实验课程名称：监测控制系统应用实验七
实验项目名称：监测控制系统的设计与实现实验成绩：实验者：专业班级：电信130 班同组者：实验日期：周四3~4节一．实验目的
1.通过本次实验形成系统设计的概念
2.掌握单片机应用系统的设计方法和流程
3.学会合理分配资源
4.提高综合运用知识的能力
二．实验要求
1.综合前面的实验，实现一监测控制系统，监测一模拟量（0-5V的交流电）输入并显示。
2.当该模拟量在正常的1-3V范围内时，系统执行正常的顺序控制，这时8个LED 灯依次亮2s并循环（代表正常的工序）。
3.当模拟量超出1-3V范围时，则8个LED灯间隔一个灯依次亮2s并循环（代表特殊的工序）。
4.用一个按键模拟故障，当该按键按一下时，发出报警声，LED全灭（代表工作暂停），当该按键再按一下时，表示故障解除，停报警声，恢复正常工作。
三．探究内容
1．当系统有较多外设时，如何为外设分配I/O口，是否要扩展I/O口？
2．当系统有较多任务时，分析任务的实时性和所占资源，考虑那些任务放主程序执行，哪些放中断执行？（中断资源、定时器资源的合理分配）
3．本任务中的定时2s任务是由定时器定时实现还是通过软件延时实现好？（定时器资源、实时性综合考虑，只要满足要求即可，没有固定的安排模式）
四．流程图
系统流程图定时中断流程图
外部中断流程图
五．实验连线图
PCF 芯片的 CLK接P1.0；CS接P1.1 ；D1接P1.2；D0接P1.3;
蜂鸣器接在P3.6接一个开关在P3.2（外部中断）,P1.5接整数位显示数码管的位选，P1.6接第一位显示数码管的位选，P1.7接第二位数码管的位选。
查看LED灯状态时，LED灯接 P2口；
查看数码管状态时，数码管段选接在P0口。
六．实验结果及分析
1. 实验结果
2.结果分析：
有实验知，输入电压在1~3V之间时，LED依次滚动显示，相邻显示间隔2s，电压小于1V或者大于3V时，LED灯隔一个显示，每次显示2s。有外部中断触发时，蜂鸣器响，LED灯全灭，外部中断再次触发时，根据外部输入电压值正常显示。
七．附录
实验程序
/*******************************初始化*******************************/
#ifndef__XPT2046_H_
#define __XPT2046_H_
//---包含头文件---//
#include
#include
//---重定义关键词---//
#ifndef uchar
#define uchar unsigned char
#endif
#ifndef uint
#define uint unsigned int
#endif
#ifndef ulong
#define ulong unsigned long
#endif
//---定义使用的IO口---//
sbit CLK = P1^0;//时钟
sbit CS = P1^1;//片选
sbit DIN = P1^2;//输入
sbit DOUT = P1^3;//输出
uint Read_AD_Data(uchar cmd);
uint SPI_Read(void);
void SPI_Write(uchar dat);
#endif
/*******************总线初始化及AD/DA转换函数初始化********************/ #include"XPT2046.h"
/***************************************************************************
*函数名：TSPI_Start
*输入：无
*输出：无
*功能：初始化触摸SPI
*************************************************************************** */
void SPI_Start(void)
{
CLK = 0;
CS = 1;
DIN = 1;
CLK = 1;
CS = 0;
}
/*************************************************************************** *
*函数名：SPI_Write
*输入：dat：写入数据
*输出：无
*功能：使用SPI写入数据
*************************************************************************** */
void SPI_Write(uchar dat)
{
uchar i;
CLK = 0;
for(i=0; i<8; i++)
{
DIN = dat >> 7; //放置最高位
dat <<= 1;
CLK = 0;//上升沿放置数据
CLK = 1;
}
}
/***************************************************************************
*函数名：SPI_Read
*输入：无
*输出：dat：读取到的数据
*功能：使用SPI读取数据
***************************************************************************/ uint SPI_Read(void)
{
uint i, dat=0;
CLK = 0;
for(i=0; i<12; i++)//接收12位数据
{
dat <<= 1;
CLK = 1;
CLK = 0;
dat |= DOUT;
}
return dat;
}
/*************************************************************************** *
*函数名：Read_AD_Data
*输入：cmd：读取的X或者Y
*输出：endValue：最终信号处理后返回的值
*功能：读取触摸数据
***************************************************************************/ uint Read_AD_Data(uchar cmd)
{
uchar i;
uint AD_Value;
CLK = 0;
CS = 0;
SPI_Write(cmd);
for(i=6; i>0; i--); //延时等待转换结果
CLK = 1;//发送一个时钟周期，清除BUSY
_nop_();
_nop_();
CLK = 0;
_nop_();
_nop_();
