定，在工业控制中得到了广泛的应用。它最大的优点是不需了解被控对象精确的数学模型，其需在线根据系统误差段误差的变化率等简单参数，经过经验进行调节器参数在线整定，即可取得满意的结果。具有很大的适应性和灵话性。PID 控制中的积分作用可以减少稳态误差，但男一方面也容易导魏积分饱和，使系统的超调量增大。微分作用可提高系统的响应速度，但其对高频干扰特别敏感，甚至会导致系统失稳。所以，正确计算P1D 控制器的参数，有效合理地宴现PID 控制器的设计，对于PID 控制器在过程控制中的广泛应用具有重要的理论和现实意义。 二、PID 控制的基本原理和常用形式及数学模型 具有比例-积分-微分控制规律的控制器，称PID 控制器。这种组合具有三种基本规律各自的特点，其运动方程为： 相应的传递函数为： 图1 PID 控制的结构图 若14 课程设计报告 课程课程设计 课题双闭环控制系统设计 班级 姓名 学号 目录 第1章双闭环系统分析 (1) 1.1系统介绍 (1) 1.2系统原理 (1) 1.3双闭环的优点 (1) 第2章系统参数设计 (2) 2.1电流调节器的设计 (2) 2.1.1时间参数选择 (2) 2.1.2计算电流调节参数 (2) 2.1.3校验近似条件 (3) 2.2转速调节器的设计 (4) 2.2.1电流环等效时间常数： (4) 2.2.2转速环截止频率为 (5) 2.2.3计算控制器的电阻电容值 (5) 第3章仿真模块 (6) 3.1电流环模块 (6) 3.2转速环模块 (6) 第4章仿真结果 (7) 4.1电流环仿真结果 (7) 4.2转速环仿真结果 (7) 4.4稳定性指标的分析 (8) 4.4.1电流环的稳定性 (8) 4.4.2转速环的稳定性 (8) 结论 (9) 参考文献 (10) 第1章双闭环系统分析 1.1系统介绍 整流电路可从很多角度进行分类，主要分类方法是：按组成的器件可分为不可控,半控和全控三种；按电路结构可分为桥式电路和零式电路；按交流输入相数分可分为单相、双相、三相和多相电路；按控制方法又可分为相控整流和斩波控制整流电路。 本系统采用的是三相全控桥式晶闸管相控整流电路。这是因为电机容量相对较大，并且要求直流脉动小、容易滤波。其交流侧由三相电网直接供电，直流侧输出脉动很小的直流电。在分析时把直流电机当成阻感性加反电势负载。因为电机电流连续所以分析方法与阻感性负载相同，各参量计算公式亦相同。 1.2系统原理 ASR（速度调节器）根据速度指令Un*和速度反馈Un的偏差进行调节，其输出是电流指令的给定信号Ui*（对于直流电动机来说，控制电枢电流就是控制电磁转矩，相应的可以调速）。 ACR(电流调节器)根据Ui*和电流反馈Ui的偏差进行调节，其输出是UPE（功率变换器件的）的控制信号Uc。进而调节UPE的输出，即电机的电枢电压，由于转速不能突变，电枢电压改变后，电枢电流跟着发生变化，相应的电磁转矩也跟着变化，由Te-TL=Jdn/dt，只要Te与TL不相等转速会相应的变化。整个过程到电枢电流产生的转矩与负载转矩达到平衡，转速不变后，达到稳定。 1.3双闭环的优点 双闭环调速系统属于多环控制系统，每一环都有调节器，构成一个完整的闭环系统。工程设计方法遵循先内环后外环的原则。步骤为：先设计电流环（内环），对其进行必要的变换和近似处理，然后依照电流环的控制要求确定把它校正成哪一种典型系统，再根据控制对象确定其调节器的类型，最后根据动态性能指标的要求来确定其调节器的有关参数。电流环设计完成以后，把电流环看成转速环（外环）中的一个环节，再用同样的方法设计转速环。 在电流检测信号中常有交流分量，为了不让它影响调节器的输入，加入了低通滤波器，然而滤波环节可以使反馈信号延迟，为了消除此延迟在给定位置加一个相同时间常数的惯性环节。同理，由测速发电机得到的转速反馈电压常含有换向纹波，因此也在给定和反馈环节加入滤波环节。 茂名学院 课程设计说明书 课程名称：数字电子技术课程设计 题目：多用时间控制器 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 指导教师： 日期： 2007 年 7 月 8 日 茂名学院 课程设计任务书 一、设计题目 多用时间控制器 二、主要内容及要求 本课题应含数字钟，设计一个可在一天24小时内任意分钟时刻设置存储记忆，并在时钟走到设置时间时输出控制信号，对多路（例如四路）用电器进行开关控制。按照上述要求设计自动打铃器，在上下课时间打铃，铃响时间延续6秒。 