自控大作业
自动控制原理
大作业
题目：自动控制原理大作业
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MANUTEC机器人具有很大的惯性和较长的手臂，其实物如下图所示。机械臂的动力学特性可以表示为
Go(S)=
(1)(0.251)
K
s s s
++
根轨迹分析
开环传递函数
Go(S)=
(1)(0.251)K
s s s ++=
*
(1)(4)
K s s s ++
这里 *K =4K
所以 无零点
有三个极点，P1=0，P2=-1，P3=-4。均在实轴上。 渐近线与实轴的夹角
(21)k a n m
π
?+=
-
?1=
3
π
K=0 ?2=π K=1 ?3=
53
π
K=2 与实轴交点
δ
a=
1
n m
i j i
Pi Zj n m
==
--∑∑=-53
分离点
1
11
014
d
d d +
+=++
解得
d1=-0.465，d2=-2.869（舍去） 与虚轴的交点
令G(S)H(S)+1=0 解得
*K =20，W=±2（负舍）。
所以0<*
K <20时（0 K >20时（K>5），系统不稳定。 根轨迹如图所示 Matlab仿真如下图所示 时域分析 系统的闭环传递环数 ()()()1()()G S H S s G S H S ?=+=* (1)(4) K S S S ++ 这里取 *K =4 当输入为阶跃函数时，输出C （S ）为 C （S ）=?（s ）R(S)= 2 (1)(4) S S S 10 ++, 此时为四阶函数，不会进行拉普拉斯反变换，只能利用Matlab 仿真来进行时域分析。 经Matlab 分析得， 上升时间Tr=2.425 S 峰值时间Tp=3.75 S 超调量δ=0.2779 调节时间Ts=8.29（ =5%） Ts=11.29（ =2%） 频域分析 取K=2.5，则 2.5 ()(1)(0.251) G s S S S = ++ 2.5 ()(1)(0.251)G wj wj wj wj = ++ 2.5 ()A wj = ()0( )2 4 w wj arctw arct π ?=-++ 开环系统由四个典型环节串联而成：非最小相位比例环节，一个积分环节，两个惯性环节。 非最小相位惯性环节：11w =，斜率减少20dB /dec 24w =，斜率减少20dB /dec 最小交接频率 min 1W w ==1 因为系统是1型系统，所以低频渐近线斜率K=-20，所以 系统开环对数幅频渐进特性曲线如下图所示 Matlab 仿真如下图所示 奈氏图 W=0时，A(w)=∞,?(w)= 2 π W=∞时，A(w)=0, ?(w)=3 2 π , ?=-π时，w=2±（负舍），此时A=0.5。故R=P=0，系统稳定。故奈氏图如下所示 系统校正 要求，Wc>3，γ>45° 校正前， 令A （W ）=1 解得Wc=1.4 此时相角裕度γ=π()2 4 w arctw arct π - ++=16.25°。 不满足要求，需进行滞后校正。 试选Wm=Wc1=3rad/s. 则 1 ① 20lg(A(Wc1)AjWc1))=0 A(Wc1)Aj （Wc1） =1 2.5 =1 ② 将Wc1=2带入 ①②并联立，解得 a=0.143 T=63 所以超前校正系统Gc （S ）= 3.81 0.031 S S ++。 校正系统传递函数为G(S)*Gc （S ）= 2.5 3.81 *(1)(0.251)0.031 S S S S S ++++ 此时相角裕度 W=3 γ=π+arctan(3.8w/2.5)-(π/2+arctant(w)+arctant(0.25w)+arctant(0.03w))=54°。 校正前后Matlab 仿真如下图所示 校正前 校正后 总结：通过本次作业，我彻底弄清了三大分析方法的原理及区别，也清楚了校正环节的作用和对系统的影响，也学会了利用matlab来画伯德图和奈氏图的方法，达到了学以致用的目的。最后，十分感谢老师半年的辛苦教学，让我又学会了很多东西，丰富了能力，提高了自我，但愿还能有机会听老师讲课。 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920382552.1 (22)申请日 2019.03.25 (73)专利权人 接佳电气（上海）有限公司 地址 201802 上海市普陀区银杏路659号7 幢101室 (72)发明人 沈才智 (74)专利代理机构 北京中索知识产权代理有限 公司 11640 代理人 赵登阳 (51)Int.Cl. H05K 5/02(2006.01) F21V 33/00(2006.01) F21Y 115/10(2016.01) (54)实用新型名称 一种优化结构的温度控制器 (57)摘要 本实用新型公开了一种优化结构的温度控 制器，包括外壳体，所述外壳体内通过螺栓固定 有旋钮式温控开关，所述外壳体一侧外壁开有圆 槽，且圆槽内壁卡接有导光环，所述旋钮式温控 开关的旋钮穿过导光环，所述导光环一侧外壁嵌 接有LED灯珠，所述外壳体侧壁靠近导光环两侧 位置处均开有条形槽，且两个条形槽之间设有透 明挡板，所述透明挡板两侧均设有滑条，且两个 滑条分别与两个条形槽内壁滑动连接，所述外壳 体一侧外壁底端位置设有矩形凹陷部。本实用新 型可以对旋钮式温控开关的旋钮进行防护，避免 误碰，更加安全，同时透明挡板不影响观察旋钮 位置，更加实用，方便照明不良情况下作业，操作 简单， 提高工作效率。权利要求书1页 说明书3页 附图3页CN 210016740 U 2020.02.04 C N 210016740 U 权 利 要 求 书1/1页CN 210016740 U 1.