基于PLC的智能温室控制系统的毕业论文

王广雄男哈尔滨工业大学教授。1933年12月生，上海人，1957年哈尔滨工业大学研究生毕业。在哈尔滨工业大学长期讲授“控制系统设计”和“H∞控制理论”等课程。曾长期从事高精度伺服转台的研制工作，并于1985年获国家科技进步二等奖，1990年获中国船舶工业总公司科技进步一等奖。曾任中国自动化学会理事，黑龙江省自动化学会理事长，先后被评为黑龙江省优秀专家（1987年），黑龙江省优秀教学工作者（1996年）和黑龙江省优秀科技工作者（2000年）。

　1、复试由笔试和面试两部分组成，外国语听力考试在面试中进行。复试的总成绩为280分，其中笔试200分，面试80分。 　　　　　2、复试笔试科目 　　（1）电路，占40分。 　　　主要内容：直流电路、交流电路、动态电路、非线性电路、传输线。 　　　参考书目： 　　　1．陈希有，《电路理论基础》(第三版)，高等教育出版社，2006　　　2．邱关源，《电路》(第五版)，高等教育出版社，2006　　（2）模拟电子技术和数字电子技术（亦称基础电子技术和集成电子技术），占80分。 　　主要内容：包括模拟电子技术和数字电子技术。 　　参考书目： 　　1．童诗白，《模拟电子技术基础》（第四版）高等教育出版社，2006　　2．阎石，《数字电子技术基础》（第五版）高等教育出版社，2006　　（3）自动控制元件及线路，占40分。 　　主要内容：各类执行元件、测量元件、放大元件。 　　参考书目： 　　1．梅晓榕，《自动控制元件及线路》（第四版），科学出版社，2007　　2．王兆安，黄俊，《电力电子技术》(第五版)，机械工业出版社，2009　　（4）控制系统设计，占40分。 　　主要内容：控制系统设计的基本要求、控制系统设计中的约束、伺服系统设计、调节系统设计。 　参考书目： 　　1．王广雄，《控制系统设计》（第一版），清华大学出版社，2008　　　　3、面试主要内容 　　（1）从事科研工作的基础与能力； 　　（2）综合分析与语言表达能力； 　　（3）外语听力及口语； 　　（4）大学学习情况及学习成绩； 　　（5）专业课以外其他知识技能的掌握情况； 　　（6）特长与兴趣； 　　（7）身心健康状况。

1 操纵变量必须是可控的. 2 选择操纵变量应该考虑工艺的合理性和生产的经济性. 3 操纵变量一般应比其他干扰对被控变量的影响更加灵敏.

消防报警及联动控制系统的设计依据主要是国家标准和相关规范。以下是一些相关的标准和规范：1. GB 50116-2013《建筑消防设计规范》：该标准规定了消防报警系统的设计原则、功能要求、装置布置、电气接线、消防联动控制等内容，是消防报警及联动控制系统设计的基础。2. GB 16806-2012《消防自动报警系统》：该标准详细规定了消防自动报警系统的基本要求、设计与安装、设备选型、施工与验收等方面的内容。3. GB/T 24496-2009《建筑防火门》：该标准规定了建筑防火门的分类、材料、结构、性能要求、检验方法、标志、包装、运输和储存等内容。4. GA 209-2012《建筑火灾自动报警系统设计规范》：该规范是国家安全生产监督管理总局发布的，主要针对大型公共建筑、商业建筑、机关单位等场所的消防报警及联动控制系统的设计提出了详细的要求。5. CJJ 45-2006《居住建筑设计规范》：该规范规定了居住建筑中消防报警系统、消防联动控制系统、建筑防火构造、防火门、疏散通道等方面的设计要求。在设计消防报警及联动控制系统时，需要结合实际情况和相关标准规范进行综合考虑，确保系统的设计符合安全、有效、可靠的要求。同时，在设计过程中还需要考虑建筑的结构、场所的特点、人员的疏散等因素，从而保障人员的生命安全和财产安全。

自动控制系统设计步骤：1.了解工艺过程2.整个工艺过程有哪些检测点，有哪些需要监控的设备3.统计各个I/O种类，数量4.选择设计合适的控制系统5.预留系统裕量6.注意特殊场合防爆，防腐，防尘，防水等7.合适的接地（安全地，仪表地）8.考虑是否有第三方通讯设备，通讯方式及数量9.设计图纸10.安装施工扩展资料：PLC自动控制系统的软件设计：（1）在硬件设计时，我们可以同时开始软件的设计。软件设计的主要任务是根据控制要求将工艺流程图转换成梯形图。这是PLC应用中最关键的问题。编程是软件设计的具体表现。建议在系统的编程、调试和维护中使用软继电器列表（内部继电器、定时器、计数器等）。维护时应咨询。（2）程序的初步调试也已成为模拟调试。所设计的程序通过程序编辑工具下载到PLC控制单元。在测试信号中加入外部信号源，通过各种状态指示器了解程序的运行情况。观察了输入输出之间的关系以及逻辑状态是否满足设计要求。及时对程序进行修改和调整，消除缺陷，直至满足设计要求。

计算机控制系统由控制部分和被控对象组成，其控制部分包括硬件部分和软件部分，这不同于模拟控制器构成的系统只由硬件组成。计算机控制系统软件包括系统软件和应用软件。系统软件一般包括操作系统、语言处理程序和服务性程序等，它们通常由计算机制造厂为用户配套，有一定的通用性。应用软件是为实现特定控制目的而编制的专用程序，如数据采集程序、控制决策程序、输出处理程序和报警处理程序等。它们涉及被控对象的自身特征和控制策略等，由实施控制系统的专业人员自行编制。

所有的设计都是根据需求来的。你这个问题太笼统，没法回答。

1、确定系统运行方式与控制方式。2、选择用户输入设备(按钮、操作开关、限位开关、传感器等)、输出设备(继电器、接触器、信号灯等执行元件)以及由输出设备驱动的控制对象(电动机、电磁阀等)。3、PLC的选择。4、分配I／0点，绘制I／0连接图，必要时还须设计控制台(柜)。5、设计控制程序。6、编制控制系统的技术文件，包括说明书、电气原理图及电气元件明细表、I／0连接图、I／O地址分配表、控制软件。

电气控制系统设计的一般要求：1．最大限度地满足生产机械和生产工艺对电气控制系统的要求。电气控制系统设计的依据主要来源于生产机械和生产工艺的要求。2．设计方案要合理。在满足控制要求的前提下，设计方案应力求简单、经济、便于操作和维修，不要盲目追求高指标和自动化。3．机械设计与电气设计应相互配合。许多生产机械采用机电结合控制的方式来实现控制要求，因此要从工艺要求、制造成本、结构复杂性、使用维护方便等方面协调处理好机械和电气的关系。4．确保控制系统安全可靠地工作。

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1. 主回路的设计串级控制系统的主回路是定值控制，其设计单回路控制系统的设计类似，设计过程可以按照简单控制系统设计原则进行。这里主要解决串级控制系统中两个回路的协调工作问题。主要包括如何选取副被控参数、确定主、副回路的原则等问题。2. 副回路的设计由于副回路是随动系统， 对包含在其中的二次扰动具有很强的抑制能力和自适应能力，二次扰动通过主、副回路的调节对主被控量的影响很小，因此在选择副回路时应尽可能把被控过程中变化剧烈、频繁、幅度大的主要扰动包括在副回路中，此外要尽可能包含较多的扰动。归纳如下。(1) 在设计中要将主要扰动包括在副回路中。(2) 将更多的扰动包括在副回路中。(3) 副被控过程的滞后不能太大，以保持副回路的快速相应特性。(4) 要将被控对象具有明显非线性或时变特性的一部分归于副对象中。(5) 在需要以流量实现精确跟踪时，可选流量为副被控量。在这里要注意(2)和(3)存在明显的矛盾，将更多的扰动包括在副回路中有可能导致副回路的滞后过大，这就会影响到副回路的快速控制作用的发挥，因此，在实际系统的设计中要兼顾(2)和(3)的综合。例如，图1所示的以物料出口温度为主被控参数、炉膛温度为副被控参数，燃料流量为控制参数的串级控制系统，假定燃料流量和气热值变化是主要扰动，系统把该扰动设计在副回路内是合理的。3. 主、副回路的匹配1) 主、副回路中包含的扰动数量、时间常数的匹配设计中考虑使二次回路中应尽可能包含较多的扰动，同时也要注意主、副回路扰动数量的匹配问题。副回路中如果包括的扰动越多，其通道就越长，时间常数就越大，副回路控制作用就不明显了，其快速控制的效果就会降低。如果所有的扰动都包括在副回路中，主调节器也就失去了控制作用。原则上，在设计中要保证主、副回路扰动数量、时间常数之比值在3～10之间。比值过高，即副回路的时间常数较主回路的时间常数小得太多，副回路反应灵敏，控制作用快，但副回路中包含的扰动数量过少，对于改善系统的控制性能不利；比值过低，副回路的时间常数接近主回路的时间常数，甚至大于主回路的时间常数，副回路虽然对改善被控过程的动态特性有益，但是副回路的控制作用缺乏快速性，不能及时有效地克服扰动对被控量的影响。严重时会出现主、副回路“共振”现象，系统不能正常工作。2) 主、副调节器的控制规律的匹配、选择在串级控制系统中，主、副调节器的作用是不同的。主调节器是定值控制，副调节器是随动控制。系统对二个回路的要求有所不同。主回路一般要求无差，主调节器的控制规律应选取PI或PID控制规律；副回路要求起控制的快速性，可以有余差，一般情况选取P控制规律而不引入 I 或 D 控制。如果引入 I 控制，会延长控制过程，减弱副回路的快速控制作用；也没有必要引入 D控制，因为副回路采用 P控制已经起到了快速控制作用，引入D控制会使调节阀的动作过大，不利于整个系统的控制。3) 主、副调节器正反作用方式的确定一个过程控制系统正常工作必须保证采用的反馈是负反馈。串级控制系统有两个回路，主、副调节器作用方式的确定原则是要保证两个回路均为负反馈。确定过程是首先判定为保证内环是负反馈副调节器应选用那种作用方式，然后再确定主调节器的作用方式。以图1所示物料出口温度与炉膛温度串级控制系统为例，说明主、副调节器正反作用方式的确定。副调节器作用方式的确定：首先确定调节阀，出于生产工艺安全考虑，燃料调节阀应选用气开式，这样保证当系统出现故障使调节阀损坏而处于全关状态，防止燃料进入加热炉，确保设备安全，调节阀的 Kv >0 。然后确定副被控过程的Ko2，当调节阀开度增大，燃料量增大，炉膛温度上升，所以 Ko2 >0 。最后确定副调节器，为保证副回路是负反馈，各环节放大系数(即增益)乘积必须为负，所以副调节器 K 2<0 ，副调节器作用方式为反作用方式。主调节器作用方式的确定：炉膛温度升高，物料出口温度也升高，主被控过程 Ko1 > 0。为保证主回路为负反馈，各环节放大系数乘积必须为正，所以主调节器的放大系数 K 1< 0，主调节器作用方式为反作用方式。例如图1所示串级控制系统示意图，从加热炉安全角度考虑，调节阀应选气开阀，即如果调节阀的控制信号中断，阀门应处于关闭状态，控制信号上升，阀门开度增大，流量增加，是正作用方式。反之，为负作用方式。副对象的输入信号是燃料流量，输出信号是阀后燃料压力，流量上升，压力亦增加是正作用方式。测量变送单元作用方式均为正。在图2的串级控制系统框图中可以看到，由于副回路可以简化成一个正作用方式环节，主对象作用方式为正，主测量变送环节为正。根据单回路控制系统设计中介绍的闭合系统必须为负反馈控制系统设计原则，即闭环各环节比例度乘积必须为正，故主调节器均选用反作用调节器，副调节器均选用反作用调节器。

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前面一篇博客介绍了基于状态空间模型的系统分析。本篇博客将针对线性时不变系统，基于状态空间模型并根据系统的性能要求来设计控制系统。 一个系统的控制方式有 开环控制和闭环控制 。开环控制指的是把一个确定的控制信号（关于时间的函数）加到系统的输入端，使得系统具有某种期望的性能，如稳定的跟踪某个参考输入或者使系统的状态达到某个特定值，等等。上一篇博客讲的系统的能控性就是利用了开环控制，即存在一个特定的控制作用（开环控制）使得系统在有限时间内，从初始状态转移到零状态。 然而，由于建模存在的不确定性或误差、系统运行过程中的扰动等因素，使得我们没办法获得实际物理系统的真实动态方程，我们能得到的仅仅是粗略的低阶的名义模型或有时又称标称模型。因此在对实际系统的控制过程中，若不能根据系统当前的运行状况及时修改系统的行为，而仍按照名义模型设计的开环控制作用会使得实际系统产生一些意想不到的情况，很难使实际物理系统按我们原先所期望的方式运行。因此， 我们必须根据系统的运行状况实时地来确定控制信号而不是采用预先设计好的控制信号，这就是反馈控制（feedback control）。 在经典控制理论中，我们依据描述对象输入输出行为的传递函数模型来设计控制器，因此只能用系统的可测量输出作为反馈信号。而现代控制理论则是用刻画系统内部特征的状态空间模型来描述对象，出了可测量的输出信号外，还可以用系统的内部状态来作为反馈信号。 根据可利用的信息是系统的输出还是状态，相应的反馈控制可分为输出反馈和状态反馈。 本篇博客以状态空间模型描述的线性时不变系统为研究对象，介绍状态反馈控制器的一些设计方法。首先介绍反馈控制的种类、结构及其对系统性能的影响。进而介绍改善系统动态性能的极点配置方法，提出极点配置状态反馈控制律的设计算法。针对极点配置方法可能影响系统稳态性能的问题，介绍了实现精确跟踪的控制系统设计方法。 控制系统由被控对象和控制器（controller）两部分组成。状态刻画了对象内部的全部动态信息，输出仅仅是状态的一部分，从而用系统的全部状态信息来构造反馈控制器，渴望使系统获得更优异的性能。然而，要获得系统的全部状态信息，意味着需要更多的传感器，从而增加了控制系统的成本。另一方面，一个系统的状态变量未必都是可测量的物理量，这使得状态反馈控制在实际中往往难以实现。因此，在实际控制系统应用中，究竟采用输出反馈还是状态反馈视具体情况而定。 我们考虑以下状态空间描述的线性系统： 其中， 是系统的 维状态空间， 是系统的 维控制输入， 是系统的 维测量输出， 和 分别是适当维数的已知常数矩阵。 一般的反馈控制系统具有以下所示结构： 其中， 是 维的外部参考输入。控制器可以是一个 动态补偿器 （例如在控制器中包含动态过程），也可以是一个 静态反馈控制器 。控制器的输入可以是系统的状态，也可以是系统输出。若系统的状态是可直接测量得到的，则结构最简单、包含对象信息量最多的反馈控制方式是 线性时不变的静态状态反馈控制 （简称状态反馈）。 其中， 为 维的静态常数矩阵，称为 状态反馈增益矩阵 。将上式代入状态空间模型，可得 闭环系统的状态空间模型 ： 输出反馈控制在这里就不展开了，处理方式和状态反馈控制类似， ，只是反馈信息在这里采用系统输出 。 从闭环系统的状态空间模型可以看出：状态反馈和输出反馈均改变了闭环系统的状态矩阵，即系统由原来的 变为了现在的 或 。而闭环系统的动态行为主要由其状态矩阵的特征值（即闭环极点）决定，因此可以通过选择适当的反馈增益矩阵 和 ，使得闭环系统状态矩阵的特征值都在左半开复平面内，从而保证闭环系统的渐进稳定性。更进一步，还可以使得闭环状态矩阵特征值位于左半开复平面的特殊位置上，从而不仅保证系统是渐近稳定的，而且还具有一定的过渡过程特性。 除了能改变闭环系统的状态矩阵，从而改变闭环系统的稳定性和瞬态特性外，状态反馈控制对系统性能还有什么其他的影响呢？给出以下两个定理进行说明。 若原系统是能控的，则加入状态反馈控制后的闭环系统仍然是能控的。需要注意的是，原系统如果是能观的，但采用状态反馈控制后得到的闭环系统却不一定能观，因此状态反馈并不能保持原系统的能观性。这是因为状态反馈在改变系统极点的同时，可能使得闭环系统出现 零极点相消现象 。零极相消导致系统的能控性或能观性，或能控能观性的破坏，由于闭环系统仍然能控，故它不再可能是能观的。 其中， 是被控系统的传递函数矩阵， 是动态补偿器的传递函数矩阵。静态的输出反馈虽然结构简单，信息上的获取也没有任何困难，但可以证明：这种形式的输出反馈所能达到的系统性能是有限的，有时甚至都不能保证闭环系统稳定。 稳定是一个系统正常运行的首要条件。上一篇博客分析了一个系统的稳定性，并给出了系统稳定的李雅普诺夫判别方法。若一个系统不稳定，则必须运用外部控制手段来设法让其稳定，这就是系统的镇定问题（stabilization），使得系统稳定的控制器称为稳定化控制器（stabilizing controllers）。 控制手段往往采用反馈控制。上一节介绍了反馈控制系统的结构，其中最简单，包含对象信息最多的控制结构就是 静态线性状态反馈控制 。本节将介绍基于李雅普诺夫稳定性理论的稳定化状态反馈控制器设计方法。 考虑以下状态方程描述的系统： 我们的目标是要设计一个能使系统状态稳定的稳定化状态反馈控制器： 由该控制器导出的闭环系统： 本节的目的是要给出确定增益矩阵 的方法，使得闭环系统是渐近稳定的。由于闭环系统是一个线性时不变系统，根据李雅普诺夫稳定性定理，系统渐近稳定的充分必要条件是存在一个二次型的李雅普诺夫函数 ，其中的 是特定的对称正定矩阵。可以通过沿着闭环系统的任意轨迹，使得标量二次型李雅普诺夫函数 关于时间的导数是负定的来确定对称正定矩阵 和增益矩阵 ，从而得到所要的稳定化状态反馈控制器。沿这一思路，介绍两种处理方法来确定对称正定矩阵 和增益矩阵 。 考虑标量函数 ，其中 是待定的对称正定阵。沿闭环系统的任意轨迹， 关于时间的导数为： 由 ，可得 故 我们选取控制 具有以下结构形式： 则 进一步，若选取正定对称矩阵 使得 即 ，李雅普诺夫函数关于时间的导数小于零（表明随着时间的增加能量是不断衰减的）。根据李雅普诺夫稳定性定理，标量二次型函数 是闭环系统的一个李雅普诺夫能量函数。因此，该闭环系统是渐近稳定的。式 就是原系统的一个稳定化状态反馈控制器。 根据以上分析， 稳定化控制器的设计问题就转化为了矩阵方程： 是否存在一个对称正定解矩阵（李雅普诺夫矩阵） 的问题。若存在这样的 ，那么即可得到一个稳定化控制器增益矩阵 。而该矩阵方程被称为系统的 黎卡提（Riccati）矩阵方程 ，这类矩阵方程在自动控制中起着很重要的作用，在最优控制中还将遇到这类方程（李雅普诺夫函数就是最优控制中的值函数）。这种基于求解黎卡提矩阵方程的稳定化控制器设计方法称为 黎卡提方程处理方法。 若对给定的 ，黎卡提矩阵方程有一个对称正定解矩阵 ，则对任意的 ， 因此，对任意的 ， 都是系统的稳定化控制律。由此可知，稳定化控制律 具有 正无穷大的稳定增益裕度（margin） 。这在实际应用中将非常有用，当我们不知道精确的 时，我们尽量选择具有较高增益的控制律，使得实际控制系统在保持稳定的同时能够满足其他性能要求。 根据线性时不变系统李雅普诺夫稳定性定理，闭环系统渐近稳定的充分必要条件是存在一个对称正定矩阵 ，使得： 因此，稳定化控制器的设计问题归结为寻找一个矩阵 和一个对称正定矩阵 ，使得上述矩阵不等式成立，即以矩阵 和 为变量的矩阵不等式的求解问题。 在上述矩阵不等式中， 矩阵变量 和 以非线性的形式耦合在一起。 因此，要直接求解这样一个矩阵不等式是不容易的。以下通过引进一个适当的变量替换，将非线性矩阵不等式转换成一个等价的关于新变量的线性矩阵不等式，从而可以应用求解线性矩阵不等式的方法求解所导出的线性矩阵不等式。首先将矩阵不等式整理为： 由于矩阵 是对称的，故在上式两边分别左乘和右乘矩阵 ，可得： 记 ， ，则从上式进一步可得： 显然，上述不等式是一个关于矩阵变量 和 的线性矩阵不等式。由于矩阵 的正定性等价于矩阵 是正定的。因此，若线性矩阵不等式系统 是可行的，则系统存在稳定化控制器。进一步，若矩阵变量 和 是线性矩阵不等式系统的一个可行解，则 是系统的一个稳定化状态反馈增益矩阵， 是相应闭环系统的一个李雅普诺夫矩阵。 以上用线性矩阵不等式系统的可行性给出了系统的稳定化状态反馈控制器存在条件，在线性矩阵不等式系统可行的情况下，用其可行解给出了稳定化控制器的构造方法。这种处理方法已在各类控制系统的设计中得到了广泛应用， 和黎卡提方程处理方法相比，线性矩阵不等式处理方法具有保守性低、处理方便、易于结合其他性能要求设计多目标控制器等优点。 上一节介绍了基于李雅普诺夫稳定性理论设计稳定化状态反馈控制器的两种方法。然而，在实际控制系统设计中，仅仅保证闭环系统的稳定性还是不够的，通常还需要使得闭环系统具有一定的过渡过程性能，如较快的响应速度，较短的调节时间，较小的超调，等等。如何设计一个状态反馈控制器，使得闭环系统同时具有期望的稳态和动态性能，本节给出了一种极点配置的方法（ 需要注意的是不单单只有极点配置这一种方法，还有其他设计方法也能满足兼具稳态和动态性能要求，比如最优控制 ）。 极点配置的主要思路就是通过寻找适当的状态反馈增益矩阵 ，使得闭环系统极点（即矩阵 的特征值）位于预先给定的位置。极点配置具体设计方法在这里不再赘述，这里只给出一个定理。 由于求解一个极点配置问题需要大量的计算，特别对于多变量系统更是如此，另一方面，描述对象的模型总是近似和不精确的，从而要实现精确极点配置的方法是难以实现的。 在实际控制系统应用中，我们往往还需采用其他更简便、有效的设计方法。 通过以上的分析，理论上我们可用状态反馈的方式实现了闭环系统的极点配置，从而使得闭环系统具有满意的稳态和动态性能。然而，实际应用中，状态反馈这种方法并非总是可行的。一方面，状态反馈实际上是一个 或 补偿器，这样的控制器 具有无限带宽 ，而实际的执行机构总是只有有限带宽（对超过带宽频率范围的信号是没办法响应的）。另一方面，在实际中，要检测到所有的状态往往是困难的，甚至是不可能的，因此有必要研究只利用系统测量输出的极点配置问题，以后的博客将给出一种基于状态观测器的输出反馈控制器设计方法。 如果系统有多个输入，则使得闭环系统具有给定极点的状态反馈增益矩阵 是不唯一的，从而有更多的自由度去选择满足闭环极点要求的 。如何利用这些自由度，使得闭环系统具有给定的极点外，还具有一些其他附加性能是需要进一步探讨的问题，这就是 多目标控制 。一种方法就是在使得闭环系统具有给定极点的同时， 闭环系统的稳定裕度最大化（Margin Maximization） ，基于这种思想进行的极点配置称为是鲁棒极点配置方法。 通过重新配置闭环系统极点，尽管改善了闭环系统的稳定性和动态特性，但有可能使得闭环系统产生稳态误差 （稳态误差在这指的是系统的稳态输出与参考输入之间的偏差） ，导致系统的稳态性能变差。或者说极点配置方法可能会使一个原来没有稳态误差的系统产生稳态误差。那么是否存在一种方法使得改善系统动态特性的同时保证系统的稳态性能不变坏呢（保证系统输出与参考输出无静差）？ 另一方面，实际系统还不可避免地存在 外部扰动 。外部扰动信号可分为随机性的高频扰动和确定性扰动两大类。随机性扰动具有随机噪声特性，通常只知道它的一些统计特性，如均值和方差等。确定性扰动具有确定的函数形式，如阶跃函数、斜坡函数、正弦函数等。在实际中，许多系统都存在确定性的扰动，如阵风对雷达系统的扰动，海浪对正常航行的船体控制系统的扰动，飞行系统在大气中受到气浪的扰动等。 这些扰动都具有确定的函数表达式，可以通过动力学分析或辨识学习的手段来确定函数关系式中未知的参数。 在这里我们只讨论确定性扰动。 扰动的存在使得系统在稳态时不能很好地跟踪参考输入，从而产生稳态误差。因此，必须对扰动进行补偿，以克服扰动对系统稳态性能的影响 （扰动影响稳态精度）。 在诸如数控机床、导弹制导等许多实际控制系统中，常常要求闭环系统的输出以给定的精度跟踪参考输入信号，实现精确的跟踪控制。然而以上分析又说明了 极点配置状态反馈和外部扰动 都可能 影响系统输出跟踪参考输入的效果 。那么该如何设计使得闭环系统不仅具有期望的过渡过程特性，而且在扰动的作用下，还能实现精确（稳态精度）的跟踪控制？ 接下来将针对 具有外部阶跃扰动的线性时不变系统 ，提出一种能实现无静差跟踪阶跃参考输入信号的 抗干扰渐近跟踪调节器设计方法 。考虑以下状态空间模型描述的系统： 其中， 是 维的扰动输入， 是 维系统量测输出。假定系统的参考输入是阶跃输入 ， 是阶跃扰动 ，其中的 和 是阶跃信号的幅值向量。控制作用的目的是在存在扰动 的情况下，仍希望闭环系统的输出 能很好地跟踪参考输入 。 在经典控制理论中，用 偏差的积分 来抑制或消除单输入单输出系统的稳态误差，这样一种思想也可以推广到多输入多输出系统。为此，定义偏差向量： 引入偏差向量的积分 ： 注意到 和输出向量 具有相同的维数，因此它由 个积分组成，每个积分器的输入是偏差向量的一个分量（或者说是一维坐标值）： 由于在控制回路中增加了 个积分器，因此增加了整个系统的动态特性，而 是这些积分器的输出，故可以通过将 作为附加状态向量(经积分累加后输出的量是不可以突变的，是关于时间的动态量，因此 可以作为系统扩张状态) ，得到描述整个系统动态行为的状态空间模型： 新的状态向量空间是 维的，称上述状态空间模型为 增广系统的状态空间模型。 对上述增广系统，若能设计一个状态反馈控制器： 使得闭环系统： 是渐近稳定的，即闭环系统状态矩阵： 的所有特征值均在左半开复平面中，从而该矩阵也是非奇异的。由于参考输入和外部扰动都是阶跃信号。因此当时间趋向于无穷时， 和 都趋向于常值向量，这表明 和 都必将趋于零。又因为 ，故当 趋于无穷时 ，从而实现精确的跟踪控制。 以上分析说明了只要 对上述增广系统设计一个稳定化状态反馈控制器 ，就可以保证系统的输出跟踪阶跃参考输入且没有稳态误差。我们的做法是通过人为引入一个新的状态向量 （对误差信号的积分）来克服阶跃扰动 对系统输出带来的影响（从增广系统的状态空间模型中可以很清楚的看到 是如何克服扰动影响的）。进一步，我们还可以通过状态变量 的稳态值估计出系统的干扰。 如果还要使得闭环系统具有一定的动态特性（比如缩短调节时间），则可以通过适当配置增广系统的闭环极点来实现，但这要求增广系统是完全能控的。下面给出一个定理： 定理说明， 表明控制输入的个数不能小于输出的个数，而 则意味着所有的测量输出必须是线性无关或者说是独立的。 增广系统的状态反馈控制器可以写为： 上式中的第一项 是原系统的状态反馈，而第二项是为了改善稳态精度而加入的积分控制作用。因此， 这是一个由被控对象的状态反馈和偏差向量的积分所组成的复合控制，相当于一个比例积分控制器 。这样一个反馈控制系统的结构如下图所示： 由以上分析可知，对于一个多变量系统，尽管有一个未知（不能测量）的阶跃扰动输入，但仍可以设计一个控制器，使得闭环系统的输出能无静差地跟踪阶跃参考输入。一般情况下， 引入积分器会使闭环增广系统响应变慢（因为增广后的系统又增加了动态环节） 。类似于经典控制理论中通过加大反馈增益来加快系统响应速度的方法，对由状态空间模型描述的多变量系统，可根据闭环系统的过渡过程要求按极点配置方法来确定状态反馈增益矩阵。 若参考输入是一个包含 的多项式，则可以通过增加积分器的方法来处理。对能直接测量（或能够被估计）的外部扰动，可采用前馈控制的方式进行补偿。