技术指标及要求： 1．走时精度，每日误差≤1秒。 2．启动控制时间误差不超过1分钟。 3．控制时间可以任意设置（如铃响时间6秒，音乐声30秒，电饭锅30分）根据设计要求合理选择方案，并完成不少于4000字的设计说明书。 三、进度安排 1．6月20日，老师给出选题内容，课程设计的相关要求，指导时间及任务完成期限。 2．6月23日～6月25日，去图书馆和网上查找相关资料，并且构造整个设计思路。 3．6月26日～6月30日，选择适当的芯片组合电路，并仿真。 4．7月1日～7月6日根据电路的原理写出设计方案。 5．7月7日～7月8日设计方案的检查，修正，改进，按要求打印方案。 四、总评成绩 指导教师 学生签名 茂名学院课程设计说明书 目录 一．设计任务分析 (1) 二．总体设计方案 (1) 2．1时、分、秒电路的设计 (1) 2．2译码显示电路的设计 (2) 2. 3校时电路的设计 (2) 2. 4 EPROM存储电路设计 (4) 2 .5定时执行电路的设计 (5) 三、实验设备 (6) 四、总结 (7) 茂名学院课程设计说明书 一、设计任务分析： 本课题的基本思路是在设计出一个时钟的基础上，利用储存器设定时间，在设定的时间进行打铃。这个装置在日常生活中用得非常广泛。本课题的重点在存储器、定时单元和执行单元。 技术指标及要求： 1．走时精度，每日误差≤1秒。 2．启动控制时间误差不超过1分钟。 3．控制时间可以任意设置（如铃响时间6秒，音乐声30秒，电饭锅30分）二、总体设计方案： 整个思路的框图如下图所示。将标准秒信号送入“秒”计数器，累计60秒发出一个“分”脉冲信号，送到“分”计数器中；分计数器累计60分发出一个“时”脉冲信号，该信号将被送到“时”计数器。“时”计数器采用24进制计数器，实现对一天24小时的显示。 EPROM存储电路是根据计时系统输出状态，产生一脉冲信号，然后去触发EPROM存储器实现定时打铃。定时执行器中的定时单元是数字的定时电路。只要适当地改变“与非”门的接法和计数器的位数，就可以改变定时长短，执行单元通过集电极开路“与非”门的输出端，直接接负载继电器控制电子打铃器。 1.时、分、秒电路的设计 （1）秒信号发生器的设计 本实验要求每日误差≤1秒。，可选用1HZ的标准脉冲。 本设计采用555集成定时器组成多谐振荡器产生1Hz的标准脉冲。555定 数字PID控制器设计 实验报告 学院电子信息学院 专业电气工程及其自动化学号 姓名 指导教师杨奕飞 数字PID控制器设计报告 一．设计目的 采用增量算法实现该PID控制器。 二．设计要求 掌握PID设计方法及MATLAB设计仿真。 三．设计任务 设单位反馈系统的开环传递函数为： 设计数字PID控制器，使系统的稳态误差不大于，超调量不大于20%，调节时间不大于。采用增量算法实现该PID控制器。 四．设计原理 数字PID原理结构图 PID控制器的数学描述为： 式中，Kp为比例系数；T1为积分时间常数；T D为微分时间常数。 设u(k)为第K次采样时刻控制器的输出值，可得离散的PID表达式为:? 使用模拟控制器离散化的方法,将理想模拟PID控制器D(s)转化为响应的理想数字PID控制器D(z).采用后向差分法,得到数字控制器的脉冲传递函数。 2.增量式PID控制算法 u(k)=u(k-1)+Δu(k) 增量式PID控制系统框图 五．Matlab仿真选择数字PID参数 利用扩充临界比例带法选择数字PID参数，扩充临界比例带法是以模拟PID调节器中使用的临界比例带法为基础的一种数字PID参数 的整定方法。其整定步骤如下 1)选择合适的采样周期T：，因为Tmin<1/10 T,选择采样周期为； 2)在纯比例的作用下,给定输入阶跃变化时,逐渐加大比例作用 Kp(即减小比例带δ),直至系统出现等幅震荡,记录比例增益 Kr,及振荡周期Tr 。Kr成为临界振荡比例增益(对应的临界比 例带δ),Tr成为临界振荡周期。 在Matlab中输入如下程序? G=tf(1,[1/150,36/150,185/150,1]); p=[35:2:45]; for i=1:length(p) Gc=feedback(p(i)*G,1); step(Gc),hold on end; axis([0,3,0,]) 得到如下所示图形： 改变其中的参数P=[35:2:45]为p=[40:1:45]得到下图曲线，得Kr约为43，Tr 自动控制原理课程设计题目速度伺服控制系统设计 专业电气工程及其自动化 姓名 班级 学号 指引教师 机电工程学院 12月 目录一课程设计设计目 二设计任务 三设计思想 四设计过程 五应用simulink进行动态仿真六设计总结 七参照文献 一、课程设计目： 通过课程设计，在掌握自动控制理论基本原理、普通电学系统自动控制办法基本上，用MATLAB实现系统仿真与调试。 