AD_Value=SPI_Read();
CS = 1;
return AD_Value;
}
/************************AD转换函数初始化结束*********************/ #include"reg51.h"
#include"XPT2046.h"
//--定义使用的IO--//
void delay(unsigned int i)
{
char j;
for(i; i > 0; i--)
for(j = 100; j > 0; j--);
}
sbit beep = P3^6;
sbit int0 = P3^2;
sbit bb=P3^0;
sbit S1 = P1^4;
sbit S2 = P1^5;
sbit S3 = P1^6;
sbit S4 = P1^7;
int lzc;
uint temp,count;
unsigned char control=0;
unsigned char t=0;
unsigned char flag=0;
unsigned char DisplayData[8]; //用来存放要显示的8位数的值
bit flag_error=0;
unsigned char table[16]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,
0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e};
//此表为LED 的字模, 共阴数码管0-9 -
unsigned char code table2[] = {
0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00};
void DigDisplay(void);
void m_error() interrupt 0 {
控制系统仿真课程设计 （2011级） 题目控制系统仿真课程设计学院自动化 专业自动化 班级 学号 学生姓名 指导教师王永忠/刘伟峰 完成日期2014年6月
控制系统仿真课程设计一 ———交流异步电机动态仿真 一 设计目的 1．了解交流异步电机的原理，组成及各主要单元部件的原理。 2. 设计交流异步电机动态结构系统； 3．掌握交流异步电机调速系统的调试步骤，方法及参数的整定。 二 设计及Matlab 仿真过程 异步电机工作在额定电压和额定频率下，仿真异步电机在空载启动和加载过程中的转速和电流变化过程。仿真电动机参数如下： 1.85, 2.658,0.2941,0.2898,0.2838s r s r m R R L H L H L H =Ω=Ω===， 20.1284Nm s ,2,380,50Hz p N N J n U V f =?===，此外，中间需要计算的参数如下： 21m s r L L L σ=-，r r r L T R =，22 2 s r r m t r R L R L R L +=，10N m TL =?。αβ坐标系状态方程： 其中，状态变量： 输入变量： 电磁转矩： 2p m p s r s L r d ()d n L n i i T t JL J βααωψψβ=--r m r r s r r d 1d L i t T T ααβαψψωψ=--+r m r r s r r d 1d L i t T T ββαβψψωψ=-++22s s r r m m m s r r s s 2r r r r d d i R L R L L L L i u t L T L L ααβαα σψωψ+=+-+22 s s r r m m m s r r s s 2 r r r r d d i R L R L L L L i u t L T L L ββαββ σψωψ+=--+[ ] T r r s s X i i αβαβωψψ=[ ] T s s L U u u T αβ=()p m e s s s s r n L T i i L βααβ ψψ=-
目录 一、设计任务与设计要求 (1) 二、设计原理 (1) 2.1 主要硬件介绍 (1) 2.1.1 DS18B20数字温度传感器 (1) 2.1.2 AT89C51单片机芯片 (3) 2.2 系统原理结构 (3) 三、设计方案 (4) 3.1 硬件部分 (4) 3.1.1 温度测量模块 (4) 3.1.2 LED数码管显示模块 (4) 3.1.3 按键模块 (5) 3.1.4 系统整体结构仿真图 (5) 3.2 软件部分 (5) 3.2.1DS18B20传感器程序 (5) 3.2.2键盘读取及确认程序 (7) 3.2.3DS18B20操作流程图 (8) 四、调试与性能分析 (9) 4.1 proteus仿真结果 (9) 4.2实物测试 (9) 4.2.1正常情况 (9) 4.2.2报警状态 (10) 五、心得体会 (10) 六、成品展示 (11) 七、附录部分 (12) 附件一、电路设计原理图 (12) 附件二、系统设计原始代码程序 (13)
一、设计任务与设计要求 本设计主要利用单片机AT89C51 芯片和以美国MAXIM/DALLAS半导体公司的单总线温度传感器DS18B20相结合来实现装置周围温度的采集，其中以单片机AT89C51 芯片为核心，辅以温度传感器DS18B20和LED数码管及必要的外围电路，构成一个结构简单、测温准确、具有一定控制功能的温度监视警报装系统。 功能要求： 添加温度报警功能，通过4个按键来设置温度的上下限值，当用DS18B20 测得的温度不在所设置的温度范围内，蜂鸣器开始鸣报。 二、设计原理 2.1 主要硬件介绍 2.1.1 DS18B20数字温度传感器 DS18B20 数字温度传感器提供9~12 位摄氏温度的测量，拥有非易失性用户可编程最高与最低触发点告警功能。DS18B20 通过单总线实现通信，单总线通常是DS18B20连接到中央微控制器的一条数据线（和地）。它能够感应温度的范围为-55℃~+125℃，在-10℃~+85℃的测量的精度是±0.5℃，而且DS18B20 可以直接从数据线上获取供电（寄生电源）而不需要一个额外的外部电源。 DS18B20 使用DALLAS 独有的单总线（1—wire）协议使得总线通信只需要一根控制线，控制线需要一个较小的上拉电阻，因为所有的期间都是通过三态或开路端口连接在总线上的（DS18B20 是这种情况）。在这种总线系统中，微控制器（主器件）识别和寻址挂接在总线上具有独特64 位序列号的器件。因为每个器件拥有独特的序列号，因此挂接到总线上的器件在理论上是不受限制的，单总线（1-wire）协议包括指令的详细解释和“时隙”。这个数据表包含在单总线系统（1-WIRE BUS SYSTEM）部分。DS18B20 的另外一个特征是能够在没有外部供电的情况下工作。当总线为高的时候，电源有上拉电阻通过DQ 引脚提供，高总线信号给内部电容（Cpp）充电，这就使得总线为的时候给器件提供电源，这种从单总线上移除电源的方法跟寄生电源有关，作为一种选择，DS8B20 也可以采用引脚VDD 通过外部电源给器件供电。 DS18B20 引脚定义： (1) GND为电源地； (2) DQ为数字信号输入/输出端； (3)VDD 为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地） 图2.1.1 DS18B20 引脚排列图