经济方面：他应用什么领域的呢，具体到企业。能为它带什么效益呢，技术方面，有些新技术，管理：操作规程。

随着经济和 社会 的发展，城市公共照明已经成为城市现代化水平的重要标志之一，城市照明设施规模日益增大，用电量节节攀升， 社会 各方对城市公共照明的要求和希望越来越高。而目前国内城市照明的监控和管理方式相对简单、粗放，服务质量和节能水平有待提高，难以满足现代化城市照明的需要，主要表现在以下几个方面： 监控管理方式相对粗放。传统“三遥”系统只能实现回路级别的采集和控制，对单灯运行情况无法实时、准确监控，不能实现智能化监控和精细化管理；部分城市仍停留在“时控”时代，缺少基本的信息化管理手段。 运行维护效率低、成本高。现有的照明设施故障发现机制主要采用人工巡查模式，工作量巨大，需要投入大量的人力物力，并且还可能留有盲区，运维效率低、成本高，难以实现主动服务、保障服务质量。 照明能耗偏大。缺少灵活有效的节能控制手段，过度照明和照明不足的矛盾难以调和，无法实现按需照明，从而在保障照明质量的前提下有效降低照明能耗设施安全难以保障。缺少实时监管措施，设施被盗时有发生，给照明管理部门造成直接的经济损失，严重影响城市照明的正常运行，同时带来安全隐患。 1 设计与实现 本系统由3大部分组成：NB-IoT通信模块、云端控制系统、手机端APP。 图1 1.1 NB-IoT通信模块 基于高通MDM9206平台高性能、低功耗的CAT-M1/CAT-NB1/GSM三模无线通信模块，支持全球各主流定位系统GNSS，不仅支持当前运营商的主流物联网频段，对未来可能会部署的频段也最大可能性的支持 ，其尺寸仅 为 22.5mm*26.5mm*2.7mm，能最大限度地满足终端设备对小尺寸模块产品的需求， 通过该模块实现路灯信息传输、调光、降功率、按需开关灯等管理方式，减少过度照明节约电能，真正实现节能、环保、安全、舒适的照明，减少对大气的污染，建设资源节约型、环境友好型 社会 。 1.2 云端控制中心 是根据路灯管控开发的一款远程操作与监控管理平台，方便了管理人员的管理与维护。通过灯联网集中监控管理平台可以远程控制每一个回路的开、关状态，也可以实时监测每个设备的当前信息，并根据采集到的参数的情况，实时判断线路情况，给用户直观的解析。系统同时还具备短消息报警和声音报警的功能。 1.3 手机端APP 一种基于智能手机APP应用的城市路灯控制方法，包括将智能手机APP应用与路灯管理系统相关联，形成APP调节城市路灯的架构，构建智能手机 APP 节点，每个 APP 节点代表一个APP 注册用户；当用户登录 APP 应用时，APP 应用将包含用户地理位置、行进方式的 APP 应用信息传送到路灯管理系统；路灯管理系统根据APP应用信息，查询用户所属路段的路灯实时状态，并对路灯进行调节控制。采用NB-IoT物联网概念，通过手机 APP 应用按照用户实际需求开启路灯、调节路灯亮度，合理分配路灯照明资源，降低了路灯能耗、节约了路灯使用成本。 2 测试与分析 硬件调试：分为电源电路、通信链路、LED驱动电路调试。 2.1 电源电路 图2 电源电路 图 2 中，EUP3420 是一款恒定频率，采用电流模脉宽调制（PWM）架构的降压型变换器。芯片集成了主开关和同步整流开关，可以获得更高的效率。本系统采取5V适配器输入，转化给NB-IoT无线通讯模块VBAT网络3.3V供电。 C1000：适配器的输入端，用万用表或者示波器测试该点电压是否为5V。 L1000：开关电源 buck 电感输出端，用万用表或者示波器测试该点电压是否为3.3V，通过调整R1000和R1007阻值调整VBAT输出的大小。 2.2 通信链路 NB-IoT模块上电后sim卡状态测试。 图3 NB-IoT模块Sim卡状态查询 2.3 LED驱动电路 图4 LED驱动电路 上图中，三极管驱动电路由Q11、R128、D30、J26（焊接LED模组）组成，NB-IoT通信模块通过GPIO口控制三极管的基集，使三极管Q11工作在开关状态，实现对LED的开断。 3 软件测试 安卓手机端可以控制指定路灯的亮与灭以及全开全灭。 图5 手机控制端界面 PC端实现对各个端口的控制。 图6 云端控制端界面 4 控制系统特性 4.1 管道NB-IoT设计 一是广覆盖：NB-IoT 覆盖能力强，在同样的频段下，NB-IoT 比现有的网络增益 20dB，覆盖面积扩大 100 倍。它不仅可以满足广覆盖需求，对于厂区、地下车库、井盖这类对深度覆盖有要求的应用同样适用。因此不只是道路照明，在室内、工业照明领域的应用前景也十分广阔。 二是强链接：在同一基站的情况下，NB-IoT可以比现有无线技术提供50-100倍的接入数。一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构。这将意味着，基于 NB-IoT 通信技术的照明控制系统，将能够管控更多的终端设备，满足未来智慧城市中大量设备联网需求。 三是低功耗：低功耗特性是智慧照明应用一项重要指标，NB-IoT聚焦小数据量、小速率应用，因此NB-IoT设备功耗可以做到非常小，终端模块的待机时间可长达10年，特别适用于智能家居的应用。 四是低成本：低速率、低功耗、低带宽同样给 NB-IoT 芯片以及模块带来低成本优势。单个接连模块预期价格不超过 5美元，最终低至 1 美元，这对降低智慧照明应用的成本起到关键性作用。 4.2 云端智能管理 采用单灯控制技术，构建路灯物联网，精准控制每一盏路灯，在保证照明需求的前提下，根据季节、路段、天气、特殊场合等条件设定路灯运行方案，真正实现“按需照明”，深化节能减排。因本项目范围内 LED 路灯电源不具备调光接口，单灯节能方式采用开关灯控制方式。 通过单灯“在线巡测”，及时发现路灯故障并在地图上进行精准定位，转变“人工巡检、热线报修”的传统运维方式，实现定向运维、主动服务，减轻劳动强度，提高路灯运维效率，降低运维成本。 4.3 客户端APP 智慧公共照明管理平台具有全面和优化的路灯智能控制功能，为路灯管理人员提供更高效的管理和维护手段，主要体现为：实时监控：可以对任意一盏、一路或任意自定义组的路灯进行开关灯、调光。同时支持多终端，支持基于 Android 操作系统的移动终端远程控制，可采用平板电脑、手机等终端下发开关灯、调光等控制命令等。 5 应用前景分析 对于 NB-IoT 产业的发展，中国移动、中国联通、中国电信三大运营商皆就NB-IOT发布了各自的发展计划。工信部也发文要求加快 NB-IoT 在国内落地，到今年年底建成基站规模 40万个，到 2020 年建成基站规模 150 万个。中国 NB-IoT 产业加速布局，将是全球 NB-IoT 产业领跑者。目前在上海、广州、江 门、鹰潭、长沙落地了NB-IoT智慧路灯项目，实现了到处开花、处处结果。 6 结束语 城市智慧照明是智慧能源的开端，以 NB-IoT 新一代通信技术为支撑，实现整个城市一张网，对城市道路每盏灯实现全面的感知、智能的控制、广泛的交互和深度的融合，在满足市民正常照明需求的前提下，通过智能调光、降功率、按需开关灯等管理方式，减少过度照明，电能节约率可达30% 60%，真正实现节能减排，减少对大气的污染，建设资源节约型、环境友好型 社会 。同时通过对城市照明设施实现精细化管理，通过对城市道路每个灯具的运行状态进行准确分析和故障报警，并根据故障等级启动相应的处置流程，将被动巡检改为定点维护，反应更加敏捷处置效率更高，将使城市的灯光管理水平与现代化的大都市相适应，提高亮灯率，减少各种故障，合理照明，美化照明，安全照明，营造出现代城市科学和艺术完美结合的照明效果，树立和提升城市的品牌形象。

还是浙大中控的DCS 简单啊...

PLC控制系统设计步骤一个需要以下七个：1. 系统设计与设备选型 a. 分析所控制的设备或系统。PLC最主要的目的是控制外部系统。这个系统可能是单个机器，机群或一个生产过程。b. 判断一下所要控制的设备或系统的输入输出点数是否符合可编程控制器的点数要求。（选型要求）c. 判断一下所要控制的设备或系统的复杂程度，分析内存容量是否够。 2. I/O赋值（分配输入输出）a. 将所要控制的设备或系统的输入信号进行赋值，与PLC的输入编号相对应。（列表） b. 将所要控制的设备或系统的输出信号进行赋值，与PLC的输出编号相对应。（列表） 3. 设计控制原理图 a. 设计出较完整的控制草图。b. 编写你的控制程序。c. 在达到控制目的的前提下尽量简化程序。 4. 程序写入PLC 将你的程序写入可编程控制器。5. 编辑调试修改你的程序 a.程序查错(逻辑及语法检查） b.在局部插入END，分段调试程序。c.整体运行调试 6. 监视运行情况 在监视方式下，监视一下控制程序的每个动作是否正确。如不正确返回步骤，如果正确则作第七步。 7. 运行程序（千万别忘记备份程序）

http://www.fxdzw.com/dzjs.asp

微型计算机控制系统的总体方案包含：确定控制方案、确定系统的构成方式、现场设备选择、确定软硬件分工，这4个方面的内容。1、确定控制方案：根据系统要求，确定采用开环控制还是混合控制。2、确定系统的构成方式：控制方案确定之后，需要选择微处理器，确定系统的构成方式。3、现场设备选择：现场设备选择主要包括传感器、变送器和执行机构的选择，以及人机联系方式确定等。4、确定软硬件分工：对系统的软硬件功能作出划分。另外，微型计算机控制系统设计中，控制算法的选定应满足系统控制速度、控制精度和系统稳定性的要求。可以在控制系统中设计多种控制算法，通过数字仿真或试验进行分析对比，选择最佳的控制算法。扩展资料：微型计算机控制系统设计中，其软、硬件的设计应分别从哪几方面进行考虑？软件设计应从以下几方面考虑：1）实时性；2）灵活性和通用性；3）可靠性。硬件设计应从以下几方面考虑：1、根据控制任务的复杂程度、控制精度以及实时性要求等选择主机板。2、根据程序和数量的大小等选择存储器板。3、根据模拟量输入通道（AI）、模拟量输出通道（AO）点数、分辨率和精度，以及采集速度等选A/D、D/A板。4、根据开关量输入通道（DI）、开关量输出通道（DO）点数和其他要求选择开关量输入输出板。5、根据人机联系方式选择相应的接口板。6、根据需要选择各种外设接口板、通信板、滤波板。

根轨迹，nyquist曲线，伯德图，尼克尔斯图

三菱PLC中的MOV是传送指令，可以传送16位数据，如果加“D”则变成32位，占用两个数据寄存器。如下图中的梯形图：第1条指令BMOV处理的是16位指令数据。第2条指令MOV前面的“D”表示处理32位数据，这时相邻的两个数据寄存器组成数据寄存器对，图中指令表示将D21、D20中的数据传送给D23、D22中。MOV后面的“P”表示脉冲执行。即在X1由OFF变为ON时执行一次，若指令助记符后面没有“P”，则表示连续执行。扩展资料：三菱PLC控制系统一般设计方法：1、分析控制系统的控制要求熟悉被控对象的工艺要求，确定必须完成的动作及动作完成的顺序，归纳出顺序功能图。2、选择适当类型的PLC根据生产工艺要求，确定I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等），并列出I/O点清单。进行内存容量的估计，适当留有余量。3、硬件设计根据所选用的PLC产品，了解其使用的性能。按随机提供的资料结合实际需求，同时考虑软件编程的情况进行外电路的设计，绘制电气控制系统原理接线图。4、软件设计（1）软件设计的主要任务是根据控制系统要求将顺序功能图转换为梯形图，在程序设计的时候最好将使用的软元件（如内部继电器、定时器、计数器等）列表，标明用途，以便于程序设计、调试和系统运行维护、检修时查阅。（2）模拟调试。将设计好的程序下载到PLC主单元中。由外接信号源加入测试信号，可用按钮或小开关模拟输入信号，用指示灯模拟负载，通过各种指示灯的亮暗情况了解程序运行的情况，观察输入/输出之间的变化关系及逻辑状态是否符合设计要求。5、现场调试在模拟调试合格的前提下，将PLC与现场设备连接。现场调试前要全面检查整个PLC控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。在保证整个硬件连接正确无误的情况下才可送电。将PLC的工作方式置为“RUN”。反复调试，消除可能出现的问题。当试运一定时间且系统运行正常后，可将程序固化在具有长久记忆功能的存储器中，做好备份。参考资料来源：基恩士中国-PLC自动化教材【基本梯形图编程入门】参考资料来源：PLC100-传送类指令MOV SMOV CMOV BMOV