一种优化结构的温度控制器，包括外壳体(6)，其特征在于，所述外壳体(6)内通过螺栓固定有旋钮式温控开关(10)，所述外壳体(6)一侧外壁开有圆槽，且圆槽内壁卡接有导光环(9)，所述旋钮式温控开关(10)的旋钮穿过导光环(9)，所述导光环(9)一侧外壁嵌接有LED灯珠(12)，所述外壳体(6)侧壁靠近导光环(9)两侧位置处均开有条形槽(8)，且两个条形槽(8)之间设有透明挡板(7)，所述透明挡板(7)两侧均设有滑条，且两个滑条分别与两个条形槽(8)内壁滑动连接，所述外壳体(6)一侧外壁底端位置设有矩形凹陷部(5)，所述矩形凹陷部(5)两侧内壁均开有连通外壳体(6)的矩形插孔，且两个矩形插孔内壁均插接有矩形块(3)，两个矩形块(3)侧壁相向一端均开有过线孔(14)，两个所述矩形块(3)相对一端均设有凸柱，且两个凸柱外壁卡接有同一个第一弹簧件(4)，所述外壳体(6)侧壁靠近矩形凹陷部(5)两侧位置处均开有矩形槽(2)，两个矩形块(3)侧壁均设有凸块，且两个凸块分别与两个矩形槽(2)内壁滑动连接，两个所述凸块侧壁均设有耳块(1)，所述外壳体(6)内壁靠近矩形凹陷部(5)位置处卡接有接线座，且矩形凹陷部(5)内壁靠近接线座进线口处开有进线孔，所述接线座两个引脚分别与旋钮式温控开关(10)的两个引脚通过导线连接。 2.根据权利要求1所述的一种优化结构的温度控制器，其特征在于，所述导光环(9)侧壁刻有等距离分布的温度刻度线。 3.根据权利要求1所述的一种优化结构的温度控制器，其特征在于，两个所述滑条一端均卡接有第二弹簧件(13)，且两个第二弹簧件(13)一端与外壳体(6)一侧内壁卡接。 4.根据权利要求1所述的一种优化结构的温度控制器，其特征在于，所述透明挡板(7)侧壁底端位置设有拨块(11)，且拨块(11)侧壁开有等距离分布的防滑纹路。 5.根据权利要求1所述的一种优化结构的温度控制器，其特征在于，所述LED灯珠(12)串连有降压电阻，且LED灯珠(12)和降压电阻串联设置在旋钮式温控开关(10)和接线座之间。 6.根据权利要求1所述的一种优化结构的温度控制器，其特征在于，两个所述过线孔(14)内壁均开有等距离分布的防滑槽。 2 SHANGHAI UNIVERSITY 课程项目 MATLAB的模拟仿真实验专业课：自动控制原理 学院机自学院 专业（大类）电气工程及其自动化 姓名学号 分工：蒋景超负责MATLAB仿真部分 顾玮负责分析结论 其它共同讨论 二阶系统性能改善 一、要求 （1）比例-微分控制与测速反馈控制的传递函数求解 （2）性能分析与对比 （3）举出具体实例，结合matlab分析 二、原理 在改善二阶系统性能的方法中，比例-微分控制和测速反馈控制是两种常用的方法。（1）比例-微分控制： 比例-微分控制是一种早期控制，可在出现位置误差前，提前产生修正作用，从而达到改善系统性能的目的。 图1 比例微分控制系统 （2）测速反馈控制： 测速反馈控制是通过将输出的速度信号反馈到系统输入端，并与误差信号比较，其效果与比例微分-控制相似，可以增大系统阻尼，改善系统性能。 图2测速反馈控制系统 (3)经典二阶控制系统 图3经典二阶控制系统 三、实例分析 1、标准传递函数 )2()(G 2n n s s s ζωω+= 22)2()(n n n s s s ωζωω++=Φ 00.2n =ω 15.0=ζ MATLAB 代码： num=[4]; den=[1,0.6,4]; G=tf(num,den); t=0:0.1:10; step(G,t); 图4标准传递函数仿真 2、比例微分控制系统与经典二阶系统比较 22 )2()1()(n n d n d s s s T s ωωζω+++=Φ 2n d d T ωζζ+= 设置d T =0.15 d ξ=0.30 00.2=n ω ξ=0.15 MATLAB 代码： 射频大作业 基于PSpice仿真的振幅调制电路设计数字调制与解调的集成器件学习 目录 题目一：基于PSpice仿真的振幅调制电路设计与性能分析 一、实验设计要求 (3) 二、理论分析 1、问题的分析 (3) 2、差动放大器调幅的设计理论 (4) 2.1、单端输出差动放大器电路 2.2、双端输出差动放大器电路 2.3、单二极管振幅调制电路 2.4、平衡对消二极管调幅电路 三、PSpice仿真的振幅调制电路性能分析 (10) 1、单端输出差动放大器调幅电路设计图及仿真波形 2、双端输出差动放大器调幅电路设计图及仿真波形 3、单二极管振幅调制电路设计图及仿真波形 4、平衡对消二极管调幅电路设计图及仿真波形 四、实验总结 (16) 五、参考文献 题目二数字调制与解调的集成器件学习 一、实验设计要求 (17) 二、概述 (17) 三、引脚功能及组成原理 (18) 四、基本连接电路 (20) 五、参考文献 (21) 六、英文附录 (21) 题目一基于PSpice仿真的振幅调制电路设计 摘要 随着大规模集成电路的广泛发展,电子电路CAD及电子设计自动化（EDA）已成为电路分析和设计中不可缺少的工具。此次振幅调制电路仿真设计基于PSpice，利用其丰富的仿真元器件库和强大的行为建模工具，分别设计了差分对放大器和二极管振幅调制电路，由此对线性时变电路调幅有了更进一步的认识；同时，通过平衡对消技术分别衍生出双端输出的差分对放大器和双回路二极管振幅调制电路，消除了没用的频率分量，从而得到了更好的调幅效果。本文对比研究了单端输出和双端输出的差分对放大器调幅电路及单二极管和双回路二极管调幅电路，通过对比观察时域和频域波形图，可知平衡对消技术可以很好地减小失真。 关键词：PSpice 振幅调制差分对放大器二极管振幅调制电路平衡对消技术 一、实验设计要求 1.1 基本要求 参考教材《射频电路基础》第五章振幅调制与解调中有关差分对放大器调幅和二极管调幅的原理，选择元器件、调制信号和载波参数，完成PSpice电路设计、建模和仿真，实现振幅调制信号的输出和分析。 1.2 实践任务 (1) 选择合适的调制信号和载波的振幅、频率，通过理论计算分析，正确选择晶体管和其它元件；搭建单端输出的差分对放大器，实现载波作为差模输入电压，调制信号控制电流源情况下的振幅调制；调整二者振幅，实现基本无失真的线性时变电路调幅；观察记录电路参数、调制信号、载波和已调波的波形和频谱。 (2) 参考例5.3.1，修改电路为双端输出，对比研究平衡对消技术在该电路中的应用效果。 (3) 选择合适的调制信号和载波的振幅、频率，通过理论计算分析，正确选择二极管和其它元件；搭建单二极管振幅调制电路，实现载波作为大信号，调制信号为小信号情况下的振幅调制；调整二者振幅，实现基本无失真的线性时变电路调幅；观察记录电路参数、调制信号、载波和已调波的波形和频谱。 (4) 参考例5.3.2，修改电路为双回路，对比研究平衡对消技术在该电路中的应用效果。 1.3 写作报告 (1) 按论文形式撰写，包括摘要、正文和参考文献，等等。 (2) 正文包括振幅调制电路的设计原理、理论分析结果、实践任务中各阶段设计的电路、参数、波形和频谱，对观察记录的数据配以图像和表格，同时要有充分的文字做分析和对比，有规律性认识。 (3) 论文结构系统、完备、条理清晰、理论正确、数据翔实、分析完整。 1.4 相关提示 (1) 所有电路和信号参数需要各人自行决定，各人有不同的研究结果，锻炼学生的独立研究和实验分析能力。 (2) 为了提高仿真精度和减小调试难度，可以将调制信号和载波的频率设置得较低。 二、理论分析 1、问题的分析 根据题目的要求，差分对放大器和二极管振幅调制电路目的都是实现基本无 第一章习题及答案 1-1 根据题1-1图所示的电动机速度控制系统工作原理图 (1) 将a ，b 与c ，d 用线连接成负反馈状态； (2) 画出系统方框图。 解 （1）负反馈连接方式为：d a ?，c b ?； （2）系统方框图如图解1-1 所示。 1-2 题1-2图是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理，并画出系统方框图。 题1-2图 仓库大门自动开闭控制系统 解 当合上开门开关时，电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压，偏 差电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，将大门向上提起。与此同时，和大门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，大门达到开启位置。反之，当合上关门开关时，电动机带动绞盘使大门关闭，从而可以实现大门远距离开闭自动控制。系统方框图如图解1-2所示。 1-3 题1-3图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。 题1-3图 炉温自动控制系统原理图 解 加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压的平方成正比，增高，炉温就上升，的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压。作为系统的反馈电压与给定电压进行比较，得出偏差电压，经电压放大器、功率放大器放大成后，作为控制电动机的电枢电压。 c u c u c u f u f u r u e u a u 在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C ， 热电偶的输出电压正好等于给定电压。此时，f u r u 0=?=f r e u u u ，故01==a u u ，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。 c u 当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程： 《自动控制元件》作业 第一章直流伺服电动机 1-1直流伺服电动机的电磁转矩和控制电流由什么决定？ 由负载总阻转矩决定 1-2当直流伺服电动机的负载转矩恒定不变时，控制电压升高将使稳态的电磁转矩、控制电流、转速发生怎样的变化？为什么？ 当直流伺服电动机负载转矩、励磁电流不变时，仅将电枢电压增大，此时由于 惯性，转速来不及变化，E a =C e φn，感应电势不变，电枢电压增大，由电压平衡方 程式：I a =（U a -E a ）/R a =（U a -C e φn）/R a 可知，电枢电流I a 突然增大；又T=C T φI a ， 电磁转矩增大；此时，电磁转矩大于负载转矩，由T=T L +T j =T L +JdΩ/dt知道，电机 加速；随着转速n的增加，感应电势E a 增加，为保持电压平衡，电枢电流I a 将减 少，电磁转矩T也将减少，当电磁转矩减小到等于总的负载阻转矩时，电机达到新的稳态，相对提高电枢电压之前状态，此时电机的转速增加、电磁转矩、电枢电流不变。 1-3已知一台直流电动机，其电枢额定电压Ua=110V，额定运行时电枢电流Ia=0.4A，转速n=3600rpm，它的电枢电阻Ra=50欧姆，负载阻转矩To=15mN.m。 试问该电动机额定负载转矩是多少？ 1-6当直流伺服电动机电枢电压、励磁电压不变时，如将负载转矩减少，试问此时电动机的电枢电流、电磁转矩、转速将怎样变化？并说明由原来的状态到新的稳态的物理过程。 此时电动机的电枢电流、电磁转矩、转速将怎样变化？并说明由原来的状态到新的稳态的物理过程。 答：此时，电动机的电枢电流减小，电磁转矩减小，转速增大。 由原来的稳态到达新的稳态的物理过程分析如下： 开始时，假设电动机所加的电枢电压为U a1 ，励磁电压为Uf，电动机的转速为n1，产生的反电势为Ea1，电枢中的电流为Ia1，根据电压平衡方程式： U a1=E a1 +I a1 R a =C e Φn1+I a1 R a 则此时电动机产生的电磁转矩T=C T ΦI a1 ，由于电动机处于稳态，电磁转矩T和电 动机轴上的总阻转矩T s 平衡，即T=T s 。 当保持直流伺服电动机的励磁电压不变，则Φ不变；如果负载转矩减少，则 总的阻转矩T s =T L +T 将减少，因此，电磁转矩T将大与总的阻转矩，而使电动机加 速，即n将变大；n增大将使反电势E a 变增大。为了保持电枢电压平衡（U a =E a +I a R a ）， 由于电枢电压U a 保持不变，则电枢电流I a 必须减少，则电磁转矩也将跟着变小， 直到电磁转矩小到与总阻转矩相平衡时，即T=T s ，才达到新的稳定状态。 与负载转矩减少前相比，电动机的电枢电流减小，电磁转矩减小，转速增大。 