浙江省衢州市仲尼中学高中通用技术《控制系统的设计与实施》 教案新人教版 一、教材分析 本节要求学生亲历一个完整的控制系统设计和模型制作过程。对于控制系统方案的设计不要求学生能形成详细的设计方案，只需形成初步方案，重要的是让学生亲历设计的过程，知道怎样通过分析被控对象的基本特性，确定被控量、控制量，从而形成控制系统的设计框图，对于开环控制系统和闭环控制系统的制作和实施，课标有着不同层次的要求，对于开环要求能制作一个完整的简单的控制装置，对于闭环控制系统，只要求学生根据简单闭环控制系统的方案进行模拟实施，学会调试运行，提出改进方案。 本课要解决的重点是：亲历一个完整的控制系统设计和模型制作过程. 二、学情分析 （1）学生已经使用过设计的技术语言对设计的过程和方案进行描述； （2）经历了几个设计和制作的全过程，熟悉设计过程中的各个环节以及模型或原型制作的基本方法和手段； （3）设计制作中具体技术和专业知识（如电子、电路及机械控制知识等）有所欠缺，给控制的设计和实施带来了一定的困难； 三、教学目标 1. 了解简单的被控对象的基本特性，能确定被控量、控制量，采用逆推法画出控制系统的方框图，并形成初步的控制系统设计的方案。 2. 能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置；或者根据简单闭环控制系统的方案进行模拟实施，学会调试运行，提出改进方案。 四、教学重点 设计一个控制系统应明确的问题，对控制系统的基本要求。 五、教学难点 设计一个控制系统应明确的问题的分析，控制系统设计的思想方法。 六、教学方法 讲授、讨论、小组合作。 七、教学资源准备 多媒体设备、相关图片资料、技术试验工具、材料等。
、 北京理工大学珠海学院 课程设计任务书 2010 ～2011 学年第 2学期 学生姓名：林泽佳专业班级：08自动化1班指导教师：钟秋海工作部门：信息学院一、课程设计题目 ： 《控制系统建模、分析、设计和仿真》 本课程设计共列出10个同等难度的设计题目，编号为：[0号题]、[1号题]、[2号题]、[3号题]、[4号题]、[5号题]、[6号题]、[7号题]、[8号题]、[9号题]。 学生必须选择与学号尾数相同的题目完成课程设计。例如，学号为8xxxxxxxxx2的学生必须选做[2号题]。 二、课程设计内容 （一）《控制系统建模、分析、设计和仿真》课题设计内容|
！ " [2 有波纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。 （二）《控制系统建模、分析、设计和仿真》课题设计要求及评分标准【共100分】 , 1、求被控对象传递函数G(s)的MATLAB描述。（2分） 2、求被控对象脉冲传递函数G(z)。（4分） 3、转换G(z)为零极点增益模型并按z-1形式排列。（2分） 4、确定误差脉冲传递函数Ge(z)形式,满足单位加速度信号输入时闭环稳态误差为零和实际 闭环系统稳定的要求。（6分） 5、确定闭环脉冲传递函数Gc(z)形式，满足控制器Dy(z)可实现、最少拍和实际闭环系统稳 定的要求。（8分）
6、根据4、5、列写方程组，求解Gc(z)和Ge(z)中的待定系数并最终求解Gc(z)和Ge(z) 。 （12分） 7、求针对单位加速度信号输入的最少拍有波纹控制器Dy(z)并说明Dy(z)的可实现性。 （3分） ！ 8、用程序仿真方法分析加速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。（7分） 9、用图形仿真方法(Simulink)分析单位加速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。 （8分） 10、确定误差脉冲传递函数Ge(z)形式,满足单位速度信号输入时闭环稳态误差为零和实际 闭环系统稳定的要求。（6分） 11、确定闭环脉冲传递函数Gc(z)形式，满足控制器Dw(z)可实现、无波纹、最少拍和实际 闭环系统稳定的要求。（8分） 12、根据10、11、列写方程组，求解Gc(z)和Ge(z)中的待定系数并最终求解Gc(z)和Ge(z) 。 （12分） 13、求针对单位速度信号输入的最少拍无波纹控制器Dw(z)并说明Dw(z)的可实现性。（3分） 14、用程序仿真方法分析单位速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。（7分） 15、用图形仿真方法(Simulink)分析单位速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。 & （8分） 16、根据8、9、14、15、的分析，说明有波纹和无波纹的差别和物理意义。（4分） 三、进度安排 6月13至6月14：下达课程设计任务书；复习控制理论和计算机仿真知识，收集资料、熟悉仿真工具；确定设计方案和步骤。 6月14至6月16：编程练习，程序设计；仿真调试，图形仿真参数整定；总结整理设计、 仿真结果，撰写课程设计说明书。 6月16至6月17：完成程序仿真调试和图形仿真调试；完成课程设计说明书；课程设计答 辩总结。 [ 四、基本要求
安阳师范学院 课程设计报告 名称：模拟电子技术课程设计 题目：温度测量控制系统的设计和制作学号：101102041 学生姓名：刘亚敏 指导老师：李建法 日期：2011/12/14