第1章　控制系统仿真基础　11.1　自动控制理论与控制技术概述　11.1.1　自动控制理论的发展概况　11.1.2　自动控制系统简介　41.2　计算机仿真概述　51.2.1　系统与模型　61.2.2　计算机仿真　71.2.3　仿真的作用　81.2.4　仿真算法和仿真软件　81.2.5　计算机仿真的一般过程　9第2章　MATLAB程序设计语言基础　112.1　MATLAB基础　112.1.1　MATLAB的产生与发展　112.1.2　MATLAB的主要特点　132.2　MATLAB操作平台　142.2.1　MATLAB的安装与启动　142.2.2　MATLAB的运行环境　152.3　MATLAB帮助系统　182.3.1　联机帮助系统　192.3.2　命令窗口查询帮助　202.3.3　联机演示系统　222.3.4　常用的命令和技巧　232.4　MATLAB的数值计算功能　242.4.1　MATLAB数据类型　242.4.2　矩阵的生成　262.4.3　矩阵的基本数学运算　372.4.4　数组运算　462.4.5　向量和下标　532.4.6　矩阵的相关函数　592.4.7　多项式运算　692.5　MATLAB在数值分析中的应用　712.6　MATLAB的图形可视化　742.6.1　二维图形的绘制　742.6.2　三维图形的绘制　782.6.3　图形的输出　802.7　MATLAB的程序设计　802.7.1　M文件　802.7.2　函数变量及变量作用域　822.7.3　子函数与局部函数　832.7.4　流程控制语句　842.8　符号运算功能　86第3章　控制系统理论基础　913.1　经典控制理论基础　913.1.1　开环控制系统与闭环控制系统　913.1.2　控制系统分类　973.2　经典控制理论的研究内容　1003.2.1　传递函数模型　1013.2.2　零极点增益模型　1053.2.3　控制系统的时域分析　1053.2.4　控制系统的根轨迹分析　1143.2.5　控制系统的频域分析　1153.3　现代控制理论基础　1173.3.1　状态空间模型　1173.3.2　能控性和能观测性　1183.3.3　能控性和能观测性实现　1183.3.4　极点配置设计　1253.3.5　最优控制设计　1263.4　智能控制理论基础　1283.4.1　智能控制的概念和特点　1293.4.2　神经网络控制　1293.4.3　模糊控制　134第4章　Simulink交互式仿真环境　1374.1　Simulink简介　1374.1.1　Simulink概述　1374.1.2　Simulink的启动与界面　1384.2　Simulink中常用模块　1404.2.1　CommonlyUsedBlocks(常用模块库)　1404.2.2　Continuous(连续系统模块库)　1424.2.3　Discontinuous(非连续系统模块库)　1424.2.4　Discrete(离散系统模块库)　1434.2.5　MathOperations(数学运算模块库)　1444.2.6　Sinks(接收模块库)　1454.2.7　Sources(信号源模块库)　1464.3　Simulink建模　1474.3.1　Simulink简单模型的建立　1474.3.2　模块的操作　1494.3.3　信号线的操作　1504.3.4　模型注释　1514.3.5　仿真配置　1514.3.6　建模实例　1554.4　子系统及其封装技术　1574.4.1　Simulink子系统　1574.4.2　封装模块　1584.5　模型运行及分析　1594.5.1　模型特征　1594.5.2　模型运行　1594.5.3　模型线性化　1614.5.4　系统平衡点的求取　1634.6　S-函数　1644.6.1　S-函数的工作方式　1644.6.2　用MATLAB语言编写S-函数　166第5章　控制系统建模　1695.1　系统的数学模型描述　1695.1.1　连续系统　1695.1.2　离散系统　1715.2　MATLAB中控制系统模型的建立　1725.2.1　传递函数模型　1725.2.2　零极点增益模型　1765.2.3　状态空间模型　1795.3　系统不同模型之间的转换　1815.4　系统模型的连接　1925.5　连续系统与离散系统的相互转化　209第6章　线性控制系统的分析与仿真　2146.1　线性系统的时域分析　2146.2　线性系统的根轨迹分析　2316.3　线性系统的频域分析　2376.3.1　频域响应分析　2376.3.2　频率域稳定性分析　2466.4　线性系统的状态空间分析　2506.4.1　能控性分析　2506.4.2　能观性分析　2546.4.3　极点配置及其MATLAB实现　257第7章　PID控制系统设计及仿真　2627.1　PID控制系统设计原理　2627.2　连续系统的模拟PID仿真　2637.3　数字PID控制　2647.3.1　位置式PID控制算法　2647.3.2　连续系统的数字PID控制仿真　2657.3.3　离散系统的数字PID控制仿真　2677.3.4　增量式PID控制算法及仿真　2727.3.5　积分分离PID控制算法及仿真　2747.4　智能PID控制　2787.4.1　神经元PID控制　2787.4.2　模糊自适应PID控制　2837.4.3　专家PID控制　292第8章　最优控制系统设计　2958.1　最优控制的基本概念　2958.1.1　最优控制问题　2958.1.2　最优控制的性能指标及应用类型　2978.1.3　最优控制中的变分法　2978.1.4　用变分法求连续系统最优控制　3028.2　连续系统线性二次型最优控制　3048.2.1　连续系统线性二次型最优控制原理　3058.2.2　连续系统二次型最优控制的MATLAB函数　3058.3　离散系统线性二次型最优控制　3098.3.1　离散系统线性二次型最优控制原理　3098.3.2　离散系统二次型最优控制的MATLAB函数　3098.4　线性二次型高斯最优控制　3118.4.1　LQG最优控制原理　3118.4.2　LQG最优控制的MATLAB实现　3128.5　最优控制系统设计实例　318第9章　鲁棒控制系统设计　3229.1　鲁棒控制系统简介　3229.1.1　奇异值、H2和范数　3239.1.2　标准鲁棒控制问题　3239.1.3　结构与非结构不确定性　3249.1.4　使用控制方法　3249.2　鲁棒控制工具箱　3269.3　鲁棒控制系统设计方法　329第10章　神经网络系统设计及其MATLAB实现　33110.1　人工神经网络概述　33110.2　神经网络工具箱函数　33210.3　神经网络模型及其MATLAB实现　33410.3.1　感知器　33410.3.2　线性神经网络　33810.3.3　BP网络　34410.3.4　径向基函数(RBF)神经网络　35010.3.5　Hopfield网络　35310.3.6　自组织特征映射神经网络　357第11章　模糊控制系统设计　36111.1　模糊控制系统　36111.1.1　模糊控制系统的基本结构及其原理　36111.1.2　PD、PI、PID型的模糊控制器　36311.1.3　模糊控制器的设计方法　36411.2　模糊控制工具箱简介　36611.3　模糊推理系统的建立　367第12章　系统辨识　37412.1　系统辨识基础　37412.1.1　辨识的内容和步骤　37512.1.2　系统辨识的分类　37612.2　系统辨识常用输入信号　37612.3　最小二乘辨识及其MATLAB实现　37912.3.1　最小二乘算法简介　38012.3.2　最小二乘一次完成算法及其MATLAB实现　38112.3.3　最小二乘递推算法　38312.3.4　增广最小二乘算法　38512.4　极大似然辨识及其MATLAB实现　38912.4.1　极大似然辨识简介　38912.4.2　动态模型参数极大似然辨识及其MATLAB实现　38912.5　神经网络模型辨识及其MATLAB实现　392……

　　我这里有几篇，采纳为最佳答案，送你。　　摘要　　在现代社会和经济活动中，计算机技术、自动控制技术和电力电子技术得到了迅速的发展，电梯已经成为城市物质文明的一种标志。特别是在高层建筑中，电梯是不可缺少的垂直运输设备。随着高层建筑飞速发展的今天，电梯行业也随之进入了新的发展时期,电梯控制技术已经发展到了调频调压调速，其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制，其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现的。　　本设计针对我国电梯业的现状，将可编程序控制器(PLC)应用于电梯进行逻辑控制，通过合理的选择和设计，不但提高了电梯可靠性、可维护性以及灵活性，同时延长了使用寿命，缩短了电梯的开发周期，并提高了电梯的控制水平，改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。本文所设计的电梯与传统的电梯相比，在运行上具有良好的舒适感，在生活中可以节约电能，取得了良好的经济效益和社会效益，达到了理想的目的。该电梯控制系统具有指层、厅召唤、选层选向、手动和自动等功能，具有集选控制的特点。　　在介绍电梯基本结构的基础上，深入分析了电梯的工作原理，阐述了PLC的优点及特点，重点分析了电梯的硬件设计和软件设计，研究并提出了基于PLC电梯控制系统设计的实现方案，最后对本论文的研究内容进行了总结与展望。　　关键词 电梯 变频器 PLC控制 变频调速　　目录　　摘要 I　　Abstract II　　第1章 绪论 1　　1.1选题的目的和意义 1　　1.2国内外电梯的研究现状 2　　1.2.1国内研究现状 2　　1.2.2国外研究现状 2　　1.3电梯变频调速控制的特点 3　　1.4本设计研究内容 3　　第2章 电梯的概述 5　　2.1电梯的基本结构简介 5　　2.2电梯设备 6　　2.2.1电梯的分类 6　　2.2.2电梯的主要组成部分 6　　2.3电梯运行过程简介 7　　2.3.1 速度给定曲线 8　　第3章 可编程序控制器 10　　3.1可编程序控制器的发展历史 10　　3.2可编程序控制器的定义和特点 11　　3.2.1可编程序控制器的定义 11　　3.2.2可编程序控制器的特点 11　　3.3可编程序控制器的基本结构及工作原理 13　　3.3.1 可编程序控制器的基本结构 13　　3.3.2 可编程序控制器的工作原理 14　　第4章 电梯PLC控制系统的硬件设计 15　　4.1总体设计思想 15　　4.2 PLC控制系统设计分析 16　　4.2.1系统设计的内容及步骤 16　　4.2.2控制电路的设计 16　　4.2.3 PLC控制系统设计 18　　4.2.4 I/O接口的电路设计 19　　4.2.5电梯控制系统实现的功能 20　　4.3变频器的选择 21　　4.3.1VS-616G5型变频器的简介 21　　4.3.2变频器结构及参数的设置 22　　4.3.3 变频器的配置及容量选择 25　　4.4 PLC的选择 27　　4.4.1 PLC的选择 27　　4.4.2 I/O点数计算 28　　4.4.3 I/O分配对照表 30　　4.5旋转编码器与PLC的连接 33　　4.6变压变频调速(VVVF) 33　　4.7变频调速拖动系统的计算 35　　4.8门机电路的设计 37　　4.8.1开关门过程 37　　4.8.1门的拖动系统 38　　第5章 电梯PLC控制系统的软件设计 40　　5.1开关门控制 40　　5.1.1 开门控制 40　　5.1.2 关门控制 41　　5.2 内指令外召唤信号的登记消除及显示 42　　5.2.1 内指令信号处理 42　　5.2.2 外召唤信号处理 43　　5.3层楼计算、换速、平层、停车 43　　5.4层楼位置指示 44　　5.5呼梯铃控制与故障报警 46　　5.6消防运行 46　　5.6.1 消防自动返回下基站 46　　5.6.2消防员专用 47　　结论 48　　致谢 49　　参考文献 50　　附录1 51　　附录2 52　　附录3 58　　附录4 67

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有点复杂!需要专业设计!

YOU -电梯PLC控制系统设计附 -开题报告、设计报告、论""文。

三菱PLC中的MOV是传送指令，可以传送16位数据，如果加“D”则变成32位，占用两个数据寄存器。如下图中的梯形图：第1条指令BMOV处理的是16位指令数据。第2条指令MOV前面的“D”表示处理32位数据，这时相邻的两个数据寄存器组成数据寄存器对，图中指令表示将D21、D20中的数据传送给D23、D22中。MOV后面的“P”表示脉冲执行。即在X1由OFF变为ON时执行一次，若指令助记符后面没有“P”，则表示连续执行。扩展资料：三菱PLC控制系统一般设计方法：1、分析控制系统的控制要求熟悉被控对象的工艺要求，确定必须完成的动作及动作完成的顺序，归纳出顺序功能图。2、选择适当类型的PLC根据生产工艺要求，确定I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等），并列出I/O点清单。进行内存容量的估计，适当留有余量。3、硬件设计根据所选用的PLC产品，了解其使用的性能。按随机提供的资料结合实际需求，同时考虑软件编程的情况进行外电路的设计，绘制电气控制系统原理接线图。4、软件设计（1）软件设计的主要任务是根据控制系统要求将顺序功能图转换为梯形图，在程序设计的时候最好将使用的软元件（如内部继电器、定时器、计数器等）列表，标明用途，以便于程序设计、调试和系统运行维护、检修时查阅。（2）模拟调试。将设计好的程序下载到PLC主单元中。由外接信号源加入测试信号，可用按钮或小开关模拟输入信号，用指示灯模拟负载，通过各种指示灯的亮暗情况了解程序运行的情况，观察输入/输出之间的变化关系及逻辑状态是否符合设计要求。5、现场调试在模拟调试合格的前提下，将PLC与现场设备连接。现场调试前要全面检查整个PLC控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。在保证整个硬件连接正确无误的情况下才可送电。将PLC的工作方式置为“RUN”。反复调试，消除可能出现的问题。当试运一定时间且系统运行正常后，可将程序固化在具有长久记忆功能的存储器中，做好备份。参考资料来源：基恩士中国-PLC自动化教材【基本梯形图编程入门】参考资料来源：PLC100-传送类指令MOV SMOV CMOV BMOV

第1章 绪论 11.1 过程控制发展概况 11.2 过程控制的特点 31.3 过程控制系统的组成及其分类 41.3.1 过程控制系统的组成 41.3.2 过程控制系统的分类 81.4 “过程控制”课程的性质和任务 9思考题与习题 10第2章 被控过程特性及其数学模型 112.1 被控过程的数学模型 112.2 工业过程数学模型建立 122.2.1 机理建模方法 122.2.2 系统辨识法（实验模型） 142.2.3 混合建模法 152.3 单容对象的动态特性 162.3.1 自平衡过程的动态特性 162.3.2 无自平衡过程的动态特性 182.4 多容对象的动态特性 192.4.1 具有自平衡能力的双容过程 192.4.2 不具有自平衡能力的双容过程 212.5 用响应曲线法辨识过程的数学模型 222.5.1 无滞后一阶惯性环节的参数确定 222.5.2 一阶纯滞后惯性环节的参数确定 232.5.3 二阶环节的参数确定 242.5.4 n阶环节的参数确定 242.6 最小二乘法辨识过程的模型 25思考题与习题 26第3章 过程控制系统——单回路控制系统的工程设计 273.1 过程控制系统工程设计概述 273.1.1 对过程控制系统设计的一般要求 283.1.2 过程控制系统设计步骤 283.1.3 过程控制系统设计的主要内容 293.1.4 过程控制系统设计中的若干问题 293.2 控制方案设计 303.2.1 过程控制系统的性能指标 303.2.2 被控变量确定 313.2.3 控制变量确定 323.3 过程控制系统设备选择 393.3.1 测量仪表与传感器选型原则 393.3.2 执行器（调节阀）选择 423.3.3 控制器（调节器）选择 443.4 简单过程控制系统的投运和控制器参数整定 453.4.1 简单控制系统投运 453.4.2 控制器参数整定 463.5 单回路控制系统工程设计实例 513.5.1 喷雾式干燥设备控制系统设计 513.5.2 贮槽液位控制系统设计 53思考题与习题 54第4章 复杂过程控制系统 574.1 串级控制 574.1.1 串级控制系统的结构与工作过程 574.1.2 串级控制系统的特点与分析 594.1.3 串级控制系统的设计 644.1.4 串级控制系统控制器参数整定 654.1.5 串级控制系统的工业应用 674.2 前馈控制 694.2.1 前馈控制系统的基本概念 694.2.2 前馈控制系统的结构 724.2.3 前馈控制的选用与稳定性 764.2.4 前馈控制系统的工程整定 764.2.5 前馈控制系统的工业应用 794.3 大滞后补偿控制 824.3.1 大滞后过程与常规控制方案 824.3.2 大滞后过程的预估补偿控制 854.3.3 大滞后过程的采样控制 874.3.4 大滞后控制系统工业应用举例 884.4 比值控制 924.4.1 常用的比值控制方案 934.4.2 比值控制系统的设计与整定 954.4.3 比值控制系统的工业应用 964.5 分程与选择性控制 974.5.1 分程控制系统原理与设计 974.5.2 分程控制系统的工业应用 994.5.3 选择性控制系统原理与设计 1014.5.4 选择性控制系统的工业应用 1034.5.5 选择性控制系统中的积分饱和与防止 1034.6 多变量解耦控制 1054.6.1 概述 1054.6.2 相对增益及其性质 1064.6.3 复杂过程控制通道的选择 1134.6.4 耦合过程控制器参数整定 1164.6.5 解耦设计 1174.6.6 解耦控制中的一些问题 1204.7 计算机过程控制 1224.7.1 计算机过程控制系统的组成与特点 1234.7.2 数字控制器的模拟化设计 1264.7.3 计算机过程控制系统的设计 135思考题与习题 139第5章 先进过程控制 1465.1 预测控制 1465.1.1 概述 1465.1.2 预测控制的基本原理 1475.1.3 预测控制的实现 1525.1.4 预测控制的工业应用 1535.2 模糊控制 1585.2.1 模糊数学基础 1585.2.2 模糊控制器工作原理 1635.2.3 模糊控制器的设计 1665.2.4 模糊控制器的改进 1725.2.5 模糊控制系统的工业应用 1745.3 神经网络控制 1785.3.1 神经元网络的基本原理与结构 1785.3.2 神经元网络的模型 1825.3.3模糊神经网络 1865.3.4 神经网络控制系统结构 1895.3.5 基于神经网络的控制系统设计 191思考题与习题 198第6章 聚类融合控制 2006.1 聚类融合控制的基本概念 2006.1.1 问题的提出 2006.1.2 聚类融合控制的基本思想 2006.2 聚类融合控制系统的结构 2016.3 模式窗口及时间序列融合 2026.3.1 模式窗口的概念 2026.3.2 融合窗口及其选择 2036.4 聚类融合控制系统的设计 2046.4.1 输入信息空间 2046.4.2 聚类融合空间 2066.4.3 类别空间 2076.4.4 控制输出空间 2086.5 类别空间的特性 2096.5.1 类别空间坐标系统 2096.5.2 定性类别空间 2106.5.3 过程行为的基本类别 2116.5.4 行为空间和行为轨迹 2126.6 ART在聚类融合控制中的应用 2136.6.1 ART神经网络的特点 2136.6.2 ART-2的参数设计 2136.7 ART-2应用中的几个实际问题 2186.7.1 小幅值分量特征的判别 2186.7.2 幅值大小的问题 2196.8 时间序列信息融合的结构 2206.8.1 集中式和分布式融合 2206.8.2 用二进制编码进行二次融合 2226.9 模糊聚类融合控制 2246.9.1 模糊控制存在的问题 2246.9.2 模糊聚类融合控制的基本思想 2266.9.3 模糊聚类融合控制系统的结构 2276.9.4 模糊聚类融合控制的设计 2286.10 聚类融合控制系统的工业应用 2296.10.1 概述 2296.10.2 循环流化床锅炉简介 2296.10.3 循环流化床锅炉燃烧过程聚类融合控制 230思考题与习题 239第7章 计算机集散控制系统 2407.1 概述 2407.1.1 集散控制系统的组成 2407.1.2 集散控制系统的特点 2427.1.3 集散控制系统的发展 2427.2 集散控制系统的现场控制站 2437.2.1 参数控制 2457.2.2 逻辑和顺序控制 2517.2.3 数据监测 2547.3 集散控制系统的操作员站和工程师站 2557.3.1 操作员站和工程师站的功能 2557.3.2 操作员站和工程师站的硬设备 2567.3.3 操作员站和工程师站的软件 2577.4 集散控制系统的网络与通信 2617.4.1 概述 2617.4.2 网络技术初步 2617.4.3 信息传输技术初步 2637.4.4 典型系统的通信网络 2657.5 集散控制系统的工程化设计 2677.5.1 工程化设计的特点 2677.5.2 集散控制系统的方案论证 2687.5.3 集散控制系统的评估 2687.5.4 集散控制系统的工程设计 270思考题与习题 271第8章 过程控制工程应用实例 2728.1 化肥厂H2/N2比例控制 2728.2 氯乙烯精馏过程控制 2758.3 TDC-3000在聚苯乙烯装置上的应用 2778.4 CENTUM系统在合成氨装置中的应用 282思考题与习题 284附录A 信息融合基础知识 285A.1 自适应谐振神经网络 285A.1.1 自适应谐振理论 285A.1.2 ART-2神经网络 289A.2 模式识别和聚类分析基础 295A.2.1 模式和模式空间 295A.2.2 模式类和类别空间 295A.2.3 模式识别 296A.2.4 聚类分析 296A.3 多传感器信息融合 297A.3.1 多传感器系统 297A.3.2 多传感器的信息融合 298A.3.3 多传感器信息融合的方法 301参考文献 305