第二章直流测速发电机 2-4某直流测速发电机，其电枢电压U=50V，负载电阻R L =3000Ω，电枢电阻Ra=180Ω，转速n=3000rpm，求该转速下的空载输出电压Uo和输出电流Ia。第三章步进电动机 第一章 1-2 自动控制系统的主要特征是什么？ 答：（1）在结构上，系统必须具有反馈装置，并按负反馈的原则组成系统。采用负反馈的目的是求得偏差信号。 （2）由偏差产生控制作用。 （3）控制的目的是力图减小或消除偏差，使被控量尽量接近期望值。 1-3 自动控制系统一般由哪些环节组成？它们在控制过程中负担什么功能？ 答：一个完善的控制系统通常由测量反馈元件、比较元件、放大元件、校正元件、执行元件及被控对象等基本环节组成。各元件的功能如下： （1） 测量反馈元件——用以测量被控量并将其转换成合输入量同一物理量后，再反馈到输入端以作比较。 （2） 比较元件——用来比较输入信号与反馈信号，并产生反应二者差值的偏差信号。 （3） 放大元件——将微弱的信号作线性放大。 （4） 校正元件——根据偏差信号的性质执行相应的控制作用，以便使被控量按期望值变化。 （5） 被控对象——通常指生产过程中需要进行控制的工作机械或生产过程。 1-7 试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点。 答：（1）只存在输入量对输出量的单向控制作用，输出量与输入量之间不存在反馈回路，这样的系统称为开环控制系统。其优点：结构简单、造价低。缺点：控制精度低，没有抵抗外部干扰的能力。 （2）通过反馈通道使系统构成闭环，并按偏差的性质产生控制作用，以求减小或消除偏差的控制系统称为闭环控制系统。其优点：尤其采用的负反馈回路，系统对外部或内部干扰不甚敏感，故可采用不太精密的元件构成较为精密的控制系统（即具有较强的抗干扰能力，控制精度高）。缺点：由于采用反馈装置，导致设备增多，线路复杂。若参数配合不当，可能导致系统不稳定。 第二章 2-1 求如图所示RC 电路和运算放大器的传递函数。（提示：一定要学会一个画电路的软件和电路仿真软件！！！） 解：（b ） 111222212 1221212121, 1()() (1) ()() O I Z R C s Z R C s U s Z U s Z Z C R C s R R C C s C C =+=+=++= +++ （c ） 22211222221 2 2211 221. ,11 0(()) ()0 ()/() 1 O I O I R C s R Z R Z R C s R C s U s U s Z Z U s Z R R U s Z R C s == = ++ ---= ∴= = + 2-4 解：将系统微分方程组进行初始条件为0的拉普拉斯变换得： 111211211322322435435534()()() ()()()()()() ()()() ()() ()()()()() ()()()()(x t r t c t X s R s C s dx t x t k x t X s s k X s dt x t k x t X s k X s x t x t k c t X s X s k C s dx t k x t dt τ τ=-?=-=+?=+=?==-?=-=3544455) ()()() ()() ()() 1 k X s X s s k dc t T c t k x t C s X s dt Ts ?=+=?= + 根据上述方程组，画系统动态结构图如下： 数字水印技术 一、引言 随着互联网广泛普及的应用，各种各样的数据资源包括文本、图片、音频、视频等放在网络服务器上供用户访问。但是这种网络资源的幵放也带了许多弊端，比如一些用户非法下载、非法拷贝、恶意篡改等，因此数字媒体内容的安全和因特网上的侵权问题成为一个急需解决的问题。数字水印作为一项很有潜力的解决手段，正是在这种情况下应运而生。 数字水印（技术是将一些代表性的标识信息，一般需要经过某种适合的变换，变换后的秘密信息（即数字水印），通过某种方式嵌入数字载体（包括文档、音频、软件等）当中，但不影响原载体的使用价值，也不容易被人的知觉系统（如视觉或听觉系统）觉察或注意到。通过这些隐藏在载体中的信息，可以达到确认内容创建者、购买者、传送隐秘信息或者判断载体是否被篡改等目的。在发生产权和内容纠纷时，通过相应的算法可以提取该早已潜入的数字水印，从而验证版权的归属和内容的真伪。 二.算法原理 2.1、灰度图像水印 2.1.1基本原理 处理灰度图像数字水印，采用了LSB（最低有效位）、DCT变换域、DWT变换域三种算法来处理数字水印。在此过程中，处理水印首先将其预处理转化为二值图像，简化算法。 （1）LSB算法原理：最低有效位算法(Least Sig nificant Bit , LSB)是很常见的空间域信息隐藏算法, 该算法就是通过改变图像像素最不重要位来达到嵌入隐秘信息的效果, 该方法隐藏的信息在人的肉眼不能发现的情况下, 其嵌入方法简单、隐藏信息量大、提取方法简单等而获得广泛应用。LSB 信息嵌入过程如下: S′=S+f S ,M 其中,S 和S′分别代表载体信息和嵌入秘密信息后的载密信息;M为待嵌入的秘密信息, 而隐写分析则是从S′中检测出M以至提取M 。 （2）DCT算法原理：DCT 变换在图像压缩中有很多应用，它是JPEG，MPEG 等数据 北理工《自动控制理论2》在线作业 -0001 试卷总分:100 得分:0 一、单选题(共10 道试题,共30 分) 1.基于能量的稳定性理论是由（）构建的。 A.Lyapunov B.Kalman C.Routh D.Nyquist 正确答案:A 2.引入状态反馈的目的是（）。 A.配置系统的极点 B.改变系统的能控性 C.改变系统的能观性 D.使得系统能观 正确答案:A 3.齐次状态方程就是指状态方程中不考虑（）的作用。 A.输入 B.输出 C.状态 D.系统 正确答案:A 4.对于单变量系统，特征方程的根就是传递函数的（）。 A.零点 B.极点 C.拐点 D.死点 正确答案:B 5.