目录 一、模拟电子技术课程设计的目的和要求...................... - 1 - 二、课程设计名称及设计要求................................ - 1 - 三、总体设计思想.......................................... - 1 - 四、系统框图及简要说明.................................... - 1 - 五、单元电路设计（原理、芯片、参数计算等）................ - 2 - 六、总体电路：............................................ - 6 - 七、仿真结果：............................................ - 6 - 八、实际测量数据分析...................................... - 7 - 九、设计感想.............................................. - 7 - 附录1：元器件清单......................................... - 8 - 附录2：参考文献........................................... - 8 -
实验七 对汽车控制系统的设计与仿真 一、实验目的： 通过实验对一个汽车运动控制系统进行实际设计与仿真，掌握控制系统性能的分析和仿真处理过程，熟悉用Matlab 和Simulink 进行系统仿真的基本方法。 二、实验学时：4 个人计算机，Matlab 软件。 三、实验原理： 本实验是对一个汽车运动控制系统进行实际设计与仿真，其方法是先对汽车运动控制系统进行建摸，然后对其进行PID 控制器的设计，建立了汽车运动控制系统的模型后，可采用Matlab 和Simulink 对控制系统进行仿真设计。 注意：设计系统的控制器之前要观察该系统的开环阶跃响应，采用阶跃响应函数step( )来实现，如果系统不能满足所要求达到的设计性能指标，需要加上合适的控制器。然后再按照仿真结果进行PID 控制器参数的调整，使控制器能够满足系统设计所要求达到的性能指标。 1. 问题的描述 如下图所示的汽车运动控制系统，设该系统中汽车车轮的转动惯量可以忽略不计，并且假定汽车受到的摩擦阻力大小与汽车的运动速度成正比，摩擦阻力的方向与汽车运动的方向相反，这样，该汽车运动控制系统可简化为一个简单的质量阻尼系统。 根据牛顿运动定律，质量阻尼系统的动态数学模型可表示为： ? ??==+v y u bv v m & 系统的参数设定为：汽车质量m =1000kg ， 比例系数b =50 N ·s/m ， 汽车的驱动力u =500 N 。 根据控制系统的设计要求，当汽车的驱动力为500N 时，汽车将在5秒内达到10m/s 的最大速度。由于该系统为简单的运动控制系统，因此将系统设计成10％的最大超调量和2％的稳态误差。这样，该汽车运动控制系统的性能指标可以设定为： 上升时间：t r <5s ； 最大超调量：σ％<10％； 稳态误差：e ssp <2％。 2、系统的模型表示
高中通用技术控制系统的设计与实施教案第四节控制系统的设计与实施教案 一、教学内容分析: 本节课内容为本节的最后一节，是本节、本章、本书的最后一个课时。在前面的学习中，学生已经了解了结构、流程、系统、控制与设计的关系。设计是技术的重要组成部分之一，而且《技术与设计2》大部分都是围绕着设计这个主题来展开的。 本节让学生了解控制系统设计的一般思路比较关键，只有这部分内容理解了，才能有效的进行下一个内容——控制系统的设计与实施案例。在控制系统的设计与实施案例中，重点要让学生会分析和选择案例，并学会设计，有一定的实践性。 二、教学对象分析: 学生对一些产品有一定的使用经验，这些经验有成功的，也有失败的，通过控制系统的分析与设计，使学生对一定的实践经验的生活经历，上升到一定的理论认识，对失败的使用经验，能从控制与设计的角度重新的认识。 三、教学目标: 1.知识与技能: 1)了解简单的被控对象的基本特性，能确定被控量、控制量，画出控制系统的方框图，并形成初步的控制系统设计的方案。 2)能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置;或者根据简单闭环控 制系统的方案进行模拟实施，学会调试运行提出改进方案。 2.过程与方法: 通过案例式的探讨和实践改良的技术活动，提高分析能力，培养探究精神。 3.情感态度价值观:
(1)通过对控制系统的设计与实施的分析，体会产品设计中人性化的设计思想。 (2) 培养认真严谨的态度，进而树立“以人为本”的设计理念。 (3) 通过多种形式的教学活动，提高学生学习技术课的兴趣。 四、教学重难点: 1.教学重点: (1)控制系统设计的一般思路，了解简单的被控对象的基本特性，确定相关的量，会画方框图。 (2)能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置并学会调试运行，提出改进方案。 2.教学难点: (1)设计一个控制系统应明确的问题的分析，控制系统设计的思想方法。 (2)闭环系统的设计，以及被控量和控制量的确定。 五、教学策略: 本节书从理论上讲内容较难，学生理解起来比较困难，为了能有较好的课堂效果，设计如下: (1)通过一些具体的生活中例子对比来导入有关控制的设计方法，从而引入课题。 (2)教师根据课本中的案例，引导学生解决问题，提高学习的自主能力。 用心爱心专心 (3)寻找一些贴近学生生活实际和典型的《电吹风》《电暧气》(有开环与闭环两种)等案例，利用媒体教学手段增加课堂气氛，帮助学生在快乐、轻松的氛围中掌握知识。抽水马桶水箱不适合农村的学生，自动升旗控制的设计，难度相对高些，但比较实用，但要结合学生玩电动车的经验。 )老师起到引导的作用，学生为主体，在学生掌握的基础上，课堂交给学生。让学生进(4
自动控制原理课程设计 设计题目：基于Matlab的自动控制系统设计与校正
目录 目录 第一章课程设计内容与要求分析 (1) 1.1设计内容 (1) 1.2 设计要求 (1) 1.3 Matlab软件 (2) 1.3.1基本功能 (2) 1.3.2应用 (3) 第二章控制系统程序设计 (4) 2.1 校正装置计算方法 (4) 2.2 课程设计要求计算 (4) 第三章利用Matlab仿真软件进行辅助分析 (6) 3.1校正系统的传递函数 (6) 3.2用Matlab仿真 (6) 3.3利用Matlab/Simulink求系统单位阶跃响应 (10) 3.2.1原系统单位阶跃响应 (10) 3.2.2校正后系统单位阶跃响应 (11) 3.2.3校正前、后系统单位阶跃响应比较 (12) 3.4硬件设计 (13) 3.4.1在计算机上运行出硬件仿真波形图 (14) 课程设计心得体会 (16) 参考文献 (18)