电气工程师需要会哪些技能如下：作为电气工程师，需要具备一系列的技能和知识来设计、开发和维护电气系统。电路分析与设计：电气工程师需要具备深入了解电路理论和掌握常见电路元件的能力。他们能够进行电路分析和设计，包括计算电路参数、进行电路仿真以及选择合适的元件和设备。电力系统分析与规划：电气工程师需要对电力系统进行分析、规划和优化。他们研究电力传输和分配，考虑电力负载需求、电网稳定性和能源效率等因素，设计可靠的电力系统。了解电力系统的组成和运行原理，如发电机、变压器、传输线路和配电网络等。了解电力市场和能源管理的基本概念，如能源调度、电力负荷预测和电网安全等。控制系统设计与自动化：电气工程师需要了解控制理论和技术，在电气系统、机械系统和工业过程中设计和实施控制系统。他们开发和优化反馈控制算法，选择合适的传感器和执行器，并进行系统建模和仿真。熟悉常见的控制系统技术，如PID控制器、状态空间控制和模糊控制等。了解自动化领域的最新发展，如人工智能控制、机器学习和工业4.0等。电气安全和规范：电气工程师需要关注电气安全问题，并遵守相关的国际和国家标准。他们确保电气系统符合安全规范，包括设计安全性、设备绝缘和接地、防雷和过流保护等。了解电气安全标准和规范，如IEC 61131、NFPA 70和国家电气代码等。关注电气事故案例和经验教训，提高电气安全意识和应急响应能力。项目管理与沟通技巧：电气工程师需要具备项目管理技巧和良好的沟通能力。他们能够组织和领导团队，制定项目计划和资源分配，并与客户、供应商和其他利益相关者进行有效的沟通。学习项目管理方法和工具，如甘特图、里程碑和风险管理等。提升沟通和领导能力，加强团队合作和冲突解决的技巧。总结综上所述，电气工程师需要具备电路分析与设计、电力系统分析与规划、控制系统设计与自动化、电气安全和规范以及项目管理与沟通技巧等多方面的技能。通过持续学习和实践，电气工程师可以在电气工程领域取得更好的成果，并为社会提供可靠、高效和安全的电气系统。

.可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达

　　摘 要：随着时代的不断发展，电气自动化已成为一门自动化领域内的分支技术，其内容正在不断成熟和完善。电气自动化是我国电气调度自动化发展的必然趋势，文章对电气自动化控制系统的设计以及如何提高控制设备可靠性进行了分析。 　　关键词：自动化控制系统；设计；可靠性；措施 　　中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2012）03－0048－02 　　 　　1 电气控制对象的特点和要求 　　（1）电气控制系统相对热机设备而言控制信息采集量小、对象少，操作频率低，但强调快速性、准确性。 　　（2）电气设备保护自动装置要求可靠性高，动作速度快；同时对抗干扰要求较高。 　　（3）热力系统控制处理信息量大，系统复杂，以过程控制为主；电气控制系统（ECS）主要以数据采集系统和顺序控制为主，联锁保护较多。 　　2 电气自动化控制系统的设计思想 　　2.1 集中监控 　　控制站的防护要求低、运行维护方便以及系统设计较为容易是集中监控方式最大的优点，但这也给其带来了弊端，那就是将控制系统中的各个主要功能都集中到一个处理器中进行运转，使处理器的工作任务量增加，阻碍了其运行速度，影响工作的效率。当电气控制设备全部进入到监控状态时，随着被监控对象数量的不断增加导致的结果是主机冗余下降、企业投资增加、电缆数量增加且长距离的电缆运输也将在一定程度上影响着控制系统的可靠性以及稳定性。因为长距离的电缆查线不方便，也增加了维护量，还存在由于查线或传动过程中由于接线复杂而造成误操作的可能性，因此在采用集中监控方式时要对上述问题进行很好的处理。 　　2.2 远程监控 　　随着科技的发展，远程会议、远程视频、远程监控等技术逐渐成熟，而远程监控方式的运用具有节约电缆、减少安装费用的支出、节约材料、提高了可靠性、组态较为灵活等优势，但是这种方式并不适合全厂的电气自动化系统的构建，因为其现场总线的通讯速度相对低于其他方式，而且电厂的电器通讯量巨大，因此远程监控方式通常情况下适用于小型的系统监控，这是我们在设计电子自动化控制系统时需要着重注意的地方。 　　2.3 现场总线监控 　　当前在变电站综合自动化控制系统中已经普遍采用了以太网（Ethernet）、现场总线等计算机网络技术，而且在多年的实践摸索中也已经积攒了丰富的经验，加上当今智能化研究的进步以及智能化设备的迅速发展，都极大的推动了电气自动化控制系统的发展。尤其是现场总线监控方式不但可以针对不同的间隔设定不同的功能，也可以根据具体的间隔情况进行合理设计，其还具有远程监控方式的全部优势，可以大量的减少隔离设备、模拟量变送器等使用，并且针对于智能化设备可就地安装，进而节省了大量的材料费以及安装维护工作量，减少了企业的资本投入，也降低了企业成本，这是我们在设计充分加以使用和发挥其作用的方式。 　　3 提高控制设备可靠性的措施 　　任何电气控制设备设计的再精良也需要稳定的可靠性作为支撑，因此要提高控制设备的可靠性，就需要从实际出发，对控制设备的特点，元器件的正确选择与使用、散热防护、气候防护等方面进行详细的研究，进而采用相应的可提高其可靠性的设计方法，以设计出合格的产品，具体要求如下： 　　3.1 电子元器件的选用 　　元器件是设备的组成部分，其性能的稳定性决定了设备整体的可靠性，因此在元器件的选择上要根据电路性能的要求和工作环境的条件来选用合适的元器件。选择时要对关键性的元器件进行质量的认定与检测；严格比对同类元器件的型号、规格、品种以及生产厂商等之间的优缺点，以选择在技术条件、技术性能、质量等级等均应满足设备工作和环境的要求，并留有足够的余量的元器件。另外，在使用过程中要对元器件表现出来的相关性能与数据进行及时的统计与分析以作为今后选用的依据。 　　3.2 电子设备的环境保护 　　电子设备在使用过程中潮湿、盐雾、霉菌以及气压、污染气体对电子设备影响很大，轻者降低设备的灵敏度，重者直接或间接的损坏电子设备。其中以潮湿因素的影响最大，尤其是在温度低、湿度大的环境下，当湿度达到饱和状态时就会造成设备内的元器件以及印制电路板上产色和凝露现象，使其性能降低，导致故障的发生；另外当潮湿空气侵袭电子设备时，元器件或材料表面会凝聚一层水膜，并由此渗透到内部，进而增加了绝缘材料的导电率，体积电阻率降低，介质损耗增加引发电气短路、漏电、击穿等问题，从而造成设备运行故障。 　　3.3 严格把控设备的设计开发 　　控制设备设计开发阶段是设备可靠性的关键阶段，只有设计的合理与科学才有可能生产出合格的产品，因此此阶段，需要仔细研究设备、元器件、零部件的技术条件、技术环境，以分析出产品的设计参数，进而制定出合理的设计方案；其二，在全面掌握产量设定产品结构形式和产品类型的基础上，进行综合、全面的构思，设定出产品的结构。使产品具有良好的操作维修性能和使用性能，以降低设备的维修费用和使用费用。 　　3.4 控制设备的散热防护 　　控制设备的散热防护是影响设备运行速度以及稳定性的重要因素，温度对设备可靠性的影响是不容小觑的，因为电子设备在运行时会损耗一定功率，是以热能的形式表现出来的，特点是一些功率较大的元器件在运行中产生的热能更是相当惊人，此时如果不进行有效的降温就有可能导致设备的损坏。另外当外界环境温度较高时，设备工作时产生的热能难以散发出去，也将使设备温度升高。在实际工作中对于半导体分立器件要进行一定的散热处理，而功率低于100 W的一般不需要进行散热；对于功率较大的半导体分立器件应加装散热器；对热较为敏感的半导体分立器件在安装时应尽量远离耗散功率大的元器件，以免造成不必要的影响。 　　4 结束语 　　综上所述，提高电气自动化控制设备的设计能力以设计出高可靠性的设备是我们未来不断研究和探索的方向，只有在设计环节中提高重视，通过采用各种技术处理措施，在使用过程中做到按照流程操作、及时维护与保养，才能保证设备的可靠性，也才会有满意的成果。 　　参考文献： 　　［1］苗磊.浅谈电气自动化控制设备可靠性测试方法［J］.黑龙江科技信息，2009（17）. 　　［2］张伟林，宋修臣.浅谈电气自动化控制设备可靠性测试的方法［J］.中小企业管理与科技，2009（21）. 　　［3］史国生.电气控制与可编程控制器技术［M］.北京：化学工业出版社，2010. 　　［4］任彦硕，赵一丁，张家生.自动控制系统［M］.北京：北京邮电大学出版社，2006. （编辑：尤俊丽） 　　 　　Thought of the Electrical Automatic Control System 　　Zeng Zongquan 　　Abstract: With the continuous development, electrical automation has become a branch technology in the field of automation, and its contents continue to mature and perfect. Electrical automation is the inevitable trend of China"s electrical dispatching automation development. The article analyzes the design of electrical automation and control system and how to improve the reliability of control equipment. 　　Key words: automatic control system; design; reliability; measures

为什么不用纯物理机械方式控制水位呢？环保节电，呵呵

100个自动化概论课结课论文题目1. 智能压力传感器系统设计 2. 智能定时器 3. 液位控制系统设计 4. 液晶控制模块的制作 5. 嵌入式激光打标机运动控制卡软件系统设计 6. 嵌入式激光打标机运动控制卡硬件系统设计 7. 基于单片机控制的数字气压计的设计与实现 8. 基于MSC1211的温度智能温度传感器 9. 机器视觉系统 10. 防盗与恒温系统的设计与制作 11. 防盗报警器 12. AT89S52单片机实验系统的开发与应用 13. 在单片机系统中实现SCR（可控硅）过零控制 14. 微电阻测量系统 15. 基于单片机的电子式转速里程表的设计 16. 基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统 17. 公交车汉字显示系统 18. 基于单片机的智能火灾报警系统 19. WIN32环境下对PC机通用串行口通信的研究及实现 20. FIR数字滤波器的MATLAB设计与实现方法研究 21. 无刷直流电机数字控制系统的研究与设计 22. 直线电机方式的地铁模拟地铁系统制作 23. 稳压电源的设计与制作 24. 线性直流稳压电源的设计 25. 基于CPLD的步进电机控制器 26. 全自动汽车模型的设计制作 27. 单片机数字电压表的设计 28. 数字电压表的设计 29. 计算机比值控制系统研究与设计 30. 模拟量转换成为数字量的红外传输系统 31. 液位控制系统研究与设计 32. 基于89C2051 IC卡读/写器的设计 33. 基于单片机的居室安全报警系统设计 34. 模拟量转换成为数字量红外数据发射与接收系统 35. 有源功率因数校正及有源滤波技术的研究 36. 全自动立体停车场模拟系统的制作 37. 基于I2C总线气体检测系统的设计 38. 模拟量处理为数字量红外语音传输接收系统的设计 39. 精密VF转换器与MCS-51单片机的接口技术 40. 电话远程监控系统的研究与制作 41. 基于UCC3802的开关电源设计 42. 串级控制系统设计 43. 分立式生活环境表的研究与制作(多功能电子万年历) 44. 高效智能汽车调节器 45. 变速恒频风力发电控制系统的设计 46. 全自动汽车模型的制作 47. 信号源的设计与制作 48. 智能红外遥控暖风机设计 49. 基于单片控制的交流调速设计 50. 基于单片机的多点无线温度监控系统 51. 蔬菜公司恒温库微机监控系统 52. 数字触发提升机控制系统 53. 农业大棚温湿度自动检测 54. 无人监守点滴自动监控系统的设计 55. 积分式数字电压表设计 56. 智能豆浆机的设计 57. 采用单片机技术的脉冲频率测量设计 58. 基于DSP的FIR滤波器设计 59. 基于单片机实现汽车报警电路的设计 60. 多功能数字钟设计与制作 61. 超声波倒车雷达系统硬件设计 62. 基于AT89C51单片机的步进电机控制系统 63. 模拟电梯的制作 64. 基于单片机程控精密直流稳压电源的设计 65. 转速、电流双闭环直流调速系统设计 66. 噪音检测报警系统的设计与研究 67. 转速闭环（V-M）直流调速系统设计 68. 基于单片机的多功能函数信号发生器设计 69. 基于单片机的超声波液位测量系统的设计 70. 仓储用多点温湿度测量系统 71. 基于单片机的频率计设计 72. 基于DIMM嵌入式模块在智能设备开发中的应用 73. 基于DS18B20的多点温度巡回检测系统的设计 74. 计数及数码显示电路的设计制作 75. 矿井提升机装置的设计 76. 中频电源的设计 77. 数字PWM直流调速系统的设计 78. 开关电源的设计 79. 基于ARM的嵌入式温度控制系统的设计 80. 锅炉控制系统的研究与设计 81. 智能机器人的研究与设计 ——u001F自动循轨和语音控制的实现 82. 基于CPLD的出租车计价器设计——软件设计 83. 声纳式高度计系统设计和研究 84. 集约型无绳多元心脉传感器研究与设计 85. CJ20-63交流接触器的工艺与工装 86. 六路抢答器设计 87. V-M双闭环不可逆直流调速系统设计 88. 机床润滑系统的设计 89. 塑壳式低压断路器设计 90. 直流接触器设计 91. SMT工艺流程及各流程分析介绍 92. 大棚温湿度自动控制系统 93. 基于单片机的短信收发系统设计 ――硬件设计 94. 三层电梯的单片机控制电路 95. 交通灯89C51控制电路设计 96. 基于D类放大器的可调开关电源的设计 97. 直流电动机的脉冲调速 98. 红外快速检测人体温度装置的设计与研制 99. 基于8051单片机的数字钟 100. 48V25A直流高频开关电源设计

有必要上这儿来吗，去图书馆的数据库，这样类型的文章多得不得了啊

要：本文介绍了一种基于MSP430 单片机的温度测控装置。该装置可实现对温度的测量，并能根据设定值对环境温度进行调节，实现控温的目的。控制算法基于数字PID算法。0 引言温度是工业控制中主要的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足重轻的作用。随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术得到了迅速的发展和广泛的应用[1]。单片机具有处理能强、运行速度快、功耗低等优点，应用在温度测量与控制方面，控制简单方便，测量范围广，精度较高。本文设计了一种基于MSP430单片机的温度测量和控制装置，能对环境温度进行测量，并能根据温度给定值给出调节量，控制执行机构，实现调节环境温度的目的。1 整体方案设计单片机温度控制系统是以MSP430单片机为控制核心。整个系统硬件部分包括温度检测系统、信号放大系统、A/D转换、单片机、I/O设备、控制执行系统等。单片机温度控制系统控制框图如下所示：温度传感器将温度信息变换为模拟电压信号后，将电压信号放大到单片机可以处理的范围内，经过低通滤波，滤掉干扰信号送入单片机。在单片机中对信号进行采样，为进一步提高测量精度，采样后对信号再进行数字滤波。单片机将检测到的温度信息与设定值进行比较，如果不相符，数字调节程序根据给定值与测得值的差值按PID控制算法设计控制量，触发程序根据控制量控制执行单元。如果检测值高于设定值，则启动制冷系统，降低环境温度；如果检测值低于设定值，则启动加热系统，提高环境温度，达到控制温度的目的。2 温度信号检测本系统中对检测精度要求不是很高，室温下即可，所以选用高精度热敏电阻作为温度传感器。热敏电阻具有灵敏度较高、稳定性强、互换精度高的特点。可使放大器电路极为简单, 又免去了互换补偿的麻烦。热敏电阻具有负的电阻温度特性,当温度升高时,电阻值减小,它的阻值—温度特性曲线是一条指数曲线,非线性度较大。而对于本设计，因为温度要求不高，是在室温环境下，热敏电阻的阻值与环境温度基本呈线性关系[2]，这样可以通过电阻分压简单地将温度值转化为电压值。给热敏电阻通以恒定的电流，可得到电阻两端的电压，根据与热敏电阻特性有关的温度参数T0 以及特性系数k，可得下式T＝T0-kV(t) (1)式中T为被测温度。根据上式，可以把电阻值随温度的变化关系转化为电压值随温度变化的关系,由于热敏电阻的电信号一般都是毫伏级，必须经过放大，将热敏电阻测量到的电信号转化为0～3.6之间，才能在单片机中使用。下图为放大电路原理图。稳压管的稳压值为1.5V。由于传感器输出微弱的模拟信号，当信号中存在环境干扰时，干扰信号也被同时放大，影响检测的精度，需用滤波电路对先对模拟信号进行处理，以提高信号的抗干扰能力。本系统采用巴特沃斯二阶有源低通滤波电路。选取该巴特沃斯二阶有源低通滤波电路的截止频率fH=10 kHz 。3 控制系统设计3.0 软件设计单片机温度控制器控制温度范围100℃到400℃，采用通断控制，通过改变给定控制周期内加热和制冷设备的导通和关断时间，来提高和降低温度，以达到调节温度的目的。软件设计中选取控制周期TC 为200(T1×C) ，导通时间取Pn ×T1×C ，其中Pn 为输出的控制量，Pn值介于0～200之间， T1 为定时器定时的时间，C为常数。由上两式可看出，通过改变T1 定时时间或常数C，就可改变控制周期TC 的大小。温度控制器控制的最高温度为400℃，当给定温度超过400℃时以400℃计算。图3为采样中断流程图。数模转换部分使用单片机自带的12位A/D转换器，能同时实现数模转换和控制，免去使用专用的转换芯片，使系统处理速度更快，精度更高，使电路简化。采样周期为500 μs ，当采集完16个点的数据以后，设置标志“nADCFlag =1”，通知主程序采集完16个点的数据，主程序从全局缓冲区里读出数据。为进一步减小随机信号对系统精度的影响，A/D转换后，用平均值法对采样值进行数字滤波。每16个采样点取一次平均值。然后将计算到的平均值作为测量数据进行显示。同时，按照PID算法，对温度采样值和给定值之间的偏差进行控制，得到控制量。采样全过程完成后就可屏蔽采样中断，同时启动T1定时[3]，进入控制过程。温度值和热敏电阻的测量值在整个温度采样区间内基本呈线性变化，因此在程序中不需要对测量数据进行线性校正。MSP430的T1定时器中断作为控制中断，温度采样过程和控制输出过程采用了互锁结构，即在进行温度采样，温度值处理和运算等过程时T1不定时，待采样全过程进行完时再启动T1定时并同时屏蔽采样中断。T1定时开始就进入控制过程，在整个控制过程中都不采样，直到200(T1×C) 定时时间到，要开始新一轮的控制周期。在启动采样的同时屏蔽T1中断。图4为T1定时中断流程图。图中，M代表定时器控制周期计数值，N则表示由调节器计算出的控制量。首先判断控制周期TC是否己经结束。若控制周期TC已结束(即M=0)，则屏蔽T1定时器中断，进行新一轮温度采样；若控制周期TC还未结束〔即M≠0 〕，则开始判断导通时间是否结束。若导通时间己结束(即N=0)，则置输出控制信号为低，并重新赋常数C值，启动定时器定时，同时退出中断服务程序；若导通时间还未结束(即N ≠0 )，则置输出控制信号为高，控制执行其间继续导通，重新赋常数C值，启动定时器定时，同时退出中断服务程序。3.1 数字PID本文控制算法采用数字PID 控制，数字PID 算法表达式如下所示：其中，KP 为比例系数；KI=KPT/TI 为积分系数；T 为采样周期，TI 为积分时间系数；KD=KPTD/T 为微分系数，TD 为微分时间系数。u(k) 为调节器第k次输出， e(k) 为第k 次给定与反馈偏差。对于PID 调节器，当偏差值输出较大时，输出值会很大，可能导致系统不稳定，所以在实际中，需要对调节器的输出限幅[4]，即当|u|>umax 时，令u=umax 或u=-umax ，或根据具体情况确定。3.2 温度调节PI 控制器根据温度给定值和测量值之间的偏差调节，给出调节量，再通过单片机输出PWM 波，调节可控硅的触发相位的相位角，以此来控制执行部件的关断和开启时间，达到使温度升高或降低的目的。随后整个系统再通过检测前一阶段控制后的温度，进行近一步的控制修正，最终实现预期的温度监控目的。4 结论本设计利用单片机低功耗、处理能力强的特点，使用单片机作为主控制器，对室内环境温度进行监控。其结构简单、可靠性较高，具有一定的实用价值和发展前景。参考文献[1] 赵丽娟，邵欣.基于单片机的温度监控系统的设计与实现.机械制造，2006，44(1)[2] 张开生，郭国法.MCS-51 单片机温度控制系统的设计.微计算机信息，2005，(7)[3] 沈建华，杨艳琴，翟骁曙..MSP430 系列16 位超低功耗单片机原理与应用.清华大学出版社，2004，148-155[4] 赖寿宏.微型计算机控制技术.北京:机械工业出版社，1994:90-95