齐次状态方程的解就是系统在无外力作用下由初始条件引起的（）。 A.自由运动 B.强迫运动 C.离心运动 D.旋转运动 正确答案:A 6.线性系统的系数矩阵A如果是非奇异的，则系统存在（）平衡点。 A.一个 B.两个 C.三个 D.无穷多个 正确答案:A 7.原系统的维数是n，则全维状态观测器的维数是（）。 A.2n B.n C.3n D.n-1 正确答案:A 8.能够完整的描述系统运动状态的最小个数的一组变量称为（）。 A.状态变量 B.状态空间 C.状态方程 D.输出方程 正确答案:A 9.由初始状态所引起的自由运动称为状态的（）。 A.零输入响应 B.零状态响应 C.输入响应 D.输出响应 正确答案:A 10.以状态变量为坐标轴所构成的空间，称为（）。 A.状态变量 B.状态空间 C.状态方程 D.输出方程 正确答案:B 二、多选题(共10 道试题,共30 分) 1.由动态方程导出可约传递函数时，表明系统是（）。 A.可控不可观测 B.可观测不可控 C.不可控不可观测 基于Arduino的双足机器人控制方法 摘要：本论文就如何实现机器人预定的功能展开讨论。该双足竞步机器人系统 基于软件平台Arduino为软件开发环境；硬件由窄足机器人、stm32f103zet6单片机、arduino开发板、漫反射激光传感器、超声波测距模块、舵机模块等器件构成。通过Arduino编写主逻辑程序控制32开发板产生PWM波，并通过漫反射激光传 感器和超声波测距模块采集数据，在程序中经过数据处理调整占空比来改变舵机 的运动状态，进而实现控制六个舵机的同时转动，从而达到智能控制机器人的效果。为了提高双足竞步机器人的动作以及寻迹的准确性和可靠性，我们试验了多 套方案并进行升级，进行了大量的测试与调试，最终确定了现有的系统结构和各 项控制参数。 关键词：双足竞步；漫反射激光传感器；超声波测距；舵机；PWM 正文 随着人们对机器人技术智能化本质认识的加深，机器人技术开始源源不断地 向人类活动的各个领域渗透。结合这些领域的应用特点，人们发展了各式各样的 具有感知、决策、行动和交互能力的机器人和各种智能机器。机器人技术是一门 综合了传感和检测、控制理论、信息科学与技术、电子工程、机械工程、图像采 集与识别技术以及人工智能等前沿科技的新型学科，它融合了机械、电子、传感器、计算机硬件、软件、单片机、人工智能等许多学科的知识，涉及到当前许多 前沿领域的技术。随着电子技术的飞速发展，智能机器人在越来越多的领域发挥 着人类无法代替的作用。其中，双足机器人就是当今机器人研究领域最为前沿的 课题之一，双足机器人是一种高度非线性、强耦合的对象，反映了一个国家的智 能化和自动化研究水平，双足机器人研究已成为目前非常活跃的的一个研究领域。为了推动我国机器人技术的发展，培养学生创新能力，在全国范围内相继出现了 一系列的机器人竞赛。进行双足机器人的研究可以使学生把理论与实践紧密地结 合起来，提高学生的动手能力、创造能力、协作能力和综合能力，进而达到课堂 知识学以致用的目的。 双足机器人是一种非常典型的仿人机器人，国外早在上世纪60年代末就开 始了双足机器人的研究开发。随着1968年美国首研发出一台操纵型双足机器人，就此揭开了双足机器人研究的序幕。同时因为双足机器人在各个领域的应用日趋 广泛，各个国家在该领域相继投入巨资开展研究。自20世纪90年代开始，双足 机器人的研究已从模仿人类腿部行走发展到全方位拟人阶段。双足机器人在外形 上具有人类的特征，适合用于人类生活的环境，为人们提供方便，因此具有广阔 的市场前景。 双足机器人与其他多足机器人相比具有体积较小、重量轻、动作灵活、迅速，而且更接近人类步行的特点，因此它们对环境有最好的适应性，对步行环境要求 很低，能适应各种地面且具有较高的逾越障碍的能力，不仅能在平面行走，而且 能够方便地通过一些不规则路段，故它的移动“盲区”很小，具有广阔的工作空间；双足行走也是生物界难度最大的步行工作，双足机器人步行性能是其他步行结构 无法比拟的；除此之外，因双足机器人类人的特点，它可以在人类的生活和工作 环境中与人类协同工作，而不需要专门为其对环境进行大规模改造，所以双足机 器人在日常生活中更具有广泛的应用前景。与此同时，通过研究双足机器人可以 题 目： 数据挖掘 学 院： 电子工程学院 专 业： 智能科学和技术 学生姓名： ** 学 号： 02115*** k -means 实验报告 一、 waveform 数据 1、 算法描述 1. 从数据集{X n }n?1N 中任意选取k 个赋给初始的聚类中心c 1, c 2, …, c k； 2.对数据集中的每个样本点x i，计算其和各个聚类中心c j的欧氏 距离并获取其类别标号： label(i)=arg min ||x i?c j||2,i=1,…,N,j=1,…,k 3.按下式重新计算k个聚类中心； c j=∑x j s:label(s)=j j ,j=1,2,…k 重复步骤2和步骤3，直到达到最大迭代次数为止2、实验结果 二、图像处理 1、算法描述 同上； 2、实验结果 代码： k_means: %%%%%%%%%K_means%%%%%%%% %%%%%%%%%函数说明%%%%%%%% %输入: % sample——样本集； % k ——聚类数目； %输出： % y ——类标(从0开始) % cnew ——聚类中心 % n ——迭代次数 function [y cnew n]=k_means(sample,k) [N V]=size(sample); %N为样本的个数 K为样本的维数 y=zeros(N,1); %记录样本类标 dist=zeros(1,k); rand_num=randperm(N); cnew=(sample(rand_num(1,1:k),:));%随机初始化聚类中心cold=zeros(k,V); n=0; 请核对试题是否一样在下载, 大工20秋《自动控制原理》在线作业2 试卷总分:100 得分:100 一、单选题(共15 道试题,共75 分) 1.根轨迹是指当系统开环传递函数中某一参数()时,闭环特征方程式的根在s平面上运动的轨迹。 A.