第一章 课程设计内容与要求分析 1.1设计内容 针对二阶系统 )1()(+= s s K s W ， 利用有源串联超前校正网络（如图所示）进行系统校正。当开关S 接通时为超前校正装置，其传递函数 11 )(++-=Ts Ts K s W c c α， 其中 132R R R K c += ，1 )(13243 2>++=αR R R R R ，C R T 4=， “-”号表示反向输入端。若Kc=1，且开关S 断开，该装置相当于一个放 大系数为1的放大器（对原系统没有校正作用）。 1.2 设计要求 1）引入该校正装置后，单位斜坡输入信号作用时稳态误差1.0)(≤∞e ，开环截止频率ωc’≥4.4弧度/秒，相位裕量γ’≥45°； 2）根据性能指标要求，确定串联超前校正装置传递函数； 3）利用对数坐标纸手工绘制校正前、后及校正装置对数频率特性曲线； c R R
西安邮电大学 专业课程设计报告书 院系名称：电子工程学院学生姓名：李群学号05113096 专业名称：光信息科学与技术班级：光信1103 实习时间：2014年4月8日至2014年4月 18日
一、课程设计题目： 用matlab 仿真光束的传输特性。 二、任务和要求 1、用matlab 仿真光束通过光学元件的变换。 ① 设透镜材料为k9玻璃，对1064nm 波长的折射率为1.5062，镜片中心厚度为3mm ，凸面曲 率半径，设为100mm ，初始光线距离透镜平面20mm 。用matlab 仿真近轴光线（至少10条）经过平凸透镜的焦距，与理论焦距值进行对比，得出误差大小。 ② 已知透镜的结构参数为101=r ，0.11=n ，51=d ，5163.121==' n n （K9玻璃）， 502-=r ，0.12=' n ，物点A 距第一面顶点的距离为100，由A 点计算三条沿光轴夹角分别为10、20、 30的光线的成像。试用Matlab 对以上三条光线光路和近轴光线光路进行仿真，并得出实际光线的球差大小。 ③ 设半径为1mm 的平面波经凸面曲率半径为25mm ，中心厚度3mm 的平凸透镜。用matlab 仿 真平面波在透镜几何焦平面上的聚焦光斑强度分布，计算光斑半径。并与理论光斑半径值进行对比，得出误差大小。（方法：采用波动理论，利用基尔霍夫—菲涅尔衍射积分公式。） 2、用MATLAB 仿真平行光束的衍射强度分布图样。（夫朗和费矩形孔衍射、夫朗和费圆孔衍射、夫朗和费单缝和多缝衍射。） 3、用MATLAB 仿真厄米—高斯光束在真空中的传输过程。（包括三维强度分布和平面的灰度图。） 4、（补充题）查找文献，掌握各类空心光束的表达式，采用费更斯-菲涅尔原理推导各类空心光束在真空中传输的光强表达式。用matlab 对不同传输距离处的光强进行仿真。 三、理论推导部分 第一大题 （1）十条近轴光线透过透镜时，理想情况下光线汇聚透镜的焦点上，焦点到像方主平面的距离为途径的焦距F ，但由于透镜的折射率和厚度会影响光在传输过程中所走的路径（即光程差Δ）。在用MATLAB 仿真以前先计算平行光线的传输路径。，R 为透镜凸面的曲率半径，h 为入射光线的高度，θ1为入射光线与出射面法线的夹角，θ2为出射光线与法线的夹角，n 为透镜材料的折射率。设透镜的中心厚度为d ，则入射光线经过透镜的实际厚度为：L=(R-d) 光线的入射角为：sinq1=h/R 折射角度满足：sinq2=nsinq1 而实际的光束偏折角度为：θ2-θ1。 由此可以看出，当平行光线照射透镜时，在凸面之前光线平行于光轴，在凸面之后发生了偏折，于光轴交汇一点，这一点成为焦点f ，折线的斜率为（-tan(θ2-θ1)）。 （2）根据题意可得，本题所讨论的是与光轴夹角不同的三条光线，经过透镜的两次反射后的成像问题。利用转面公式计算。
河南中医学院 本科生毕业设计（论文）开题报告 题目：基于单片机温度检测与控制系统设计 院系：信息技术学院 专业：计算机科学与技术 班级：2010级计科班 学号：2010180042 学生姓名：郭文珠 指导教师：谢志豪 2013年11月13日 一、立题依据（包括研究的目的与意义及国内外现状）： 研究的目的与意义 这次毕业设计选题的目的主要是让我们将所学的知识应用与生活当中，掌握系统总体设计的流程，方案的论证，选择，实施与完善。通过对温度控制系统的设计、制作、控制、测试的全过程，提高对单片机的认识和实际操作的能力，初步培养在完成工程项目中所应具备的基本素质和要求，培养自己的研发能力，提高自己的查阅资料，语言表达和理论联系实际的能力。 温度控制无论在日常生活还是工业生产中都有分厂重要的作用，随着社会经济的高速发展，更多方面对温度控制的可靠性和稳定性有了更高的要求，而单片机进行温度的调节就具备很高的可靠性[1]。 国内外现状 国外对温度控制技术研究较早，始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并行指进示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统[2]。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温度测控技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展[3]。我国对于温度测控技术的研究较晚，始于20世纪80年代。我国工程技术人员在吸收发达国家温度测控技术的基础上，才掌握了温度室内微机控制技术，该技术仅限于对温度的单项环境因子的控制。我国温度测控设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展[4]。在技术上，以单片机控制的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，与发达国家相比，存在较大差距。我国温度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度，生产实际中仍然有许多问题困扰着我们，存在着装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能共享可靠性差等缺点[5]。在今后的温控系统的研究中会趋于智能化，集成化，系统的各项性能指标更准确，更加稳定可靠。 二、研究主要内容（包括计划解决的具体问题或实现的基本功能，研究中的重难点分析、实用性及创新性分析，预期达到的成果等。不得低于800字）： 计划实现的基本功能 温度控制系统主要是完成温度信号采集、处理、显示等功能[6]。设 计叙述了基于单片机的温度检测与控制系统的设计，包括硬件的设计以 及软件的设计，该系统在硬件设计上主要是通过温度传感器对温度进行 采集，把温度转成变化的电压，然后由放大器将信号放大，通过转化器
阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根 控制系统设计与仿真上机实验报告 学院：自动化学院 班级：自动化 姓名： 学号： 法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。． 阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根 一、第一次上机任务 1、熟悉matlab软件的运行环境，包括命令窗体，workspace等，熟悉绘图命令。 2、采用四阶龙格库塔法求如下二阶系统的在幅值为1脉宽为1刺激
下响应的数值解。 2?，??n10?0.5,??(s)G n22?????2ss nn3、采用四阶龙格库塔法求高阶系统阶单位跃响应曲线的数值解。 2?，，??5T?n100.5,???Gs)( n22???1)?s(?2s)(Ts?nn4、自学OED45指令用法，并求解题2中二阶系统的单位阶跃响应。 程序代码如下： 法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。． 阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
;曲线如下： 法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。．阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
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法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。． 阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根 二、第二次上机任务 试用simulink方法解微分方程，并封装模块，输出为。得到各、1x i 状态变量的时间序列，以及相平面上的吸引子。 ?x?x??xx?3121? ??xx?x???322 ??xx?xx??x??32321参数入口为的值以及的初值。（其中，以及??????x28?10,?8/,,3,?i1模块输入是输出量的微分。）初值分别为提示：0.001xxx?0,?0,?312s:Simulink
控制系统的设计与实施 一、教材分析： 本节课内容为本节的最后一节，是本节、本章、本书的最后一个课时。在前面的学习中，学生已经了解了结构、流程、系统、控制与设计的关系。设计是技术的重要组成部分之一，而且《技术与设计2》大部分都是围绕着设计这个主题来展开的。本节可以说是这单元的“应用”部分，让学生了解控制系统设计的一般思路比较关键，只有这部分内容理解了，才能有效的进行下一个内容——控制系统的设计与实施案例。在控制系统的设计与实施案例中，重点要让学生会分析和选择案例，并最终会设计。 二、学情分析： 在《技术与设计1》中，学生对设计的一般过程已经有了一定的了解。但已有的设计基础更多的是停留在结构设计和外形的设计上，对功能的设计还有待提高。同时在生活中对一些产品有一定的使用经验，这些经验有成功的，也有失败的，通过控制系统的分析与设计，使学生对一定的实践经验的生活经历，上升到一定的理论认识，对失败的使用经验，能从控制与设计的角度重新的认识。 三、学习目标： 1.知识与技能： 1）了解简单的被控对象的基本特性，能确定被控量、控制量，画出控制系统的方框图，并形成初步的控制系统设计的方案。 2）能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置；或者根据简单闭环控制系统的方案进行模拟实施，学会调试运行提出改进方案。 2.过程与方法： 通过案例式的探讨和实践改良的技术活动，提高分析能力，培养探究精神。学习权衡的思想。 3.情感态度价值观： （1）通过对控制系统的设计与实施的分析，体会产品设计中人性化的设计思想。 （2) 培养认真严谨的态度，进而树立“以人为本”的设计理念。 （3) 通过多种形式的教学活动，提高学生学习技术课的兴趣。 四、教学重难点： 1.教学重点： （1）控制系统设计的一般思路，了解简单的被控对象的基本特性，确定相关的量，会画方框 图。 （2）能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置并学会调试运行，提出改进方案。 2.教学难点： 闭环系统的设计；被控量和控制量的确定。 五、教学策略： 本节书从理论上讲内容较难，学生理解起来比较困难，为了能有较好的课堂效果，设计 如下： （1）通过一些具体的生活中例子对比来导入有关控制的设计方法，从而引入课题。 （2）教师根据课本中的案例，引导学生解决问题，提高学习的自主能力。 （3）寻找一些贴近学生生活实际并在前三节课已经分析过的案例，采用元件展示，学生设计 连接的步骤，最后请学生代表上台连接成一个闭环控制系统。主要以“水箱注水的自动控制
课程设计 双闭环直流调速系统设计及仿真验证 学院年级：工程学院08级 组长：陈春明学号200830460102 08自动化1班成员一：陈木生学号 200830460103 08自动化1班 指导老师： 日期： 2012-2-28 华南农业大学工程学院
摘要 转速、电流双闭环调速系统是应用最广的直流调速系统，由于其静态性能良好，动态响应快，抗干扰能力强，因而在工程设计中被广泛地采用。现在直流调速理论发展得比较成熟，但要真正设计好一个双闭环调速系统并应用于工程设计却有一定的难度。 Matlab是一高性能的技术计算语言，具有强大的科学数据可视化能力，其中Simulink具有模块组态简单、性能分析直观的优点，方便了系统的动态模型分析。应用Simulink来研究双闭环调速系统，可以清楚地观察每个时刻的响应曲线，所以可以通过调整系统的参数来得出较为满意的波形，即良好的性能指标，这给分析双闭环调速系统的动态模型带来很大的方便。 本研究采用工程设计方法，并利用Matlab协助分析双闭环调速系统，依据自动控制系统快、准、稳的设计要求，重点分析系统的起动过程。 关键词：双闭环直流调速 Simulink 自动控制