二、设计任务： 速度伺服控制系统设计。 控制系统如图所示，规定运用根轨迹法拟定测速反馈系数' k，以 t 使系统阻尼比等于0.5，并估算校正后系统性能指标。 三、设计思想： 反馈校正： 在控制工程实践中，为改进控制系统性能，除可选用串联校正方式外，经常采用反馈校正方式。常用有被控量速度，加速度反馈，执行机构输出及其速度反馈，以及复杂系统中间变量反馈等。反馈校正采用局部反馈包围系统前向通道中一某些环节以实现校正，。从控制观点来看，采用反馈校正不但可以得到与串联校正同样校正效果，并且尚有许多串联校正不具备突出长处：第一，反馈校正能有效地变化 被包围环节动态构造和参数；第二，在一定条件下，反馈校正装置特性可以完全取代被包围环节特性，反馈校正系数方框图从而可大大削弱这某些环节由于特性参数变化及各种干扰带给系统不利影响。 该设计应用是微分负反馈校正： 如下图所示，微分负反馈校正包围振荡环节。其闭环传递函数为 B G s （）=00t G s 1G (s)K s +（）=22t 1T s T K s ζ+（2+）+1 =22'1T s 21Ts ζ++ 试中，'ζ=ζ+t K 2T ，表白微分负反馈不变化被包围环节性质，但由于阻尼比增大，使得系统动态响应超调量减小，振荡次数减小，改进了系统平稳性。 微分负反馈校正系统方框图 单片机课程设计 ——时间控制器 一．设计要求： 设计一个以AT89 C52为核心的时间控制器。可以实现时间显示和设置闹钟功能。用89S52单片机设计一个时间控制器，有8位数码管显示年月日及时分秒，具有日历和时钟功能，有一路输出控制电灯，有一路输出控制蜂鸣器，可以设置年月日及时分秒，可以设置一张时间表，该时间表记录什么时间开、关电灯，什么时间开、关蜂鸣器，而单片机按这张时间表来控制电灯和蜂鸣器。该时间表要求掉电时仍能保存不掉数据，所以需要用一片EEPROM来保存数据，如用24C02/04/08等。 二．设计原理： 在AT80C52单片机内部对机器周期进行计数，从而得到定时。由于AT89 C52的内部计数器是16位的，振荡脉冲频率为12MHZ，这样一个机器周期为1μs，计满一次为65536μs。 显示器选用8位共阳极数码管，分别表示时、分、秒。同时选用两个74HC273作为片选和位选锁存器。同时经过P0口外加四个键盘用以调整时间。 软件部分分为四大模块：调整初始时间、设置闹铃时间实现闹铃功能、显示时间和脉冲计数模块。脉冲计数模块，通过AT89 C52的T0进行计数，设置T0计数溢出时，由内部硬件置位，同时开放中断，使系统进入中断服务程序。在定时器运行前，在其中先预置入计数初值，为了计算方便，在次设置中预置的初值为（65536－1000），这样一次“硬件计时周期”就可定时1000μs。在中断服务程序设置进 行1000次“硬件计时周期”就可得到1S。同理进行分、小时的计时。 三．流程图： 四．设计原理图： 五．程序清单： SYSTEM equ 0 NMLIGHTON equ 6 NMLIGHTOFF equ 7 NMALARMON equ 8 ANALARMOFF equ 9 YEAR1 equ 10H YEAR2 equ 11H YEAR3 equ 12H YEAR4 equ 13H MONTH1 equ 14H MONTH2 equ 15H DAY1 equ 16H DAY2 equ 17H HOUR1 equ 18H HOUR2 equ 19H MINUTE1 equ 1AH MINUTE2 equ 1BH 基于SIMULINK的PID控制器设计与仿真 1.引言 MATLAB是一个适用于科学计算和工程用的数学软件系统，历经多年的发展，已是科学与工程领域应用最广的软件工具。该软件具有以下特点：数值计算功能强大；编程环简单；数据可视化功能强；丰富的程序工具箱；可扩展性能强等。Simulink是MATLAB下用于建立系统框图和仿真的环境。Simulink环境仿真的优点是：框图搭建方便、仿真参数可以随时修改、可实现完全可视化编程。 比例-积分-微分（Proporitional-Integral-Derivative,PID）是在工业过程控制中最常见、应用最广泛的一种控制策略。