从正无穷变到负无穷 B.从负无穷变到1 C.从零变到无穷 D.从1变到无穷 答案:C 2.()是满足开环传递函数等于零的点。 A.开环极点 B.开环零点 C.闭环极点 D.闭环零点 答案:B 3.()是绘制根轨迹的依据。 A.辐角条件 B.幅值条件 C.开环增益 D.开环零点 答案:A 4.根轨迹终止于()。 A.开环极点 B.开环零点 C.闭环极点 D.闭环零点 答案:B 5.根轨迹的分支数等于特征方程的阶次,即()。 A.开环零点数m B.开环极点数n C.开环零点数m和开环极点数n中的较大者 D.开环零点数m和开环极点数n中的较小者 答案:C 6.实轴上属于根轨迹的部分,其右边开环零、极点的个数之和为()。 A.奇数 B.偶数 C.零 D.正数 答案:A 7.幅值比随()变化的特性称为幅频特性。 A.时间 B.频率 C.角速度 D.振幅 答案:B 8.()与传递函数一样,都表征了系统的内在规律。 A.幅频特性 B.相频特性 C.根轨迹 D.频率特性 答案:D 9.比例环节的相频特性为()。 A.0° B.60° C.90° D.180° 答案:A 10.一阶滞后环节指的是()。 A.比例环节 B.惯性环节 C.积分环节 D.振荡环节 答案:B 11.具有()的系统,最小相位系统的相角变化范围最小。 A.相同幅频特性 B.不同幅频特性 C.相同相频特性 D.不同相频特性 答案:A 12.对于稳定的最小相位系统,幅值裕量(),一阶和二阶系统的幅值裕量为无穷大。 A.等于零 B.等于1 C.大于1 D.小于1 答案:C 自动控制原理作业 1、 解 ：当合上开门开关时，电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压，偏差电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，将大门向上提起。与此同时，和大门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，大门达到开启位置。反之，当合上关门开关时，电动机带动绞盘使大门关闭，从而可以实现大门远距离开闭自动控制。系统方框图如下图所示。 2、 解：加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比，c u 增高，炉温就上升，c u 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压 f u 。f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较，得出偏差电压e u ，经电压放大器、功率放大器放大成a u 后，作为控制电动机的电枢电压。 在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C ，热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压r u 。此时，0=-=f r e u u u ，故01==a u u ，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使c u 保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。 当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程： 控制的结果是使炉膛温度回升，直至T °C 的实际值等于期望值为止。 ?→T C ?→↑→↑→↑→↑→↑→↓→↓T u u u u u c a e f θ1C ↑ 系统中，加热炉是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压r u （表征炉温的希望值）。系统方框图为： 3、 解 在本系统中，蒸汽机是被控对象，蒸汽机的转速ω是被控量，给定量是设定的蒸汽机希望转速。离心调速器感受转速大小并转换成套筒的位移量，经杠杆传调节供汽阀门，控制蒸汽机的转速，从而构成闭环控制系统。 系统方框图如图所示。 4、 模式识别大作业 班级 021252 姓名 谭红光 学号 02125128 1.线性投影与Fisher 准则函数 各类在d 维特征空间里的样本均值向量： ∑∈= i k X x k i i x n M 1 ，2,1=i (1) 通过变换w 映射到一维特征空间后，各类的平均值为： ∑∈= i k Y y k i i y n m 1，2,1=i (2) 映射后，各类样本“类内离散度”定义为： 22 ()k i i k i y Y S y m ∈= -∑，2,1=i (3) 显然，我们希望在映射之后，两类的平均值之间的距离越大越好，而各类的样本类内离 散度越小越好。因此，定义Fisher 准则函数： 2 1222 12||()F m m J w s s -= + (4) 使F J 最大的解* w 就是最佳解向量，也就是Fisher 的线性判别式. 从 )(w J F 的表达式可知，它并非w 的显函数，必须进一步变换。 已知： ∑∈= i k Y y k i i y n m 1，2,1=i , 依次代入上两式，有： i T X x k i T k X x T i i M w x n w x w n m i k i k === ∑∑∈∈)1 (1 ，2,1=i (5) 所以：2 21221221||)(||||||||M M w M w M w m m T T T -=-=- w S w w M M M M w b T T T =--=))((2121 (6) 其中：T b M M M M S ))((2121--= (7) b S 是原d 维特征空间里的样本类内离散度矩阵，表示两类均值向量之间的离散度大 小，因此，b S 越大越容易区分。 将(4.5-6) i T i M w m =和(4.5-2) ∑∈= i k X x k i i x n M 1代入(4.5-4)2i S 式中： ∑∈-= i k X x i T k T i M w x w S 22)( ∑∈?