目录 1、直流电机双闭环调速系统的结构分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1.1 双闭环调速系统的组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1.2 双闭环调速系统的结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2 、建立直流电机双闭环调速系统的模型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.1 小型直流调速系统的指标及参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.2 电流环设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.3 转速环设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3、直流电动机双闭环调速系统的MATLAB仿真．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3.1 系统框图的搭建．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3.2 PI控制器参数的设置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3.3 仿真结果．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4、结论与总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 5、参考资料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
《控制系统的设计与实施》 1、教材分析 “控制系统的设计与实施”是《技术与设计2》“控制与设计”全单元教学内容的综合运用，它既是控制知识的实践过程，又是控制思想方法集中体现，也是学生技术素养的一种体现。 “控制系统的设计与实施”由“控制系统设计的一般思路”和“控制系统的设计与实施案例”两部分组成，前者是后者的基础。“控制系统设计的一般思路”内容关注学生的控制系统设计分析能力培养，通过学习明确所设计的控制系统的要达到的目的，被控对象的特征，被控量、控制量分别是什么等，能形成初步控制系统设计方案，掌握控制系统设计的基本方法和形成设计的一般思路。“控制系统的设计与实施案例”则侧重于控制系统的设计、模拟实施，调试运行，改进方案等。 2、教学目标 （1）知识与技能 ①了解简单的被控对象的基本特性，能确定被控量、控制量等，能画出控制系统的方框图，并能形成初步的控制系统设计的方案； ②掌握形成初步的控制系统设计方案的思想方法和控制系统设计的一般思路。 ③能综合考虑设计实施中的各种因素，能对方案进行权衡比较，能根据设计方案制作原型或模型，并进行调试与改进。 （2）过程与方法 对课堂案例的分析、设计、权衡比较过程；学会从控制的角度分析问题，能综合运用所学的控制知识解决一些实际问题。 （3）情感、态度、价值观 感受技术解决问题所带来的成就感。形成“问题来源于生活，设计服务于生活”的意识及价值观。 3、教学重难点 教学重点：能完成对简单控制系统进行分析，掌握控制系统设计方案的思想方法和形成控制系统设计的一般思路。 教学难点：在课堂活动中分析、归纳、推理，形成初步的控制系统设计方案的思想方法和及控制系统设计的一般思路。
北华大学 《MATLAB仿真》课程设计 姓名： 班级学号： 实习日期： 辅导教师：
前言 科学技术的发展使的各种系统的建模与仿真变得日益复杂起来。如何快速有效的构建系统并进行系统仿真，已经成为各领域学者急需解决的核心问题。特别是近几十年来随着计算机技术的迅猛发展，数字仿真技术在各个领域都得到了广泛的应用与发展。而MATLAB作为当前国际控制界最流行的面向工程和科学计算的高级语言，能够设计出功能强大、界面优美、稳定可靠的高质量程序，而且编程效率和计算效率极高。MATLAB环境下的Simulink是当前众多仿真软件中功能最强大、最优秀、最容易使用的一个系统建模、仿真和分析的动态仿真环境集成工具箱，并且在各个领域都得到了广泛的应用。 本次课程设计主要是对磁盘驱动读取系统校正部分的设计，运用自动控制理论中的分析方法，利用MATLAB对未校正的系统进行时域和频域的分析，分析各项指标是否符合设计目标,若有不符合的，根据自动控制理论中的校正方法，对系统进行校正，直到校正后系统满足设计目标为止。我组课程设计题目磁盘驱动读取系统的开环传递函数为是设计一个校正装置，使校正后系统的动态过程超调量δ%≤7%，调节时间ts≤1s。 电锅炉的温度控制系统由于存在非线性、滞后性以及时变性等特点,常规的PID控制器很难达到较好的控制效果。考虑到模糊控制能对复杂的非线性、时变系统进行很好的控制, 但无法消除静态误差的特点, 本设计将模糊控制和常规的PI D控制相结合, 提出一种模糊自适应PID控制器的新方法。并对电锅炉温度控制系统进行了抗扰动的仿真试验, 结果表明, 和常规的PI D控制器及模糊PI D复合控制器相比,模糊自适应PI D控制改善了系统的动态性能和鲁棒性, 达到了较好的控制效果。
自动检测技术及仪表控制系 统项目设计 学生姓名：王芬学号：0905054107 学院：信息与通信工程学院 专业：自动化 检测系统名称：温度检测系统的设计
大作业 运用已经学过的温度、压力、流量、物位、机械量等检测原理和检测方法，查阅有关的文献资料，自行设计一个检测系统。 要求： 1、测试参数的检测原理和方法。 2、设计整个系统的结构。 3、传感器选型及参数说明。 4、检测和转换电路的设计方案。 5、每人独立完成，严禁同学之间相互抄袭，否则平时成绩记为零。 6、统一使用A4纸手写或打印，4月30号前以班为单位送到11号楼1312室，过时不候。
一：设计目的 1.1温度控制广泛应用于人们的生产和生活中，人们使用温度计来采集温度，通过人工操作加热、通风和降温设备来控制温度，这样不但控制精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度大。即使有些用户采用半导体二极管作温度传感器，但由于其互换性差，效果也不理想。在某些行业中对温度的要求较高，由于工作环境温度不合理而引发的事故时有发生。对工业生产可靠进行造成影响，甚至操作人员的安全。为了避免这些缺点，需要在某些特定的环境里安装数字温度测量及控制设备。本设计由于采用了新型单片机对温度进行控制，以其测量精度高，操作简单。可运行性强，价格低廉等优点，特别适用于生活，医疗，工业生产等方面的温度测量及控制。 本设计是一个数字温度测量及控制系统，能测柜内的温度，并能在超限的情况下进行控制、调整，并报警。保证环境保持在限定的温度中。 1.2 电路的总体工作原理 温度控制系统采用AT89S51八位机作为微处理单元进行控制。采用4X4键盘把设定温度的最高值和最低值存入单片机的数据存储器，还可以通过键盘完成温度检测功能的转换。温度传感器把采集的信号与单片机里的数据相比较来控制温度控制器。 系统框图如图1.1： 图1.1 系统框图