Smith补偿与大林算法的比较摘要:研究了两类用于时滞系统控制的方法,即包括自整定PID控制Smith预估控制和Dahlin算法在内的经典控制方法和包括模糊控制,神经网络控制和模糊神经网络拉制在内的智能控制方法,经过比较后认为经典控制结构简单,可靠性及实用性强,而智能控制则具有自适应性和坚固性好,抗干扰能力强的优势,因而将这两种控制方法结合起来是控制时滞系统有效实用的方法,具有很好的应用前景.1引言在工业生产过程中,具有时滞特性的控制对象是非常普遍的,例如造纸生产过程,精馏塔提馏级温度控制过程,火箭发动机燃烧室中的燃烧过程等都是典型的时滞系统.为解决纯滞后时间对系统控制性能带来的不利影响,许多学者在理论和实氏上做了大量的研究工作,提出了很多行之有效的方法.本文主要介绍其中两类研究得比较多的控制方法,即最早在时滞系统控制中应用的几种经典控制方法和近年来受到广泛关注的智能控制方法.2经典控制所谓经典控制方法是指针对时滞系统控制问题提出并应用得最早的控制策略,主要包括自整定PID控制,Smith预估控制,大林算法这几种方法.这些方法虽然理论上比较简单,但在实际应用中却能收到很好的控制效果,因而在工业生产实践中获得了广泛的应用.2.1自整定PID控制PID控制器由于具有算法简单,鲁棒性好和可靠性高等特点,因而在实际控制系统设计中得到了广泛的运用,据统计PID控制是在工业过程控制中应用最为广泛的一种控制算法.PID控制的难点在于如何对控制参数进行整定,以求得到最佳控制效果.较早用来整定PID控制器参数的方法有:Ziegler-Nichols动态特性法,Cohen-Coon响应曲线法,基于积分平方准则ISE的整定法等.但是这些方法只能在对象模型精确己知的情况下,Cui,Kunfln Zhang,Yifei实现PID参数的离线整定,当被控对象特性发生变化时,就必须重新对系统进行模型辨识.为了能在对象特性发生变化时,自动对控制器参数进行在线调整,以适应新的工况,PID参数的自整定技术就应运而生了.目前用于自整定的方法比较多,如继电型自整定技术,基于过程特征参数的自整定技术,基于给定相位裕度和幅值裕度的SPAM法自整定技术,基于递推参数估计的自整定技术以及智能自整定技术等.总体来看这类自整定PID控制器对于(T为系统的惯性时间常数)的纯滞后对象控制是有效的,但对于大纯滞后对象,当时,按照上述方法整定的PID控制器则难以稳定.2.2 Smith预估控制Smith于1957年提出的预估控制算法,通过引入一个与被控对象相并联的纯滞后环节,使补偿后的被控对象的等效传递函数不包括纯滞后项,这样就可以用常规的控制方法(如PID或PI控制)对时滞系统进行控制.Smith预估控制方法虽然从理论上解决了时滞系统的控制问题,但在实际应用中却还存在很大缺陷.Palmor提出Smith预估器存在这样两点不足:1.它要求有一个精确的过程模型,当模型发生变化时,控制质量将显著恶化;2.Smith预估器对实际对象的参数变化十分敏感,当参数变化较大时,闭环系统也会变得不稳定,甚至完全失效.Watanabe进一步指出Smith预估器的两个主要缺陷:1.系统对扰动的响应很差;2.若控制对象中包含的极点时,即使控制器中含有积分器,系统对扰动的稳态误差也不为零.另外Smith预估器还存在参数整定上的困难,这些缺陷严重制约了Smith预估器在实际系统中的应用.针对Smith预估器存在的不足,一些改进结构的Smith预估器就应运而生了.Hang C C等针对常规预估控制方案中要求受控对象的模型精确这一局限,在常规方案基础上,外加调节器组成副回路对系统进行动态修正,该方法的稳定性和鲁棒性比原来的Smith预估系统要好,它对对象的模型精度要求明显地降低了.Watanabe提出的改进结构的Smith预估器采用了一个抑制扰动的动态补偿器M(s),通过配置M(s)的极点,能够获得较满意的扰动响应及对扰动稳态误差为零.对于Smith预估器的参数整定问题,张卫东等人提出了一种解析设计方法,并证明该控制器可以通过常规的PID控制器来实现,从而能根据给定的性能要求(超调或调节时间)来设计控制器参数.2.3大林算法大林算法是由美国IBM公司的Dahlin于1968年针对工业过程控制中的纯滞后特性而提出的一种控制算法.该算法的目标是设计一个合适的数字调节器D(z),使整个系统的闭环传递函数相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节,而且要求闭环系统的纯滞后时间等于被控对象的纯滞后时间.大林算法方法比较简单,只要能设计出合适的且可以物理实现的数字调节器D(z),就能够有效地克服纯滞后的不利影响,因而在工业生产中得到了广泛应用.但它的缺点是设计中存在振铃现象,且与Smith算法一样,需要一个准确的过程数字模型,当模型误差较大时,控制质量将大大恶化,甚至系统会变得不稳定.实际上已有文献证明,只要在Smith预估器中按给定公式设计调节器D伺,则Smith预估器与Dahlin算法是等价的,Dahlin算法可以看作是Smith预估器的一种特殊情况.

(1)开环增益(2)系统型别(3)输入信号

　　2010数字电路课程设计论文　　数字抢答器设计　　系 部： 电气系　　班 级：093341　　学 号：01　　学生姓名： 廖 继 武　　指导教师： 龙 治 红　　专 业： 电子信息工程　　2010 年12月12日　　目录　　摘要 I　　第1章 绪论 1　　第2章 抢答器的系统概述 2　　2.1设计任务及要求 2　　2.2 设计方案论证 3　　2.3 抢答器的工作原理 4　　2.4优先判断与编号锁存电路 错误！未定义书签。　　第3章 抢答器的单元电路设计 6　　3.1抢答器设计中的优先编码电路 7　　3.2抢答器设计中的定时电路 9　　3.3抢答器设计中的报警电路 10　　3.4抢答器设计中的时序控制电路 9　　3.5七段显示译码器与数码管 12　　3.6抢答器的功能说明 14　　第4章 总结 15　　附录 16　　摘要　　数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将电路的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。经过布线、焊接、调试等工作后数字抢答器成形。更具实用性。　　关键字： 抢答电路 定时电路 报警电路 时序控制电路　　第1章 绪论　　当今的社会竞争日益激烈，选拔人才，评选优胜，知识竞赛之类的活动愈加频繁，而在竞赛中往往分为几组参加，这时针对主持人提出的问题，如果要是让抢答者用举手等方法，这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性。比赛中为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，这就要有一种抢答设备作为裁判员，这就必然离不开抢答器。　　抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它能迅速、客观地分辨出最先获得发言权的选手。早期的抢答器只由几个三极管、可控硅、发光管等组成，能通过发光管的指示辩认出选手号码。现在大多数抢答器均使用单片机或数字集成电路，并增加了许多新功能，如选手号码显示、抢按前或抢按后的计时、选手得分显示等功能。　　目前数字电子技术已经广泛地应用到计算机、自动控制、电子测量仪表、电视、雷达、通讯等各个领域。随着科技的发展，现在的抢答器有着数字化，智能化的方向发展，这就必然提高了抢答器的成本。鉴于现在小规模的知识竞赛越来越多，操作简单，经济实用的小型抢答器必将大有市场。因此，我选择简易逻辑数字抢答器这一课题。简易逻辑数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。　　本课题设计通过参考大量文献对抢答器的工作原理做了系统介绍，通过详细的调查和权威技术资料及相关情报的收集，为学校等单位举行的简单的抢答活动提供了简单设计思路，对于企业了解抢答器产品生产技术及其发展状况十分有益。　　本课题设计了一种采用数字电路制作的多功能数字抢答器，它主要采用了74系列的常用集成电路，它除了具有基本的抢答功能之外，还具有定时报警的功能，和数显的功能，当抢答开始后，系统会自动倒计时，并且时间是可以预设的，期间有人抢答的话系统会停止计时，如果期间没人抢答，系统会有短暂的报警，提示抢答结束。通过这次课程设计,了解简单多功能数字电路抢答器的组成原理，初步掌握数字电路抢答器的调整及测试方法，提高思考能力和实践能力。同时通过本课题设计，巩固已学的理论知识，建立逻辑数字电路的理论和实践的结合，了解多功能抢答器各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、计算定时计数的各个单元电路。　　第2章 抢答器的系统概述　　抢答器我们都知道是选手做抢答题时用的，选手进行抢答，由抢到题的选手回答问题。抢答器不仅考验选手的反应速度同时也要求选手具备足够的知识面和一定的勇气。选手们都站在同一起跑线上，体现公平的原则。本设计的数字抢答器由主体电路和扩展电路组成。现简单的介绍设计任务及要求、设计方案论证、工作原理以及优先判断与编码电路。　　2.1设计任务及要求　　设计任务：设计一个具有锁存与显示功能的6人抢答逻辑电路。本课题的设计任务从功能上分, 主要包括以下两个部分:　　（1）基本功能　　可同时6名选手参加比赛，他们的编号分别是1，2，3，4，5，6。　　各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是S1，S2，S3，S4，S5，S6。　　A、节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零和抢答的开始。　　B、数字抢答器应具有数码锁存、显示功能。抢答开始后，若有选手按动抢答　　按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示选手的编号，同时扬声器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。　　（2）扩展功能　　A、定时抢答功能。抢答器定时为20 s，启动起始键后，定时器开始工作，立即减计，并在显示器上显示出来，同时扬声器要短暂报警。　　B、参赛选手在设定的时间内抢答（30s），抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢倕时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。　　C、 当定时抢答的时间已到，还没有选手抢答进，本次抢答无效，系统短暂报警,并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示00。　　2.2 设计方案论证　　制作抢答器可以采用多种设计方案，可以用单片机来完成，它的功能强大制作简单，并且外围的元件也很少；也可以用PLC来实现，它的制作也是比较简单；最后也可以用数字电路来实现，它的原理比较简单，集成块的价格也比较便宜且很容易购买，与我们学完的《数字电路》联系紧密，能将我们所学知识用于实际，对巩固所学知识有重要意义，用了一些成型电路，如NE555标准秒脉冲电路等，使总体方案易于实现，本设计采用的是数字电路。　　2.3 抢答器的工作原理　　如图2.1所示为抢答器的结构框图，它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路完成检测数码管工作情况。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到"清除"状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置于"开始"状态，宣布"开始"抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作"清除"和"开始"状态开关。　　2.4优先判断与编号锁存电路　　74LS190的 优先判断与编号锁存电路如图2.2所示。电路选用优先编码器 74LS148（逻辑功能图2.3）和基本RS触发器（逻辑功能图2.4）来完成。该电路主要完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作　　过程：系统清除按键按动时，四个RS触发器的置 端均为+5V，使四个触发器均被置0。1Q为0，使74LS148的使能端 =0，74LS190计数器的输入端D0=0，此时十位的74LS190输入“0010”，个位唯“0000”，从而进行20倒计时（见图2.5），74LS148处于允许编码状态，同时1Q为0，使74LS48的灭灯输入端 =0，数码管无显示。这时抢答器处于准备抢答状态。　　当系统清除按键松开时，抢答器处于等待状态。当有选手将按键开关按下时，抢答器将接受并显示抢答结果，假设按下的是S4，则74LS148的编码输出为011，此代码送入基本RS触发器后再锁存74LS148，使4Q3Q2Q=100，亦即74LS148的输入为0100；又74LS148的优先编码标志输出Ys非为0，使1Q=1，即 =1，74LS48处于译码状态，译码的结果显示为“4”。同时1Q=1，使74LS148的 =1，74LS148处于禁止状态，从而封锁了其他按键的输入。此外，当优先抢答者的按键松开再按下时，由于仍为1Q=1，使 =1，74LS148仍处于禁止状态，确保不会接受二次按键时的输入信号，保证了抢答者的优先性。　　图2.2　　图2.3 CT74LS148 逻辑功能示意图　　图2.4 基本RS触发器示意图　　图2.5 控制74 LS190计数器　　第3章 抢答器的单元电路设计　　简易逻辑数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。现简单介绍抢答器设计中的优先编码电路、定时电路、报警电路、时序控制电路、七段显示数码器及译码管电路。　　3.1抢答器设计中的优先编码电路　　优先编码电路如图3.1所示。该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是禁止其他选手按键操作无效。　　工作过程：开关S置于“清除”端时，RS触发器的 端均为0，4个触发器输出置0，使74LS148的 ＝0，使之处于工作状态。当开关S置于“开始”时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出 经RS锁存后，1Q=1， =1，74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经译码显示为“5”。此外，1Q＝1，使74LS148 ＝1，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的 此时由于仍为1Q＝1，使 ＝1，所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置于“清除”然后再进行下一轮抢答。并且当1Q=时，使得74LS190的输入当D0=1，从而十位的74LS190的输入端唯“0011”，个位为“0000”，从而进行30秒倒计时。　　74LS148是二进制的8线-3线优先编码器，从它的功能真值表中可以看出，输入、输出都是低电平有效，且输入中的I7的优先权最高，I0的优先权最低。输出低电平有效也称反码输出。当编码器工作时，若I0=1，不论其他输入端是否为有效低电平，只对IN7进行编码，编码输出为 若I7 =1，I6=0，则只对I6进行编码，编码输出为 ，其他编码过程依次类推。　　( 74LS148为8线－3线优先编码器。表3.1为74LS148的功能真值表。)　　表3.1 74LS148的功能真值表　　3.2抢答器设计中的定时电路　　由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置（20S），计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器74LS190进行设计，具体电路如图3.2所示。本设计是以555构成震荡电路，由74LS190来充当计数器，构成抢答器的倒计时电路。该电路简单，无需用到晶振，芯片都是市场上容易购得的。设计功能完善，能实现直接清零、启动。74LS190 是一个十进制可逆计数器，它有两个时钟输入端CU和CD，当从CU输入时，进行加法记数，从CD输入时，进行减法记数。它有进位和借位输出，可以进行几位串接记数。它还有独立的置“0”输入端，并且可以单独对加法或减法记数进行预置数，本设计中的抢答器的定时电路就是利用74LS190中的预置数的功能来进行定时的。　　图3.2定时电路　　3.3抢答器设计中的报警电路　　在我们实验室里，由于蜂鸣器不要CP脉冲只要有一定的电压和电流就能报警，只要前面的电路正确就报警，根据老师的要求，我设计了有人抢答和最后5S、3S、1S报警(见下图)。我主要通过十位的74LS190的Q0,Q1与个位的74LS190的Q0,Q1.Q2,Q3,经过8个输入端的或非门来控制最后5S、3S、1S报警，例如控制最后5S报警时，吧十位的Q0,Q1直接接在或非门上，个位的Q0,Q2经过非门后再接在或非门是，Q1，Q3直接接就可以啦！8输入端的或非门其余没用的管脚接地或者悬空就可以实现最后5S报警呢！关于最后3S，1S报警的与5S报警的差不多，只要控制好相应的管脚就可以啦！　　有人抢答就报警就是把74LS148的三个输出端一起经过与非门就可以，因为没有人抢答时，输出端都为1；当有人抢答时三个输出端必定有一个为零，经过与非门后即为1，从而报警（见下图）。　　最后5S,3S,1S报警电路图　　有人抢答报警电路图　　3.4抢答器设计中的时序控制电路　　时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：　　①主持人将控制开关拨到"开始"位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进人正常抢答工作状态。　　②当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时回答电路开始工作。　　③当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。　　根据上面的功能要求，设计的时序控制电路。通过74LS4078控制74LS148的输人使能端 。工作原理是：主持人控制开关从"清除"位置拨到"开始"位置时，有74LS148送到基本RS触发器输出 1Q=0， 同时1Q的信号送到74LS148 端，使74LS148开始工作，且1Q送到74LS190的D0端，使74LS190进行定时电路进行递减计时（20S）。同时，在定时时间未到时，通过8输入端的或非门输出端为“0”，则"定时到信号"为0，送到74LS148 端，使74LS148开始工作，从而实现功能①的要求。当选手在定时时间内按动抢答键时，1Q＝1， 即74LS148 =1，74LS148处于禁止工作状态，同时RS触发器输出的信号1到74LS190的DO，使74LS190实现从30S开始递减，从而实现功能②的要求。当定时时间到时，通过8输入端的或非门使"定时到信号"为1，使74LS190的 =1，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。　　3.5七段显示译码器与数码管　　七段显示译码器与数码管如下图3.6所示。7段显示译码74LS48将锁存器74LS279的信号译码，输出给数码管。当后台工作人员将S置于GND， =0，使灯测试输入端（图中3号）=1，这时测试数码管工作情况；当后台工作人员将S置于Vcc， =1，使灯测试输入端（图中3号）=1，这时正常译码。　　（74LS48为4线－七段译码器/驱动器，表3.2为其真值表，图3.7为逻辑图）　　图3.6 7段显示译码器与数码管　　Inputs Outputs　　D C B A　　a b c d e f g　　0 H H L L L L H H H H H H H L　　1 H X L L L H H L H H L L L L　　2 H X L L H L H H H L H H L H　　3 H X L L H H H H H H H L L H　　4 H X L H L L H L H H L L H H　　5 H X L H L H H H L H H L H H　　6 H X L H H L H L L H H H H H　　7 H X L H H H H H H H L L L L　　8 H X H L L L H H H H H H H H　　9 H X H L L H H H H H L L L L　　10 H X H L H L H L L L H H L H　　11 H X H L H H H L L H H L L H　　12 H X H H L L H L H L L L H H　　13 H X H H L H H H L L H L H H　　14 H X H H H L H L L L H H H H　　15 H X H H H H H L L L L L L L　　BI X X X X X X L L L L L L L L　　RBI H L L L L L L L L L L L L L　　L X X X X X H H H H H H H H　　表3.2 74LS48真值表　　图3.7 74LS48逻辑图　　3.6抢答器的功能说明　　在知识比赛中，特别是做抢答题目的时候，在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要设计一个系统来完成这个任务。本文主要介绍了简单逻辑数字电路抢答器的设计及工作原理，以及它的实际用途。如果要让比赛更公平，防止出现违规现象，可以增加其扩展功能：　　(1) 可以设计声控装置，在主持人说开始时，系统自动完成清零并开始计时的功能。　　(2) 在主持人读题的过程中，禁止抢答，可以在主持人控制的开关上另接一个与图3-1一样的电路，即可实现“违规者可见”的功能，即在主持人读题时如果有人违反比赛规定抢先按动按钮，显示器可以显示是哪个参赛队抢先，便于作出相应的处理。　　第4章 总结　　本设计主要讲述了抢答器的工作原理和工作过程。在说明工作原理的过程中，突出了抢答器设计中的基本电路的组成单元以及这些单元如何实现抢答功能；结合本设计的内容，指出了各单元电路的设计方法和意义，以及如何进行抢答控制。在这次设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。电路设计是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力。它才是一个设计的灵魂所在。因此在整个设计过程中大部分时间是用在单元电路的理解和设计上面。很多单元电路是可以借鉴书本上的，但怎样衔接各个单元电路才是关键的问题所在。经过这段时间的努力，在老师和同学的帮助下终于彻底的做完了课程设计的所有工作。通过这次的课程设计，我能运用已学的知识解决我在设计中遇到的问题，使我思考问题的能力得到了很大的提高。在做设计的过程中我查阅了很多的资料，并认真的阅读这些与我的设计相关的资料，从而我的专业涵养得到了提高，知识的储备量也有所增加。在做设计时，我复习了很多专业课的知识，这使得我的专业知识在离校之前得到了巩固。　　这次设计,让我受益匪浅。我对数字电路设计中的逻辑关系等有了一定的认识，对以前学的数字电路又有了一定的新认识，温习了以前学的知识，就像人们常说的温故而知新，但在设计的过程中，遇到了很多的问题，有一些知识都已经不太清楚了，但是通过查找一些资料又重新的温习了一下数字电路部分的内容。　　通过这次设计我也发现自己的很多不足之处。在设计过程中我发现自己考虑问题很不全面，自己的专业知识掌握的很不牢固，所掌握的电路应用软件还不够多，我希望自己的这些不足之处能在今后的工作和学习中得到改善。而且，通过这次设计，我懂得了学习的重要性，学会了坚持和努力，这将为以后的学习做出了最好的榜样！我将会在以后的生活中继续学习。　　附录