--? =i k X x T i k i k T w M x M x w ))(( w S w i T = (8) 其中：T i X x k i k i M x M x S i k ))((--= ∑=，2,1=i (9) 因此：w S w w S S w S S w T T =+=+)(212221 (10) 显然： 21S S S w += (11) w S 称为原d 维特征空间里，样本“类内离散度”矩阵。 w S 是样本“类内总离散度”矩阵。 为了便于分类，显然 i S 越小越好，也就是 w S 越小越好。 空调机组技术性能说明 1、概述 智能化空调机组系列产品是集团公司与新加坡合资，与中国航天工业总公司进行技术合作并结合国内外先进技术研制开发生产的高科技项目，设有先进的生产技术作业流水线，采用先进的CAD空调设计软件，有严密的QC监控系统，严格遵循ISO9001质量管理体系的规定进行管理。共有三大系列一百多种规格，本系列产品具有结构新颖、外形美观、功能齐全、组合灵活、运行平稳、设计简洁实用、安装维护方便等特点，它既可单独使用，也可与风机盘管配套补充新风，以满足舒适空调的要求。 组合式空调机组主要有新回风混合段、初效过滤段（初效、中效）蒸汽加热段、风机段、出风段等段组成，可供用户选择。机组箱体为可拆装式结构，机组结构外部为特制铝合金框架，内部结构为优质钢骨架，并进行了防腐处理，面板全部采用双层优质彩钢板，框架与彩钢板之间有良好的密封措施。风机出口与箱体之间采用软连接，风机平台下部装有弹簧式减震器，从而使整台机组振动和噪声减少到最低值，规范的片距和水路流程，良好的加工工艺，使换热器换热效率高、重量轻、水阻力小、使用寿命长，以满足各种场合的使用要求。机组外表美观，内部坚固耐用，使用性能优越。 2、结构特点 外型流畅---平接型面板，表面连接平整，清晰流畅，美观大方。 气密性优---采用发泡密封胶条连接，确保漏风量低于3%。 结构可靠---采用特制铝合金框架结构，具有高强度及美观的优点。 防锈力强---采用优质彩钢板作面板，确保耐用可靠。 保温性好---机组面板采用聚苯乙烯保温彩钢板，具有导热系数小，保温性能好等优点。 噪声低---采用低噪声前倾多翼双进风外转子离心风机或双进风离心式外拖风机，噪声低、效率高。 换热效率高---换热器采用铜管套铝片结构，热效率高，气流效果好。 可变风量---可采用变频器控制，达到无级调速、软起动、节能等效果。 智能化---机组可内置起动控制，自动控制元件、控制阀门等，具有安装快捷简便、自动化程序高等特点。 （一）机组框架 机组采用框架式结构，其特点如下： 1、机组框架采用高强度复合式铝合金型材，选用中外合资涿州龙马铝型材有限公司铝型材，表面经硬化及磨耗处理，机械强度卓越，尺寸准确。 2、铝合金层的阳极化保护膜使其外观更佳、更耐腐蚀、耐高温。 3、整个机组框架结构合理，无冷桥，其绝热性能表现卓绝、具有 第二章 2.25 已知线性时不变系统的差分方程为 若系统的输入序列x(x)={1,2,3,4,2,1}编写利用递推法计算系统零状态响应的MATLAB程序，并计算出结果。 代码及运行结果： >> A=[1,-0.5]; >> B=[1,0,2]; >> n=0:5; >> xn=[1,2,3,4,2,1]; >> zx=[0,0,0];zy=0; >> zi=filtic(B,A,zy,zx); >> yn=filter(B,A,xn,zi); >> figure(1) >> stem(n,yn,'.'); >> grid on; 2.28图所示系统是由四个子系统T1、T2、T3和T4组成的，分别用单位脉冲响应或差分方程描述为 T1： 其他 T2: 其他 T3： T4: 编写计算整个系统的单位脉冲响应h(n)，0≤n≤99的MATLAB程序，并计算结果。 代码及结果如下： >> a=0.25;b=0.5;c=0.25; >> ys=0; >> xn=[1,zeros(1,99)]; >> B=[a,b,c]; >> A=1; >> xi=filtic(B,A,ys); >> yn1=filter(B,A,xn,xi); >> h1=[1,1/2,1/4,1/8,1/16,1/32]; >> h2=[1,1,1,1,1,1]; >> h3=conv(h1,h2); >> h31=[h3,zeros(1,89)]; >> yn2=yn1+h31; >> D=[1,1];C=[1,-0.9,0.81]; >> xi2=filtic(D,C,yn2,xi); >> xi2=filtic(D,C,ys); >> yn=filter(D,C,yn2,xi); >> n=0:99; >> figure(1) >> stem(n,yn,'.'); >> title('单位脉冲响应'); >> xlabel('n');ylabel('yn'); 第二章 控制系统的数学模型 2.1 RC 无源网络电路图如图2－1所示，试采用复数阻抗法画出系统结构图，并求传递函数 U c (s )/U r (s )。 图2－1 解：在线性电路的计算中，引入了复阻抗的概念，则电压、电流、复阻抗之间的关系，满足广义的欧姆定律。即： )() () (s Z s I s U = 如果二端元件是电阻R 、电容C 或电感L ，则复阻抗Z (s )分别是R 、1/C s 或L s 。 (1) 用复阻抗写电路方程式： s C S I S V R S U S U S I s C S I S I S U R S U S U S I c c c c C r 2222 21212111 111)()(1)]()([)(1)]()([)(1)]()([)(? =-=? -=?-= (2) 将以上四式用方框图表示，并相互连接即得RC 网络结构图，见图2－1（a ）。 2－1（a ）。 (3) 用梅逊公式直接由图2－1(a) 写出传递函数U c (s )/U r (s ) 。 ? ?= ∑K G G K 独立回路有三个： S C R S C R L 11111 11-= ?