MATLAB控制系统与仿真 课 程 设 计 报 告 院（系）：电气与控制工程学院 专业班级：测控技术与仪器1301班 姓名：吴凯 学号：1306070127
指导教师：杨洁昝宏洋 基于MATLAB的PID恒温控制器 本论文以温度控制系统为研究对象设计一个PID控制器。PID控制是迄今为止最通用的控制方法，大多数反馈回路用该方法或其较小的变形来控制。PID控制器（亦称调节器）及其改进型因此成为工业过程控制中最常见的控制器(至今在全世界过程控制中用的84%仍是纯PID调节器，若改进型包含在内则超过90%)。在PID控制器的设计中，参数整定是最为重要的,随着计算机技术的迅速发展，对PID参数的整定大多借助于一些先进的软件，例如目前得到广泛应用的MATLAB仿真系统。本设计就是借助此软件主要运用Relay-feedback法，线上综合法和系统辨识法来研究PID控制器的设计方法，设计一个温控系统的PID控制器，并通过MATLAB中的虚拟示波器观察系统完善后在阶跃信号下的输出波形。 关键词：PID参数整定；PID控制器；MATLAB仿真。 Design of PID Controller based on MATLAB Abstract This paper regards temperature control system as the research object to design a pid controller. Pid control is the most common control method up until now; the great majority feedback loop is controlled by this method or its small deformation. Pid controller (claim regulator also) and its second generation so become the most common controllers in the industry process control (so far, about 84% of the controller being used is the pure pid controller, it’ll exceed 90% if the second generation included). Pid parameter setting is most important in pid controller designing, and with the rapid development of the computer technology, it mostly recurs to some advanced software, for example, mat lab simulation software widely used now. this design is to apply that soft mainly use Relay feedback law and synthetic method on the line to study pid
《控制系统的设计与实施》说课稿 一、说教材 这一节“控制系统的设计与实施”是苏教版《技术与设计2》第四章“控制与设计”第四节的内容，是通用技术的重点核心内容之一，是对全单元教学内容的总结与综合运用，它既是控制知识的实践过程，又是控制思想方法集中体现，也是学生技术素养的一种体现。 “控制系统的设计与实施”由“控制系统设计的一般思路”和“控制系统的设计与实施案例”两部分组成，前者是后者的基础。“控制系统设计的一般思路”内容关注学生的控制系统设计分析能力培养，通过学习明确所设计的控制系统的要达到的目的，被控对象的特征，被控量、控制量分别是什么等，能形成初步控制系统设计方案，掌握控制系统设计的基本方法和形成设计方案的一般思路。“控制系统的设计与实施案例”则侧重于控制系统的设计、模拟实施，调试运行，改进方案等。 二、教学目标 1.知识与技能： ﹙1﹚掌握控制系统设计的一般思路； ﹙2﹚了解简单的被控制对象的基本特征，能确定被控量、控制量，画出系统方框图； ﹙3﹚通过案例学习与分析，形成闭环控制系统的初步设计方案。 2.过程与方法： ﹙1﹚通过案例分析、探讨和控制系统的模拟实施，学会简单控制系统的设计； ﹙2﹚通过制作一个简单的控制装置，学会调试运行，提出改进方案。 3.情感、态度与价值观： （1）通过对闭环控制系统的设计与实施的分析，培养探究精神，培养认真、严谨的态度。 （2) 掌握控制的思想与方法，提高解决实际问题的能力，树立“以人为本”的设计理念。 三、教学重点和难点 重点：（1）区分开环控制系统与闭环控制系统； （2）控制系统设计的一般思路； （3）简单闭环控制系统的设计。 难点：简单闭环控制系统的设计。 四、说学情 在学习本节内容之前，学生已经系统学习过控制设计有关的知识，了解、掌握了简单控制系统的工作过程与方式，理解开环、闭环控制系统以及干扰、反馈等相关知识，对一些简单的控制已经能画出方框图。同时在《技术与设计1》与《技术与设计2》中经历了一些设计和制作的全过程，一定程度上了解设计过程的各个环节及制作的基本方法和手段，学生对日常生活中常见的电子、电路及机械控制有所了解，对控制系统的设计和探究有浓厚的兴趣。但对控制系统设计的思路和需要考虑的因素还不够明确，对检测装置、控制器和执行器的选择存在一定的困难，尤其是在实施和调试时会面临困境，教学设计应充分考虑，否则会给控制的设计和实施带来一定的困难。 五、教学策略 本节书从理论上讲内容较难，学生理解起来比较困难，为了能有较好的课堂效果，设计如下： （1）通过一些具体的生活中例子对比来导入有关控制的设计方法，从而引入课题。 （2）教师根据课本中的案例，引导学生解决问题，提高学习的自主能力。 （3）寻找一些贴近学生生活实际和典型的《电吹风》《电暧气》（有开环与闭环两种）等案例，利用媒体教学手段增加课堂气氛，帮助学生在快乐、轻松的氛围中掌握知识。抽水马桶水箱不适合农村的学生，自动升旗控制的设计，难度相对高些，但比较实用，但要结合学生操控电动车的经验。 （4）老师起到引导的作用，学生为主体，在学生掌握的基础上，课堂交给学生。让学生进行设计。设计个改进身边的一些控制系统，从而使得学生完成本课堂的内容。 五、教学过程 （一）导入新课：