PLC控制系统设计的好坏直接影响着产品的质量和企业的生产效率，因此，在设计PLC控制系统时要全面了解被控对象的机构和运行过程，明确动作的逻辑关系，同时力求使控制系统简单、经济、使用及维护方便，并保证控制系统安全可靠。plc应用系统设计主要遵循以下基本原则：深入细致地了解和分析被控对象的控制要求，确定输入，输出设备的类型和数量。根据输入/输出设备的类型和数量，确定PLC的输入/输出点数，并选择相应点数的PLC机型在硬件设计中要合理分配输入/输出点数，控制台/控制柜的设计和选择，操作面板的设计，并绘制PLC控制系统输入/输出端子接线图。系统软件设计，就是根据控制要求绘制工作循环图或状态流程图，并编写用户程序。将用户程序输入到PLC内部存储器中，进行程序调试。调试过程结束，整理技术资料，投入使用。PLC控制系统设计的方法翻译法：将继电器电路图“翻译”成梯形图，即用PLC的外部硬件接线和梯形图软件来实现继电器系统的功能，习惯上称为翻译法。翻译法用于将简单的控制线路改造为PLC控制，对于较复杂的继电器—接触器控制系统，仅用翻译法反而麻烦，这时往往与其它方法结合，翻译法可用于整个控制系统中的某一局部控制器。经验设计法：是在一些典型电路的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，不断修改和完善梯形图。这种PLC梯形图的设计方法没有普遍的规律可以遵循，具有很大的试探性和随意性，设计所用的时间/质量和设计的经验有很大的关系，所以又叫经验设计法。PLC程序的逻辑设计法：逻辑设计法就是应用逻辑代数以逻辑组合的方法和形式设计电气控制系统，逻辑设计法的理论基础是逻辑函数，而继电接触控制的本质是逻辑线路，因此，从本质上来说，电气控制线路是一种逻辑电路，可用逻辑函数表示。

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PLC跟电脑控制系统有什么区别? 与计算机控制系统相比,PLC有哪些优点: 可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制装置的关键效能。PLC由于采用现代大规模积体电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬体故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报资讯。在应用软体中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程式，使系统中除PLC以外的电路及装置也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 配套齐全，功能完善，适用性强 PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的资料运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通讯能力的增强及人机介面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。 易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控装置。它介面容易，程式语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和组合语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 PLC用储存逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制装置外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一装置经过改变程式改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 体积小，重量轻，能耗低 以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制装置。 PLC的全名叫可程式设计控制器，是用于工业电气控制，取代了原来的用接触器控制时代，而电脑可以和PLC模组连线在一起，来达到电气控制，智慧控制，电脑上可以程式设计PLC DCS控制系统与PLC控制系统有什么区别 DCS集散控制系统主要用于型机组控制； PLC程式设计控制器般用于型装置等相关控制 DCS系统跟PLC控制系统有什么区别？ 按照现在的工业控制来讲，DCS和PLC系统只是名称上的区别了，实际上已经区别不是很大。 实际上DSC上有的功能，PLC都可以实现。 DCS系统为集散控制系统，和AO，DO，AI ，AO等讯号汇集系统，进行统一系统控制的一种方式。 PLC称为可程式设计控制器，实际上DSC上有的功能，PLC都可以实现，都可以通过不同的硬体模组，实现这些同等的功能，DCS系统和PLC 都可以实现程式设计输入输出等控制。DSC组合PLC，PLC组合AI，Di，AO，DO，DCS是工厂管理级的架构，PLC是现场程式设计人员管理一个小区域功能的单元。 PLC更倾向于顺控程式的编写，普遍用于流水线及装置的控制，特点是控制精确。 DCS更倾向于大量回路的控制，普遍用于流程行业的大规模控制，特点是处理量大。 PLC由继电器回路发展而来，DCS由就地式仪表屏发展而来。 随着电子电路的发展，目前DCS,PLC等控制系统的介面越来越不清晰。 ITCC控制系统和CCS控制系统有什么区别阿？ ITCC intergated turbine pressor systemCCS pressor control system发电的有个coordinate control system 汽机和锅炉协调来控制功率的方式都是取得第一个字母，容易混 检视原帖>> 满意请采纳 平板电脑控制系统有哪几种 微软的 凤凰的 安卓 iso 气候控制系统与空调控制系统有什么区别 　空调机组的调节物件是相应区域的温、溼度，因此送入 装置的输入讯号还包括被调区域内的温溼度讯号。当被调区域较大时，应安装几组温、溼度测点，以各点测量讯号的平均值或重要位置的测量只值作为反馈讯号；若被调区域与空调机组DDC 装置安装现场距离较远时，可专设一台智慧化的资料采集装置，装于被调区域，将测量资讯处理后通过现场汇流排将测量讯号送至空调DDC装置。在控制方式上一般采用串级调节形式,以防室内外的热干扰、空调区域的热惯性以及各种调节阀门的非线形等因素的影响。对于带有回风的空调机组而言，除了保证经过处理的空气引数满足舒适性要求外，还要考虑节能问题。由于存在回风，需增加新、回风空气引数测点。但回风道存在较大的惯性，使得回风空气状态不完全等同于室内空气状态，因此室内空气引数讯号必须由设在空调区域的感测器取得。另外，新风、回风混合后，空气流通混乱，温度也很不均匀，很难得到混合后的平均空气引数。因此，不测量混合空气的状态，也不用该状态作为 DDC控制的任何依据。 自动控制系统与人工控制系统有什么区别 自动控制系统就是没有人的参与嘛，而人工控制系统就是将自动控制系统中的控制器或者执行器用人来代替，这种情况下通常是控制效果不理想，同时该“人”的控制经验十分丰富。但这种控制只能是暂时的，到了控制器能胜任的时候，就要切回至自动。

机电一体化系统的设计：一、机电一体化系统开发的设计思想机电一体化的优势，在于它吸收了各相关学科之长并加以综合运用而取得整体优化效果，因此在机电一体化系统开发的过程中，要特别强调技术融合，学科交叉的作用。机电一体化系统开发是一项多级别、多单元组成的系统工程。把系统的各单元有机的结合成系统后，各单元的功能不仅相互叠加，而且相互辅助、相互促进、相互提高，使整体的功能大于各单元功能的简单的和，即“整体大于部分的和”。当然，如果设计不当，由于各单元的差异性，在组成系统后会导致单元间的矛盾和摩擦，出现内耗，内耗过大，则可能出现整体小于部分之和的情况，从而失去了一体化的优势。因此，在开发的过程中，一方面要求设计机械系统时，应选择与控制系统的电气参数相匹配的机械系统参数；同时也要求设计控制系统时，应根据机械系统的固有结构参数来选择和确定电气参数。综合应用机械技术和微电子技术，使二者密切结合、相互协调、相互补充，充分体现机电一体化的优越性。二、机电一体化系统设计方法拟定机电一体化系统设计方案的方法有取代法、整体设计法和组合法。1、取代法这种方法是用电气控制取代原传统中机械控制机构。这种方法是改造传统机械产品和开发新型产品常用的方法。如用电气调速控制系统取代机械式变速机构，用可编程序控制器或微型计算机来取代机械凸轮控制机构、插销板、步进开关、继电器等，以弥补机械技术的不足，这种方法不但能大大简化机械结构，而且还可以提高系统的性能和质量。这种方法的缺点是跳不出原系统的框架，不利于开拓思路，尤其在开发全新的产品时更具有局限性。2、整体设计法这种方法主要用于全新产品和系统的开发。在设计时完全从系统的整体目标考虑各子系统的设计，所以接口简单，甚至可能互融一体。例如，某些激光打印机的激光扫描镜，其转轴就是电动机的转子轴，这是执行元件与运动机构结合的一个例子。在大规模集成电路和微机不断普及的今天，随着精密机械技术的发展，完全能够设计出将执行元件、运动机构、检测传感器、控制与机体等要素有机地融为一体的机电一体化新产品。3、组合法这种方法就是选用各种标准模块，像积木那样组合成各种机电一体化系统。例如，设计数控机床时可以从系统整体的角度选择工业系列产品，诸如数控单元、伺服驱动单元、位置传感检测单元、主轴调速单元以及各种机械标准件或单元等，然后进行接口设计，将各单元有机的结合起来融为一体。在开发机电一体化系统时，利用此方法可以缩短设计与研制周期、节约工装设备费用，有利于生产管理、使用和维修。三、机电一体化系统设计的内容在机电一体化系统(产品)中控制系统设计的主要内容可归结为：确定系统整体控制方案、确定控制算法、选择微型计算机、进行系统的硬件和软件设计，以及系统统调。1、确定系统整体控制方案(1)确定控制任务在设计系统以前，必须对控制对象的工作过程进行深入的调查、分析和熟悉，并明确实际应用中的具体要求，按机械与电子功能划分方案确定系统所要完成的任务，然后用控制流程图或其他适当形式描述控制过程和任务，写成设计任务说明书，作为整个控制系统设计的依据。(2)构思控制系统的整体方案1)确定系统的控制结构形式是开环还是闭环控制。2)采用闭环控制时应考虑检测传感器的选择和所要求精度级别，并考虑机构安装、使用环境等问题。3)选择执行元件是电动、气动还是液压或其他，根据控制对象具体要求，比较方案的优缺点，择优而用。4)明确微机在系统中的作用：是设定值计算、直接控制还是数据处理和应具备的功能，需要哪些输入／输出通道和配置哪些外围设备等。最后，画出系统组成的原理框图和附加说明，作为进一步设计的基础，并初步估算成本。2、建立数学模型确定控制方法建立系统的数学模型是个复杂过程，也是一个试探的过程，需要反复权衡。1)根据已初步确定的控制系统的物理结构，采用合适的控制理论方法建立和组成各环节以及整个系统的数学模型表达形式。通过静、动特性计算，为计算机进行运算处理提供依据。2)根据不同的控制对象和不同的控制性能指标要求，选择不同的控制算法。对过程控制设备的直接数字控制系统常用PID调节的控制算法；在位置数字随动系统中常用实现最少拍控制的控制算法；机床数字控制中常使用逐点比较法、数字积分法和数据采样法的控制算法。另外，还有多种最优控制的控制算法、随机控制和自适应控制的控制算法等供选择。3)当控制系统较复杂时，控制算法也比较复杂，为设计、调试方便，可忽略小的非线性、小延时等因素的影响，将控制算法作某些合理的简化。利用计算机系统仿真技术，逐步将控制算法完善，直到获得最好的控制效果。总之，控制算法的确定是一个反复修正与试验的渐进过程。3、选择微型计算机对于微机所承担的任务给定以后，完成同一任务的微机方案有多种。一般以既能完成给定任务(应包括处理确定的控制算法)、又能充分发挥选用微机的功能、再留有一定功能余量为原则来选择。从控制生产机械或生产过程要求出发，微型机应满足以下要求：(1)有较完善的中断系统对于控制用计算机，实时控制功能是一大特点。它包含系统正常运行时的实时控制能力和发生故障时紧急处理的能力。这种处理和控制一般都采用中断控制方式，即CPU及时接收终端请求、暂停原来执行程序，转而执行相应的中断服务程序，待中断处理完毕，再返回继续执行原程序。在选用与CPU相应的接口芯片时也应有中断工作方式，以保证控制系统能满足生产中提出的各种要求。对于比较复杂的控制，要考虑采用实时操作系统。(2)足够的存储容量由于微型机内存容量有限，当内存容量不足以存放程序和数据时，应扩充内存，或配备适当的外存储器(如硬磁盘等)。(3)完备的输入／输出通道输入输出通道是系统外部过程和微机交换信息的通道。根据实际需要有开关量输入／输出通道、模拟量输入／输出通道、数字量输入／输出通道和实现快速、批量交换信息的直接数据通道。通道的操作方式有串行、并行以及随机选择与按某种预订顺序进行工作等。(4)微处理器芯片的选择这一选择的实质就是确定能满足控制功能要求的微处理器的字长、速度和指令系统。这三者是相互依存的。一般选择：1)对通常的顺序控制、程序控制可选用1位微处理器；2)对计算量小、计算精度和速度要求不高的系统可选用4位微处理器，如计算器、家用电器控制及简易控制等；3)对计算精度要求较高、处理速度较快的系统可选用8位微处理器，如经济型的线切割机床、普通机床的控制和温度控制等；4)对要求计算精度高、处理速度快的系统统可选用16位或32位微处理器，甚至采用精简指令集运算的芯片RIRC或多CPU，如控制算法复杂的生产过程控制，要求高速运行的机床控制，特别是大量的数据处理等。(5)系统总线的选择微型计算机主要由若干块印制电路板(按功能模块设计、制造)构成。各块板之间的连接，当然是通过印制板的插座之间的连线来实现的。通常，为了给使用和维护带来方便，希望插座之间的连线具有通用性——一个系统中的各块印制板可插在任一插座上。同时，也是为了各厂家生产的电路板具有通用性、互换性，就要对插座及连线订个标准。这就是系统总线选择的由来。目前支持微型计算机系统机构的总线有：STD Bus支持8位和16位字长；Multi Bus工型可支持16位字长，Ⅱ型可支持32位字长；S-100 Bus可支持16位字长；VERSA Bus可支持32位字长，以及VME bus可支持32位字长等。生产厂家为这类总线提供各种型号规格的OEM(初始设备制造)产品，包括主模块和从模块，由用户任意选配。4、系统总体设计系统设计主要是依据上述控制方案、设计所要求和选用的微机类型，对系统进行具体的设计。其设计可分为硬件的接口设计和软件设计两大类型。在对系统总体设计时，一个最重要的问题是如何解决微机、被控对象和操作者这三者之间可靠地适时进行信息交换的通道和分时控制的时序安排。也就是综合考虑用硬件配置和软件措施解决系统运行的次序安排，以保证系统有条不紊地运行。(1)接口设计对于一种产品(或系统)，其各部件之间，各子系统之间往往需要传递动力、运动、命令或信息，这都是通过各种接口来实现的。机械本体各部件之间、执行元件与执行机构之间、检测传感元件与执行机构之间通常是机械接口；电子电路模块相互之间的信号传送接口、控制器与检测传感元件之问的转换接口、控制器与执行元件之间的转换接口通常是电气接口。机电一体化产品的内外接口实际上就是一种进行物质、能量和信息交换的界面，它具有存储、转换和服务功能。按功能可以将接口划分为以下3种：1)零接口。不需进行任何转换，把具有结合关系的两部分直接连接起来称为零接口，如连接管、电缆、接线柱和刚性联轴节等。2)普通转换接口。在具有结合关系的两部分之间存在能量或信息的转换，但不含微处理器的接口为普通转换接口。如减速器、变压器、电磁离合器、放大器、光电耦合器、A／D转换器、D／A转换器等。3)智能转换接口。它是一种含有微处理器的转换接口，具有可编程的特点，因而能够自动改变接口条件，如由微处理器编程的8255A，8279，PIO等。目前，大部分硬件接口和软件接口都已标准化或正在逐步标准化。对于硬件接口，在设计时可以根据需要选择适当的接口，再配合接口编写相应的程序。(2)操作控制台设计微机控制系统必须便于人机联系，通常都要设计一个现场操作人员使用的控制台。这个控制台一般不能用微机所带的键盘代替。原因是现场操作人员需要的是简单、明了、安全的操作面板，以实现对机器的操作。所以，要求操作控制台应有以下功能：1)有一组或几组数据输入键(数字键或拨码开关等)，用于输入或更新给定值、修改控制器参数或其他必要的数据。2)有一组或几组功能键或转换开关，用于转换工作方式，启动、停止系统或完成某种指定功能。3)有一个显示装置或显示屏，用于显示各种运行状态、参数及故障指示等。控制台上应该有一个“紧急停止”按钮，用于有紧急事故时停止系统运行，转入故障处理。应当明确指出，控制台上每一种信号都与系统的运行状态密切相关。设计时，必须明确这些转换开关、按钮、键盘、显示器和故障指示灯的作用和意义，仔细设计控制台的硬件及其相应的管理程序，使设计的操作控制台既能方便操作又保证安全可靠，即使操作失误也不会引起严重后果。(3)微型计算机控制系统的电源设计微机控制系统中的电源，根据需要可以有不同的类型(直流和交流)和规格(电压和功率)。按照使用情况，对性能的要求也不尽相同，在设计过程中应按实际要求合理选用调试，并控制电压变动。电源本身要具有过压、短路、过载保护和热保护，否则将会造成不可弥补的损失。(4)整机的安装、联接设计这是一种整体结构设计。微机控制系统安装既包括了与被控对象的联接安排，也考虑了主机本身的安装联接问题。其设计原则应该是安装、联接的可靠性和使用、装配、维护的方便性。1)安装、联接结构具有防震性，即印制电路板、接插件和元器件包括电缆等应牢固地安装在同一个机壳上，不因振动而松动。2)采用标准或专用、制造质量好的防松接插件，以保证接触可靠而又使用、维护方便。3)布线结构要合理，能防止相互间的电磁耦合干扰。一定要使信号线和功率线进行隔离，分别走线。对模拟信号更要注意走线的长短和屏蔽，如走线太长，需要考虑进行信号增强等措施。4)正确安装安全地线、信号地线、屏蔽地线以及功率地线和强电地线，最终要进行地线连接。地线要采用一点接地型，即把信号地线、功率地线、被控对象地线(安全地)等连接到公共接地点。而总的公共接地点必须与大地接触良好，一般接地电阻要小于(4～7)Ω。(5)软件设计对于选定的微机控制系统，其微机本身已有一定的软件支持，一般这些软件要求用户了解其使用方法和基本原理。如果把微型计算机专门为某一控制领域而设计成专用的控制计算机，用户就需要利用计算机的指令系统和相应的开发系统来设计系统软件，即控制软件、管理软件、诊断软件等。这些系统软件的设计要求更有专用性和针对性。在微机控制中，其软件任务大体可以分为数据处理和过程控制两大基本类型。数据处理主要包括数据的采集、数字滤波、标度变换，以及数值计算等等。过程控制主要是使微机按照一定控制算法进行计算，然后进行输出去控制生产。5、系统联调微机控制系统设计完成后，硬件电路要进行制作、安装及试验，并进行连续烤机运行。软件各模块要在微机上分别进行调试，使其正确无误，然后存盘。上述工作完成后，就可将硬件与软件组合起来进行系统联调的模拟试验，正确无误后，进行现场实验，直到正式运行。在这个阶段，最重要的是仔细设计模拟调试的方法与步骤，以及所用的测试手段。此外，在现场试验前，要仔细检查接线，无误后才能进行现场调试。现场调试的步骤根据不同对象要仔细考虑。首先要把涉及的自动保护项目进行实验，确认有效后才可进入功能、参数等项目的试验。