- = S C R S C R L 22222111-= ?- = 回路相互不接触的情况只有L 1和L 2两个回路。则 2 221121121 S C R C R L L L == 由上式可写出特征式为： 2 2211122211213211 1111)(1S C R C R S C R S C R S C R L L L L L ++++ =+++-=? 通向前路只有一条 221212*********S C C R R S C R S C R G =???= 由于G 1与所有回路L 1，L 2， L 3都有公共支路，属于相互有接触，则余子式为 Δ1=1 代入梅逊公式得传递函数 1 )(1 111111 21221122121222111222112 221111++++=++++= ??=s C R C R C R s C C R R s C R C R s C R s C R s C R s C R C R G G 2-2 已知系统结构图如图2-2所示，试用化简法求传递函数C (s )/R (s )。 图2－2 解：（1）首先将含有G 2的前向通路上的分支点前移，移到下面的回环之外。如图2-2（a ）所示。 （2）将反馈环和并连部分用代数方法化简，得图2-2（b ）。 （3）最后将两个方框串联相乘得图2-2（c ）。 S C R R S C L 12213111-= ?- = 浙江大学远程教育学院 《自动控制元件》课程作业 姓名： 陈阳阳 学 号： 712030202013 年级： 12秋电气工程及其自动化 学习中心： 合肥学习中心 第一章 直流伺服电动机 1-1直流伺服电动机的电磁转矩和控制电流由什么决定？ 答：1. 由T em =C m ΦI a 可知电磁转矩由每极磁通量和绕组电流大小决定。 2. 由T em =T 0 +T 2 =CmΦIa 控制电流由负载转矩(T 2)和空载转矩(T 0)决定。 1-2当直流伺服电动机的负载转矩恒定不变时，控制电压升高将使稳态的电磁转矩、控制电流、转速发生怎样的变化？为什么？ 答：1. 电磁转矩T em =T 0 +T 2可见电磁转矩不变; 由T em =C m ΦI a 知控制电流I a 也不变; 2. KeKt RaTem Ke Ua n -=可见U a 升高使得理想空载转速变大导致转速n 升高。 1-3已知一台直流电动机，其电枢额定电压Ua=110V ，额定运行时电枢电流Ia=0.4A ，转速n=3600rpm ，它的电枢电阻Ra=50欧姆，负载阻转矩To=15mN.m 。试问该电动机额定负载转矩是多少？ 答：Ea= Ua- IaRa=110-0.4×50=90V Ea=Ce Φn, Ce=0.105Cm 所以Cm Φ=90/0.105/3600= 0.238; T em =T 0 +T 2=CmΦIa , 所以T 2=CmΦIa -T 0 =0.4*0.238 – 15*10-3=0.0952-15×10-3=80.2mN.m 1-6当直流伺服电动机电枢电压、励磁电压不变时，如将负载转矩减少，试问此时电动机的电枢电流、电磁转矩、转速将怎样变化？并说明由原来的状态到新的稳态的物理过程。 答：电磁转矩T em =T 0 +T 2可见T 2 ↓电磁转矩也↓; 由T em =C m ΦI a 知控制电流I a ↓; 学号D20607620027 李恒 《自动控制元件》作业 第一章 直流伺服电动机 1-1直流伺服电动机的电磁转矩和控制电流由什么决定？ 答：a ：由T em =C m ΦI a 知电磁转矩由每极磁通量和绕组电流大小决定。 b ：由T em =T 0 +T 2 =CmΦIa 控制电流由负载转矩(T 2)和空载转矩(T 0)大小 决定。 1-2当直流伺服电动机的负载转矩恒定不变时，控制电压升高将使稳态的电磁转矩、控制电流、转速发生怎样的变化？为什么？ 答：a ：电磁转矩T em =T 0 +T 2可见电磁转矩也不变。由T em =C m ΦI a 知控制电流 I a 也不变 b ：KeKt RaTem Ke Ua n -=知T em 不变可见U a 转速升高理想空载转速变大导致转速n 升高。 1-3已知一台直流电动机，其电枢额定电压Ua=110V ，额定运行时电枢电流Ia=0.4A ，转速n=3600rpm ，它的电枢电阻Ra=50欧姆，负载阻转矩To=15mN.m 。试问该电动机额定负载转矩是多少？ 答：Ea= Ua- IaRa=110-0.4×50=90V Ea=Ce Φn, Ce=0.105Cm Cm Φ= 0.2383600 0.10590 n 105.0=?=?Ea T em =T 0 +T 2=CmΦIa→T 2=CmΦIa -T 0 =0.40.238=0.0952-15×10-3 =80.2mN.m 1-6当直流伺服电动机电枢电压、励磁电压不变时，如将负载转矩减少，试问此时电动机的电枢电流、电磁转矩、转速将怎样变化？并说明由原来的状态到新的稳态的物理过程。 答：磁转矩T em =T 0 +T 2可见T 2 ↓电磁转矩也↓。由T em =C m ΦI a 知控制电流I a ↓ Ea= Ua- IaRa 可见I a ↓知Ea↑，由Ea=Ce Φn 知Ea↑知n ↑ 第二章 直流测速发电机 2-4某直流测速发电机，其电枢电压U=50V ，负载电阻R L =3000Ω，电枢电阻Ra=180Ω，转速n=3000rpm ，求该转速下的空载输出电压Uo 和输出电流Ia 。 Ea = Ua IaRa Ia=3000 50 =0.0167A Ea=50 Ea =50+3000 50 ×180=53 空载Uo =Ea =53 第三章 步进电动机 3-8某五相反应式步进电动机转子有48个齿，试分析其有哪几种运行方式及对应的步距角，并画出它们的矩角特性曲线族。 答: 5相单5拍A→B→C→D→E→A Θb ==?=48 5360 NZr 360 1.5°【CN210016740U】一种优化结构的温度控制器【专利】
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