PID控制是目前工程上应用最广的一种控制方法，其结构简单，且不依赖被控对象模型，控制所需的信息量也很少，因而易于工程实现，同时也可获得较好的控制效果。 2.PID控制原理 当我们不能将被控对象的结构和参数完全地掌握，或者是不能得到精确的数学模型时，在这种情况下最便捷的方法便是采用PID 控制技术。为了使控制系统满足性能指标要求，PID 控制器一般地是依据设定值与实际值的误差，利用比例（P）、积分（I）、微分（D）等基本控制规律，或者是三者进行适当地配合形成相关的复合控制规律，例如，PD、PI、PID 等。 图2-1 是典型PID 控制系统结构图。在PID 调节器作用下，对误差信号 分别进行比例、积分、微分组合控制。调节器的输出量作为被控对象的输入控制量。 图2-1典型PID 控制系统结构图 PID 控制器主要是依据给定值r （t ）与实际输出值y （t ）构成控制偏差，用公式表示即e （t ）=r （t ）-y （t ），它本身属于一种线性控制器。通过线性组合偏差的比例（P ）、积分（I ）、微分（D ），将三者构成控制量，进而控制受控对象。控制规律如下： 1 01() ()[()()]p d i de t u t K e t e t dt T T dt =++? 其传递函数为： ()1()(1)()p d i U s G s K T S E s T s = =++ 式中：Kp--比例系数； Ti--积分时间常数； Td--微分时间常数。 3.Simulink 仿真 3.1 建立数学建模 3.2 仿真实验 在传统的PID 调节器中，参数的整定问题是控制面临的最主要的问题，控制系统的关键之处便是将Kp 、Ti 、Td 三个参数的值最终确定下来。而在工业 目录 摘要 0 双闭环流量比值控制系统设计 (1) 1、双闭环比值控制系统的原理与结构组成 (1) 2、课程设计使用的设备 (1) 3、比值系数的计算 (2) 4、设备投运步骤以及实验曲线结果 (2) 5、总结 (6) 6、参考文献 (6) 摘要 在许多生产过程中，工艺上常常要求两种或者两种以上的物料保持一定的比例关系。一旦比例失调，会影响生产的正常进行，造成产量下降，质量降低，能源浪费，环境污染，甚至造成安全事故。 这种自动保持两个或多个参数间比例关系的控制系统就是比值控制所要完成的任务。因此比值控制系统就是用于实现两个或两个以上物料保持一定比例关系的控制系统。需要保持一定比例关系的两种物料中，总有一种起主导作用的物料，称这种物料为主物料，另一种物料在控制过程中跟随主物料的变化而成比例的变化，这种无物料成为从物料。由于主，从物料均为流量参数，又分别成为主物料流量和从物料流量，通常，主物料流量用Q1表示，从物料流量用Q2表示，工艺上要求两物料的比值为K，即K=Q2/Q1.在比值控制精度要求较高而主物料Q1又允许控制的场合，很自然就想到对主物料也进行定值控制，这就形成了双闭环比值系统。在双闭环比值系统中，当主物料Q1受到干扰发生波动时，主物料回路对其进行定值控制，使从物料始终稳定在设定值附近，因此主物料回路是一个定值控制系统，而从物料回路是一个随动控制系统，主物料发生变化时，通过比值器的输出，使从物料回路控制器的设定值也发生变化，从而使从物料随着主物料的变化而成比例的变化。当从物料Q2受到干扰时，和单闭环控制系统一样，经过从物料回路的调节，使从物料稳定在比值器输出值上。双闭环比值控制系统由于实现了主物料Q1的定值控制，克服了干扰的影响，使主物料Q1变化平稳。当然与之成比例的从物料Q2变化也将比较平稳。根据双闭环比值控制系统的优点，它常用在主物料干扰比较频繁的场合，工艺上经常需要升降负荷的场合以及工艺上不允许负荷有较大波动的场合。本实验通过了解双闭环比值控制系统的原理与结构组成，进行双闭环流量比值控制系统设计（包括仪表选型）以及进行比值系数的计算，最后基于WinCC进行监控界面设计，给出不同参数下的响应曲线，根据扰动作用时，记录系统输出的响应曲线。(完整版)可编程控制器课程设计
直流电机双闭环控制系统分析报告与设计
时间控制器
可编程作息时间控制器设计文件
计算机控制课程设计-PID控制器调节
双闭环控制系统(行业二类)
多用时间控制器
数字PID控制器设计
自动控制原理课程设计速度伺服控制系统设计样本
单片机课程设计——时间控制器
根据SIMULINK的PID自动控制控制器设计与仿真
双闭环流量比值控制系统设计