摘要：利用网络技术与控制技术，由AT89C51单片机控制各家庭设备，家庭计算机利用RS-232接口与单片机通讯并通过Internet与主控计算机进行信息交互，实现家庭远程控制。关键词: 远程控制；ASP；单片机；NetmeetingAbstract: AT89C51 single chip processor is used to control electrical appliances, by use of the technologies of network and control, communication of computer and single chip processor is achieved and the information is exchanged by Internet. Keywords: Remote control, ASP, Single chip processor, Netmeeting1 引言随着经济的发展和科技的不断进步，微电脑技术的应用越来越广泛。大量家用电器，如空调机、音响以及电视机等，均采用微电脑技术进行控制。利用微电脑技术控制家用电器的启停时刻，控制家电处于指定的功能状态。随着微电脑控制的家用电器和计算机应用的逐渐普及以及网络技术的快速发展，采用网络技术进行家庭远程控制已经成为可能。2 系统总体设计整个系统包括远程用户、家庭计算机、硬件部分以及家庭设备。通过硬件部分采集家庭设备状态信号，送至家庭计算机，经过系统软件程序的运行，将家庭设备的状态信息呈现给远程用户[1,2]。远程用户即可根据家庭设备所处状态进行远程控制，实现远程用户利用Web站点控制家庭设备。系统工作过程如图1所示。ASP通过Internet接收远程用户指令，经过数据库的存储与调用，将指令转变为数据传至VB控制程序，通过程序运行，将控制指令传送给单片机89C51；单片机89C51根据指令控制步进电机、继电器等电器进而控制家庭设备。3 系统硬件设计本系统的硬件部分由单片机、步进电机、继电器、磁感应开关、Max232以及家庭计算机等组成。为了控制摄像头方向以捕捉室内各方位的状况，系统采用步进电机驱动摄像头旋转，通过步进电机的旋转带动摄像头改变方向。利用继电器进行空调和电灯控制，采用6个继电器分别控制空调的开关、温度加、温度减、运行模式、风速、定时；2个继电器控制电灯开关。系统硬件总体构成如图2所示。3.1器件的选择微处理器的选择：微处理器是系统硬件的核心部件，它直接影响整个系统的软、硬件设计，并对系统的功能起决定性作用。本系统的微处理器选用高档八位单片机AT89C51。步进电机具有良好的应答性，常被应用在开环控制系统中，不需要复杂的反馈控制，符合本系统的控制要求，因此本系统选用42BYG131型步进电机控制摄像头视角的改变。另外，本系统选用TXD2-5V型继电器以及GA-2型磁感应开关。3.2 硬件接线89C51单片机P0口的P0.0-P0.7引脚分别接8个继电器，用于控制相应的家用电器开关。P1口的P1.0-P1.3引脚分别接4个磁感应开关，用于检测4个窗户的状态。P2口的P2.0-P2.3引脚接步进电机，用于控制摄像头角度。家庭计算机通过RS-232接口与89C51单片机进行串行通讯，并采用Max232进行电位匹配[3]。步进电机的工作电流较大，89C51单片机的输出电流不能满足，因此外接额定电流较大的ULN2003A芯片以加大电流驱动马达。4 系统软件设计在系统软件设计方面，网站建设采用Microsoft 公司的IIS信息服务软件；将ASP与Frontpage 2000相结合进行网页设计，网页中的动画采用Flash制作；控制程序采用Visual Basic 6.0编写。IIS（Internet Information Server）是一种集World Wide Web Server、Gopher Server以及FTP Server为一体的组合信息服务软件。它具有编辑环境界面、全文检索以及多媒体等功能。ASP(Active Server Page)是由Microsoft 公司推出的一种面向网络应用程序设计而开发的环境，应用程序存放于服务器中，允许不同的浏览器访问。网页设计时出现三种窗口：normal默认窗口、HTML窗口和preview窗口。通过HTML窗口查看由Frontpage自动生成的HTML代码，preview窗口通过Internet Explorer显示网页。4.1 程序间的交互ASP与VB之间通过Microsoft Access 98版数据库进行信息交互。VB通过Mscomm控件与单片机89C51进行交互，由家庭计算机的RS-232接口将数据传至单片机89C51。利用Access建立数据库存储家庭设备的状态值以及远程用户通过Internet设置的新状态值。VB控制程序可直接访问状态值，并通过RS-232接口传至89C51单片机进而控制家庭设备。将数据库中的状态值通过AD0显示在网页上，用户通过Internet查看家庭设备的运行状态，并通过AD0将设置的新状态值传送给数据库[4]。网页中嵌入了家庭计算机的Netmeeting界面，即可将摄像头捕捉到的家庭画面显示在网页上。89C51单片机接收远程用户指令并控制家庭设备状态。89C51单片机通过RS-232接口将VB传送过来的控制指令进行比较运算，得出控制代码，并输出到指定端口，根据各端口相应数据位的电平数值控制家庭设备；各设备的状态值可通过输入端口反馈至89C51单片机，89C51单片机将状态值转变成控制代码传送至VB控制程序，实现对各家庭设备的控制。本系统采用步进电机控制摄像头视角的调整。步进电机的转动引起摄像头旋转，实现对摄像头视角的调整。在窗户上安装磁感应开关，根据磁感应开关的输出信号监测各窗户的开关状态。其它电器采用继电器进行控制。4.2 VB控制程序设计采用VB进行系统控制程序设计，程序流程为：（1）状态初始化，将各器件设置为初始状态。（2）检测RS-232接口是否有数值传来。若有则将数值转换为相应的数据库字段值；否则继续向下执行。（3）判断数据库字段新值与原值是否相同。若不同则将新值转换为相应的值传至RS-232接口；否则跳转至选择模块继续检测RS-232接口。4.3 单片机控制程序设计利用89C51单片机进行系统的控制，其控制流程如图3所示。该控制流程为循环执行过程。程序执行过程中首先进行单片机的初始化，标志位清零并将相应的寄存器设置为初始状态，设置堆栈区以及串行传输的工作环境；检测设备状态是否改变，若已改变则按照指令执行，否则检测磁感应开关是否有输出信号；如有输出信号则反馈至计算机，否则返回继续检测是否有设备状态改变。5 远程控制系统设计5.1 家庭远程控制网站的设计本系统采用Flash技术进行网页动画设计。点击系统首页的“登录系统”按钮后，弹出认证界面，提示用户输入用户名及密码。如果输入的认证信息不正确，系统将继续停留在认证界面，不能进入主控界面。受控装置所处状态均显示在主控界面，如图4所示。主控界面由四部分组成，分别为监视窗口（jianshi）、状态窗口(zhuangtai)、选择窗口(xuanze)以及控制(kongzhi)窗口。左上角为监视窗口。该窗口通过嵌入Netmeeting程序显示主控计算机上摄像头捕捉到的画面。左下角为状态窗口，利用ASP程序在该窗口显示数据库中的信息资料，监控各受控设备的状态。右上角的选择窗口与右下角的控制窗口相互配合操作。控制空调机时，在选择窗口中单击空调机按钮，各控制选项即出现在控制窗口中，选择相应的按钮对空调机进行控制。5.2 远程控制的实现本系统的受控装置包括4个窗户、2个灯、步进电机以及空调机。在4个窗户上各安装1个磁感应开关以检测窗户开关状态。窗户开关状态改变，磁感应开关即输出信号，将该信号传送至数据库系统，主控界面随之改变。窗户被打开时，状态窗口的窗户状态栏更新为醒目的红色字体“开”，如图5所示。对电灯的控制，通过点击相应按钮对其进行控制。按下电灯按钮时，控制窗口即显示电灯的控制选项，可选择开灯或关灯。电灯开关状态的改变同样在状态栏显示。对摄像头视角的控制，通过步进电机的旋转带动视角的改变。按下摄像头按钮后，控制窗口即出现步进电机的控制选项，通过选择相应选项即可控制摄像头的转向，如图6所示。在对空调机进行控制时，首先要开启电源，否则对应的按钮为灰色，无法激活。选择相应的按钮即可对空调机进行控制。6 结束语本研究采用单片机、继电器以及磁感应开关控制家用电器，由单片机通过RS-232接口与家庭计算机进行通讯，利用网络技术实现家庭远程控制。本文作者创新点:(1)以Internet作为系统信息传输平台，实现真正意义上的远程控制。(2)利用数据库作为Web与监控程序沟通的桥梁。

电气还是液压？

PID控制器的主要目标是调节系统的输出值，以便使其稳定在期望值。PID控制器通过不断地调节输入信号，使系统响应更加稳定和可控。PID控制器的控制规律由三部分组成：1. P部分：比例控制P部分是通过将当前误差信号与比例增益系数相乘来产生控制信号。比例控制产生的输出量与误差呈线性关系，误差较大时，控制器会产生较大的输出量，误差较小时，控制器产生较小的输出量。比例增益系数决定了控制器的灵敏度和响应速度。2. I部分：积分控制I部分是通过对误差信号的积分来产生控制信号。积分控制主要用于纠正比例控制无法消除的偏差，通过在一段时间内持续增加控制信号，使得系统响应更加平滑和稳定。3. D部分：微分控制D部分是通过对误差信号的微分来产生控制信号。微分控制主要用于响应变化快速的系统，如降低机器人平移时的振动和噪声等。通过产生反向控制信号，微分控制能够减小控制信号的波动，使得系统响应更加平稳。PID控制器的输出信号由P、I、D三部分产生的信号叠加而成。使用PID控制器时，需要根据不同系统的特点和要求，结合实际应用，调节好控制器的比例增益系数、积分时间常数和微分时间常数等参数，以获得更好的控制效果。PID控制器的输出信号计算公式为：u(t) = Kp * e(t) + Ki * ∫e(t)dt + Kd * de(t)/dt其中，u(t)为控制器的输出信号，Kp、Ki和Kd分别为比例增益系数、积分时间常数和微分时间常数。e(t)表示当前的误差信号，de(t)/dt为误差信号的变化率，∫e(t)dt表示误差信号的积分值。通常情况下，PID控制器采用反馈控制的方式控制系统，即将系统的输出值作为反馈信号输入到PID控制器中进行计算，产生控制信号调节系统，最终使系统输出值稳定在期望值。PID控制器是一种简单、可靠、易于实现的控制器，广泛应用于各种工业自动化控制领域，如传感器反馈控制、温度控制、机器人控制等。同时，PID控制器也是许多更复杂控制算法的基础，例如模糊逻辑控制、神经网络控制等。

需求与问题经历最少的采样周期(最短的时间)，使输出达到参考值。2.3.2 最少拍(dead-beat)控制系统设计 解决的基本思路使E(z)有限项(以z-1多次幂的多项式为有限项)，且项数越少越好。D(z)满足物理可实现性闭环系统稳定性2.3.2 最少拍控制系统设计 最少拍(有限拍)控制是一种时间最优控制方式。设计目标：设计一个数字控制器D(z)，使系统在典型输入信号r(t)作用下，经过最少的采样周期，消除输出和输入之间的偏差，达到平衡。通常把一个采样周期称为一拍。设计准则：1)单位阶跃输入 2)单位速度输入3)单位加速度输入典型输入信号的Z变换具有如下形式： 控制系统的调节时间就是误差e(kT)达到恒定值或趋于零的时间，根据误差的Z变换定义：最少拍控制系统在典型信号输入时， ， e(kT)等于零或为恒定值时，系统调整结束。因此，设计准则就是求出使k为最小的正整数N。 由于 ，误差E(z)与误差传递函数 和输入信号R(z)有关，因此，最少拍控制的设计是根据不同的R(z)选择 ，使 只有有限项，且项数(N)越少越好。因为如果选 能够消去E(z)分母的因子 则E(z)为 的有限多项式，因此， 可选为 式中， F(z)为 的有限多项式，当n=m时，且F(z)=1时，可使E(z)的项数最少，因而调节时间 最短，得到的数字控制器阶数较少，结构也简单。2.典型输入时最少拍数字调节器D(z)根据上述最少拍控制设计准则可知，对于不同的输入信号，应当选择不同的误差传递函数，求得最少拍数字控制器D(z)。 1)单位阶跃输入可选择 ，则系统的闭环Z传递函数为 因此：系统的输出为：由Z变换定义可以得到输出序列： 输出序列如图2-14(a)所示。如图可见，单位阶跃输入时，最少拍控制系统的调节时间为一个采样周期，即经过一拍即可消除输入和输出之间的偏差。 2)单位速度输入选择则 输出序列如图2-14(b)所示。系统的调节时间为 长除法，或利用Z反变换的线性性质，反推回Y(z) 3)单位加速度输入选择系统的输出序列图2-14(C)为单位加速度时输出响应。可见，经过3个采样周期，系统输出跟踪输入。例2-12 教材p.23已知被控对象的传递函数，若采样周期T=0.5s，试设计在单位速度输入时的数字控制器D(z)。解：采用零阶保持器，系统的广义对象的脉冲传函为： 系统的输入为r(t)=t，误差传函选为则系统的输出序列为 上述中各项系数即为y(kT)在各个采样时刻的数值。即 输出响应曲线如图 2-15所示。 例2-13 教材p.24在上例中求得D(z)的基础上，若输入信号改为单位阶跃和单位加速度时，求系统的输出序列并画出响应曲线。解(1)单位阶跃输入各采样时刻输出序列为：系统的输出响应曲线如图2-16(a)所示。 (2)单位加速度输入各个采样时刻的输出序列为：而输入序列系统的输入和输出响应曲线如图2-16(b)所示。 最少拍控制器中的最少拍是针对某一典型输入设计的，对于其它典型输入则不一定为最少拍，甚至引起大的超调和静差。 2.3.3 和 的选择按上述最少拍设计原则选择 和 时，没有考虑HG(z)对D(z)的影响，也没有考虑D(z)的可实现性和稳定性等因素。下面根据系统必须满足的约束条件，考虑 和 的选择原则。被控对象的HG(z)一般可写为： 则D(z)可表示为：式中， 为HG(z)的零点， 为 HG(z)的极点， 为 D(z)的超前环节。 和 的选择原则1)保证调节时间最短： 包含 2)保证D(z)的可实现性： 包含有 项3)保证D(z)的稳定性： 包含 中|zi|≥1的零点项， 包含不稳定极点项 。4)保证 和 同阶(教材p.25)例2-14设最小拍控制系统如图2-17所示，设计单位速度输入时的最少拍数字控制器D(z)，采样周期T=1s。 解(1)求广义对象Z传递函数(2)选择 ，因为HG(z)分子有 的因子，又有单位圆上的零点z=-1，故取：(3)选择 ，按单位速度输入， 中应含有 因子。所以： (4) 和 阶次相同，设：比较同幂系统，可得到求出： 数字控制器D(z)为：数字控制器D(z)的输出表达式为：系统误差为：可见当 后，系统稳态误差 最少拍控制系统只能保证在采样点上的输出跟踪输入，在采样点之间呈现纹波。原因：控制量不是恒定的，而是不停波动的,使得系统输出产生纹波。 最少拍无纹波系统的设计 数字控制器和系统的输出波形可用扩展Z变换求解采样点之间的输出 2.3.4 最少拍无波纹控制系统的设计 数字控制器D(Z)的输出为若 是 的有限多项式，则经过有限个采样周期后， 可到达某个恒定值，系统的输出没有波纹。 当Gc(z)的零点包含HG(z)的全部零点，D(z)Ge(z)可能成为z-1的有限多项式。(有纹波系统只包括不稳定|zi|≥1的零点项)最少拍无纹波系统的设计 最少拍无波纹系统设计中， 和 设计原则： (1) 的确定 (与最少拍有纹波相同)选择 ，这样便可以满足快速性，又可抵消不稳定极点 的影响。Ge包含不稳定极点。 (2) 的确定这样可确保D(z)的可实现性和稳定且无波纹的要求。Gc(z)包含HG(z)的全部零点。(3) 和 的确定根据 确定 和 例2-15设广义被控对象Z传递函数为试设计单位阶跃输入时的最少拍无波纹数字控制器D(z)。解(1)选择误差传递函数 和闭环传递函数 ：输入为单位阶跃信号， HG(z)无不稳定的极点，取 ： HG(z) 有 的因子和零点 z=-0.718取： 则由 即：可以解出：(2)求数字控制器D(z) (3)系统分析误差：控制量：输出量： 误差、控制和输出量的波形如图2-18所示。由图可见，当 时， ，说明由第二拍开始，系统输出完全跟踪输入。优点：调节时间短，输出无震荡缺点：只适宜于某种典型型号，当输入信号变化时，输出会产生超调或稳定误差。最少拍系统在有限个采样周期内达到采样点上无偏差。在有限个采样周期内达到采样点上无偏差是离散系统才有可能达到的。对连续系统来说，在典型输入下要达到无偏差，理论上需要无限长时间。最少拍有纹波控制器的出现纹波的原因：采样点上的输出无差后，零阶保持器的输入端(数字控制器输出)u(k)久久达不到相对稳定(即不为0或常值)，而是振荡收敛的。最少拍控制系统设计-小结作业：p.36, 2-4, 2-5, 2-6, 2-7 关 键 词： 控制系统 最少 计算机大概就是这样哦。

1　基本概念如图4-1所示框图说明了控制系统的基本概念，动作信号通过（经由）控制系统元件后，提供一个指示，此系统的目的就是将变量c控制于该指示内。一般来说，被控变量为系统的输出，而动作信号为系统的输入。举一个简单的例子，汽车的方向控制（Steering Control），两个前轮的方向可视为被控制变量，即输出；而其方向盘的位置可视为输入，即动作信号e。再如，若我们要控制汽车的速度，则加速器的压力总和为动作信号，而速度则视为被控变量。图4-1　基本控制系统框图我们将需要控制的物理量称为系统的被控量或输出量。用来使系统具有预期性能或预期输出的激励信号定义为系统的控制量或输入量。而将那些使被控量偏离预期值的各种因素称为扰动量。自动控制过程就是设法消除扰动因素的影响，从而保持被控制量按预期要求变化的过程。所以自动控制系统可以这样理解：任何一个系统，在没有人直接参与的情况下，通过控制装置使被控制对象或者过程自动按照预定的规律运行。人类在掌握了简单的制造技术之后，就有了创造自动装置的想法，以便减轻或代替人类自身的劳动，这就是自动控制思想的最初来源。自动控制技术的发展过程大体经过了四个阶段：古代阶段、17—19世纪阶段、19世纪到“二战”阶段和“二战”以后阶段。这期间，经典控制理论、现代控制理论等从无到有地发展起来。2　自动控制技术的早期发展在古代，大约公元前14世纪到公元前11世纪，世界上包括中国、埃及和巴比伦等文明古国由于生产发展对计量时间的需要，都出现了能够自动计时的漏壶。汉朝科学家张衡发明了浑天仪和地动仪，其模型外形图如图4-2所示，把自动控制思想应用到了天文观测仪器和地震观测仪器。三国时期出现了指南车，它是确定方位仪器中利用自动控制思想的成功示例。中国北宋时代（公元1086—1089年）苏颂和韩公廉制造的水运仪像台如图4-3所示，它是将用于天文观测的浑天仪和用于天文演示的浑象仪及自动计时装置结为一体的仪器。整个系统就是一个按负反馈原理构成的闭环非线性自动控制系统。图4-2　张衡地动仪模型外形图图4-3　水运仪像台古埃及和古希腊都先后出现了半自动的简单机器，如教堂庙门自动开启装置、自动洒圣水的铜祭司、投币式圣水箱和在教堂门口自动鸣叫的青铜小鸟等自动装置，这些都是一些互不相关的原始自动装置，是一些个别的发明。17世纪以后，随着生产的发展和科学的进步，在欧洲出现了多种自动装置，其中包括：1642年法国物理学家帕斯卡发明了能自动进位的加法器；1657年荷兰机械师惠更斯发明了钟表；1745年英国机械师E．李发明了带有风向控制的风磨，这种风磨可以利用尾翼的调向作用使主翼对准风向；1765年俄国机械师波尔祖诺夫发明了浮子阀门式水位调节器，可以自动控制蒸汽锅炉的水位。这一时期，自动控制技术都是由于生产发展的需求而产生的。1788年英国科学家瓦特（图4-4）发明了离心式节速器，也称作飞球调速器，如图4-5所示，用它来控制蒸汽机的蒸汽阀门，构成蒸汽机转速的闭环自动控制系统，从而实现了离心式节速器对蒸汽机转速的控制。瓦特的这项发明促进了近代自动调节装置的广泛应用，对由蒸汽机带来的第一次工业革命及以后的控制理论发展都有重要的影响。其他国家的发明还有：1854年俄国机械学家和电工学家康斯坦丁诺夫发明的电磁调速器；1868年法国工程师法尔科发明了反馈调节器，通过它来调节蒸汽阀，操纵蒸汽船的舵，这就是后来得到广泛应用的伺服机构。在1868年以前，自动化技术只是一些个别的发明和简单的应用，所以把它称作第一阶段。在1868年之后，逐渐开始了对自动控制系统的理论分析和大规模的广泛应用，所以把它称作第二阶段。图4-4　瓦特图4-5　瓦特离心式节速器对蒸汽机的控制示意图1—蒸汽机；2—蒸汽阀；3—调速器；4—负荷3　自动控制理论的早期发展各种简单的自动控制装置都可以改进生产技术，提高生产效率。虽然这种技术的发明在18世纪以前经历了漫长的历史过程，还没有理论分析和数学描述，但是它们对自动化技术的形成起到了先导作用，都是从实际经验中总结出来的。17—18世纪是自动化技术的逐渐形成时期，接下来是近代自动化技术的发展时期，数学描述和理论分析起到了至关重要的作用。人们最初遇到的是自动调节器的稳定性问题，由于瓦特发明的离心式调速器有时会造成系统的不稳定，使蒸汽机产生剧烈振荡；到19世纪又发现了船舶上自动操舵机的稳定性问题。这些问题引起了人们的广泛关注，一些数学家尝试用微分方程来描述和分析系统的稳定性问题。对自动控制系统最初的数学描述是英国物理学家麦克斯韦（图4-6），他在1868年发表了《论调速器》的文章，该文章总结了无静差调速器的理论。1877年英国数学家劳斯（E．J．Routh）提出了著名的劳斯稳定判据，它是一种代数稳定判据，可以根据微分方程的系数来判定控制系统的稳定性。1895年德国数学家A．胡尔维茨（图4-7）提出著名的胡尔维茨稳定判据，它是另一种形式的代数稳定判据。劳斯—胡尔维茨稳定判据是能预先根据传递函数或微分方程判定调节器稳定性的重要判据。1892年俄国数学家李雅普诺夫发表了《论运动稳定性的一般问题》的专著，以数学语言形式给运动稳定性的概念下了严格的定义，给出了判别系统稳定的两种方法。图4-6　麦克斯韦图4-7　胡尔维茨进入20世纪以后，由于工业革命的需要，人们开始采用自动控制装置，来解决工业生产中提出的控制问题。自动控制器的应用标志着自动化技术进入新的历史时期。在这一时期中，控制器都是一些跟踪给定值的装置，使一些物理量保持在给定值附近。工业生产中广泛应用各种自动控制装置，促进了对调节系统进行分析和综合的研究工作。到了20世纪20年代以后，美国开始采用比例、积分、微分调节器，简称PID调节器。PID调节器是一种模拟式调节器，现在还有许多工厂采用这种调节器。在20世纪最初的20年里，自动控制器中已广泛应用反馈控制的结构。从20世纪20年代开始，越来越多的人开始致力于从理论上研究反馈控制系统。1925年英国电气工程师O．亥维赛把拉普拉斯变换应用到求解电网络的问题上，运用微积分，求得瞬态过程。1927年美国贝尔电话实验室在解决电子管放大器失真问题时，电气工程师H．S．布莱克从电信号的角度引入了反馈的概念。1932年美国电信工程师奈奎斯特（图4-8）提出了著名的奈奎斯特稳定判据，可以直接根据系统的传递函数画出奈奎斯特图，用来判定反馈系统的稳定性。1938年苏联电气工程师米哈伊洛夫应用频率法研究自动控制系统的稳定性，提出著名的米哈伊洛夫稳定判据。图4-8　奈奎斯特随着自动控制理论的发展，程序控制、逻辑控制和自动机的思想得到了发展。1833年英国数学家C．巴贝奇在设计分析自动机时首先提出程序控制的概念，他尝试采用法国发明家J．M．雅卡尔设计的编织地毯花样用的穿孔卡方法实现分析机的程序控制。1936年英国数学家图灵研制了著名的图灵机，成为现代数字电子计算机的雏形。他用图灵机定义可计算函数类，并建立了算法理论和自动机理论。1938年美国电气工程师香农和日本数学家中岛，以及1941年苏联科学家舍斯塔科夫，分别独立地建立了逻辑自动机理论，用仅有两种工作状态的继电器组成了逻辑自动机，实现了逻辑控制。此外，香农还建立了信息论。4　经典控制理论的形成自动控制技术的发展历史是一部人类以自己的聪明才智延伸和扩展器官功能的历史。自动化是现代科学技术和现代工业的结晶，它的发展充分体现了科学技术的综合应用。自动控制技术是随着社会的需要而发展起来的，尤其是随着生产设备和军事设备的控制，以及航空航天工业的需要而发展起来的。第二次世界大战时期形成的经典控制理论对战后发展自动控制技术起了重要的促进作用。在第二次世界大战期间，德国的空军优势和英国的防御地位，迫使美国、英国和西欧各国科学家集中精力解决了防空火力控制系统和飞机自动导航系统等军事技术问题。在解决这些问题的过程中形成了经典控制理论，设计出各种精密的自动调节装置，开创了系统和控制这一新的科学领域。第二次世界大战期间，反馈控制方法被广泛用于设计研制飞机自动驾驶仪、火炮定位系统、雷达天线控制系统以及其他军用系统（图4-9）。这些系统的复杂性和对快速跟踪、精确控制的高性能追求，迫切要求拓展已有的控制技术，导致了许多新的见解和方法的产生，同时还促进了对非线性系统、采样系统以及随机控制系统的研究。1945年美国数学家维纳（图4-10）把反馈的概念推广到一切控制系统，1948年维纳发表《控制论》一书，为控制论奠定了基础。同年，美国电信工程师香农发表《通信的数学理论》，为信息论奠定了基础。维纳和香农从控制和信息这两个侧面来研究系统的运动，维纳还从信息的观点来研究反馈控制的本质。从此人们对反馈和信息有了较深刻的理解。1954年中国系统科学家钱学森全面地总结了经典控制理论，并进一步把它提高到更高的理论高度上，在美国出版《工程控制论》一书。工程控制论的目的是研究控制论这门学科中能够直接用在工程上设计受控系统的那些部分。工程控制论使人们有可能具备更广阔的眼界，用更系统的方法来观察有关的问题，因而往往可以得到解决旧问题的更有效的新方法，还可能揭示新的以前没有看到过的前景。图4-9　第二次世界大战时期的雷达图4-10　维纳这一新的学科当时在美国称为伺服机构理论，在苏联称为自动调整理论，主要是解决单变量的控制问题。当时在分析和设计反馈伺服系统时广泛采用传递函数和频率响应的概念。最常用的方法是奈奎斯特法（1932）、波德法（1945）和埃文斯法（1948）。埃文斯法又称根轨迹法，是美国电信工程师W．R．Ewans于1948年提出来的，在20世纪30—40年代为适应单变量调节和随动系统的设计而发展起来的频率法奠定了经典控制理论的基础，后来频率法成为分析和设计线性自动控制系统的主要方法。这种方法不仅能定性地判明设计方向，而且它本身就是近似计算的简便工具。因此，对于在很大程度上仍然需要依靠经验和尝试的控制系统的工程设计问题来说，这种方法是特别有效和特别受欢迎的。经典控制理论这个名称是1960年在第一届全美联合自动控制会议上提出来的。在这次会议上把系统与控制领域中研究单变量控制问题的学科称为经典控制理论；把系统与控制领域中研究多变量控制问题的学科称为现代控制理论。1952年，首台数控机床诞生，数控机床技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征。数控机床如图4-11所示。20世纪40年代中期发明的电子数字计算机开创了数字程序控制的新纪元，虽然当时还局限于自动计算方面，但为60—70年代自动化技术的飞速发展奠定了基础。1961年，世界上首台工业机器人（图4-12）诞生，这对工业生产线的自动化产生了巨大的推动作用。图4-11　数控机床图4-12　工业机器人1958年出现晶体管计算机，1965年出现集成电路计算机，1971年出现单片微处理机。微处理机的出现对控制技术产生了重大影响，控制工程师可以很方便地利用微处理机来实现各种复杂的控制，使综合自动化成为现实。1957年国际自动控制联合会（IFAC）召开成立大会，有18个国家的代表团出席了这次大会，中国是发起国之一。从1960年起每三年召开一次国际自动控制学术大会，并出版《自动学》﹑《IFAC通讯》等期刊。IFAC的成立标志着自动控制这一学科已经成熟，通过国际合作来推动系统和控制领域的新发展。5　现代控制理论和技术的形成和发展20世纪50年代以后，经典控制理论有了许多新的发展。各种新的理论和方法，逐渐渗入控制理论的研究中来。但是到了50年代末就发现把经典控制理论的方法推广到多变量系统时会得出错误的结论，经典控制理论的方法有其局限性，为了解决和克服遇到的问题，现代控制理论应运而生。1）系统辨识﹑建模与仿真现代控制理论中最优控制器的设计﹑观察器的设计和零极点配置等都是在已知系统的动态方程或状态方程的前提下进行的。这些系统综合方法往往选择一种使用方便的描述形式，而不考虑如何获得这些数学模型。在实际应用中系统的模型往往是未知的。对于复杂系统用已知的物理规律来建立模型常常遇到难以克服的困难。于是根据系统的输入输出数据来建立数学模型的方法便发展起来，逐步形成了系统辨识的理论和方法。在分析﹑综合和设计自动控制系统的过程中除了应用理论进行计算以外，常常要对系统的特性进行试验研究。显然，在系统未建立前是不可能对系统进行试验的。对于已有的系统，如果系统十分复杂，在实际系统上进行试验，不论出于经济还是安全的考虑，都是不能允许的，有时甚至是不可能的。为此，有必要在仿真设备上试验系统，包括建立﹑修改﹑复现系统的模型，通常把这种试验过程称为系统仿真。现在系统辨识﹑建模和仿真已成为系统和控制领域中十分活跃的重要学科。2）自适应控制和自校正调节器50年代初为了设计飞机的自动导航系统，使其能在较宽的速度和高度范围内飞行，开始重视自适应控制的研究。60年代控制理论的发展加深了对自适应过程的理解。自适应控制可用随机递推过程来描述。到了70年代由于微电子学有了新的突破，可用简单而经济的方法来实现自适应控制。目前对于参数自适应控制已研究出三种方法，即增益调整法﹑模型参考法和自校正调节器。3）遥测﹑遥控和遥感19世纪末已出现了远距离测量和控制的尝试。20世纪20年代遥测和遥控开始达到实用阶段，用于铁路上信号和道岔的控制。1930年发送了世界上第一个无线电高空探测仪，用以测量大气层的气象数据。这是第一台比较完善的无线电遥测设备。到了40年代，大电力系统，石油﹑天然气管道输送系统和城市公用事业系统都需要通过遥测﹑遥信﹑遥控﹑遥调来对地理上分散的对象进行集中监控，促进了遥测遥控系统的发展。苏联和东欧各国把这类系统称为远动系统。遥测就是对被测对象的某些参数进行远距离测量，一般是由传感器测出被测对象的某些参数并转变成电信号，然后应用多路通信和数据传输技术，将这些电信号传送到远处的遥测终端，进行处理﹑显示及记录。遥信则是对远距离被测对象的工作极限状态（是否工作或工作是否正常）进行测量。遥控就是对被控对象进行远距离控制。遥控技术综合应用自动控制技术和通信技术，来实现远距离控制，并对远距离被控对象进行监测。其中对远距离被控对象的工作状态的调整称为遥调。对按一定导引规律运动的被控对象进行远距离控制则称为制导，即控制和导引，在航天﹑航空和航海上有广泛的应用。60年代以后遥感技术得到了迅速的发展。遥感就是装载在飞机或人造卫星等运载工具上的传感器，收集由地面目标物反射或发射来的电磁波，利用这些数据来获得关于目标物的信息。以飞机为主要运载工具的航空遥感发展到以地球卫星和航天飞机为主要运载工具的航天遥感以后，使人们能从宇宙空间的高度上大范围地周期性地快速地观测地球上的各种现象及其变化，从而使人类对地球资源的探测和对地球上一些自然现象的研究进入了一个新的阶段，现已应用在农业﹑林业﹑地质﹑地理﹑海洋﹑水文﹑气象﹑环境保护和军事侦察等领域。4）综合自动化50年代末到60年代初，开始出现电子数字计算机控制的自动化工厂，60年代末在制造工业中出现了许多自动化生产线（图4-13），工业生产开始由局部自动化向综合自动化方向发展。70年代以来微电子技术﹑计算机技术和机器人技术的重大突破，促进了综合自动化的迅速发展。过程控制方面，1975年开始出现集散型控制系统，使过程自动化达到很高的水平。制造工业方面，在采用成组技术﹑数控机床﹑加工中心和群控的基础上发展起来的柔性制造系统（FMS）及计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）系统成为工厂自动化的基础。70年代开发出来的一批工业机器人﹑感应式无人搬运台车﹑自动化仓库和无人叉车成为综合自动化的强有力的工具。柔性制造系统是从60年代开始研制的，1972年美国第一套柔性制造系统正式投入生产。70年代末到80年代初柔性制造系统得到迅速的发展，普遍采用搬运机器人和装配机器人。1982年10月在英国的普赖顿召开第一届柔性制造系统国际会议。图4-13　自动化生产线5）大系统理论的诞生系统和控制理论的应用从60年代中期开始逐渐从工业方面渗透到农业﹑商业和服务行业，以及生物医学﹑环境保护和社会经济各个方面。由于现代社会科学技术的高度发展出现了许多需要综合治理的大系统，现代控制理论又无法解决这样复杂的问题，系统和控制理论急待有新的突破。在计算机技术方面，60年代初开始发展数据库技术，1970年提出关系数据库，到80年代数据库技术已经达到相当的水平。60年代末计算机技术和通信技术相结合产生了数据通信。1969年美国国防部高级研究局的阿帕网（ARPA）的第一期工程投入使用取得成功，开创了计算机网络的新纪元。数据库技术和计算机网络为80年代实现管理自动化创造了良好的条件。管理自动化的一个核心问题是办公室自动化，这是从70年代开始发展起来的一门综合性技术，到80年代已初步成熟。办公室自动化为管理自动化奠定了良好的基础。国际自动控制联合会（IFAC）于1976年在意大利的乌第纳召开了第一届大系统学术会议，于1980年在法国的图鲁兹召开第二届大系统学术会议。美国电气与电子工程师学会（IEEE）于1982年10月在美国弗吉尼亚州弗吉尼亚海滩举行了一次国际大系统专题讨论会。1980年在荷兰正式出版国际性期刊《大系统──理论与应用》。这些活动标志着大系统理论的诞生。6）人工智能和模式识别用机器来模拟人的智能，虽然是人类很早以前就有的愿望，但其实现还是从有了电子计算机以后才开始的。1936年，图灵提出了用机器进行逻辑推理的想法。50年代以来，人工智能的研究是基于充分发挥计算机的用途而展开的。早期的人工智能研究是从探索人的解题策略开始，即从智力难题﹑弈棋﹑难度不大的定理证明入手，总结人类解决问题时的心理活动规律，然后用计算机模拟，让计算机表现出某种智能。1948年美国数学家维纳在《控制论》一书的附注中首先提出制造弈棋机的问题。1954年美国国际商业机器公司（IBM）的工程师塞缪尔应用启发式程序编成跳棋程序，存储在电子数字计算机内，制成能积累下棋经验的弈棋机。1959年该弈棋机击败了它的设计者。1956年赫伯特·西蒙和艾伦·纽厄尔等研制了一个称为逻辑理论家的程序，用电子数字计算机证明了怀特海和罗素的名著《数学原理》第二章52条定理中的33条定理。1956年M．L．明斯基、J．麦卡锡、纽厄尔、西蒙等10位科学家发起在达特茅斯大学召开人工智能学术讨论会，标志人工智能这一学科正式诞生。1960年人工智能的4位奠基人，即美国斯坦福大学的麦卡锡、麻省理工学院的明斯基、卡内基梅隆大学的纽厄尔和西蒙组成了第一个人工智能研究小组，有力地推动了人工智能的发展。从1967年开始出版不定期刊物《机器智能》，共出版了9集。从1970年开始出版期刊《人工智能》。从1969年开始每两年举行一次人工智能国际会议（IJCAI）。这些活动进一步促进了人工智能的发展。70年代以来微电子技术和微处理机的迅速发展，使人工智能和计算机技术结合起来。一方面在设计高级计算机时广泛应用人工智能的成果，另一方面又利用超级微处理机实现人工智能，大大地加速了人工智能的研究和应用。人工智能的基础是知识获取﹑表示技术和推理技术，常用的人工智能语言则是LISP语言和PROLOG语言，人工智能的研究领域涉及自然语言理解﹑自然语言生成﹑机器视觉﹑机器定理证明﹑自动程序设计﹑专家系统和智能机器人等方面。人工智能已发展成为系统和控制研究的前沿领域。1977年E．A．费根鲍姆在第五届国际人工智能会议上提出了知识工程问题。知识工程是人工智能的一个分支，它的中心课题就是构造专家系统。1973—1975年费根鲍姆领导斯坦福大学的一个研究小组研制成功一个用于诊治血液传染病和脑膜炎的医疗专家系统MYCIN，能学习专家医生的知识，模仿医生的思维和诊断推理，给出可靠的诊治建议。1978年费根鲍姆等人研制成功水平很高的化学专家系统DENDRAL。1982年美国学者W．R．纳尔逊研制成功诊断和处理核反应堆事故的专家系统REACTOR。中国也已经研制成功中医专家系统和蚕育种专家系统。现在专家系统已应用在医学﹑机器故障诊断﹑飞行器设计﹑地质勘探﹑分子结构和信号处理等方面。为了扩大计算机的应用，使计算机能直接接受和处理各种自然的模式信息，即语言﹑文字﹑图像﹑景物等，模式识别研究受到人们的重视。1956年，塞尔弗里奇等人研制出第一个字符识别程序，随后出现了字符识别系统和图像识别系统，并形成了以统计法和结构法为核心的模式识别理论，语音识别和自然语言理解的研究也取得了较大进展，为人和计算机的直接通信提供了新的接口。60年代末到70年代初美国麻省理工学院﹑美国斯坦福大学和英国爱丁堡大学对机器人学进行了许多理论研究，注意到把人工智能的所有技术综合在一起，研制出智能机器人，如麻省理工学院和斯坦福大学的手眼装置﹑日立公司有视觉和触觉的机器人等。由于机器人在提高生产率，把人从危险﹑恶劣等工作条件下替换出来，扩大人类的活动范围等方面显示出极大的优越性，所以受到人们的重视。机器人技术发展很快，并得到越来越广泛的应用，并在工业生产﹑核电站设备检查﹑维修﹑海洋调查﹑水下石油开采﹑宇宙探测等方面大显身手，正在研究中的军用机器人也具有较大的潜在应用价值。关于机器人的设计﹑制造和应用的技术形成了机器人学。总结人工智能研究的经验和教训，人们认识到，让机器求解问题必须使机器具有人类专家解决问题的那些知识，人工智能的实质应是如何把人的知识转移给机器的问题。1977年，费根鲍姆首倡专家系统和知识工程，于是以知识的获取﹑表示和运用为核心的知识工程发展起来。自70年代以来，人工智能学者已研制出用于医疗诊断﹑地质勘探﹑化学数据解释和结构解释﹑口语和图像理解﹑金融决策﹑军事指挥﹑大规模集成电路设计等各种专家系统。智能计算机﹑新型传感器﹑大规模集成电路的发展为高级自动化提供了新的控制方法和工具。50年代以来，在探讨生物及人类的感觉和思维机制，并用机器进行模拟方面，取得一些进展，如自组织系统﹑神经元模型﹑神经元网络脑模型等，对自动化技术的发展有所启迪。同一时期发展起来的一般系统论﹑耗散结构理论﹑协同学和超循环理论等对自动化技术的发展提供了新理论和新方法。