最优控制在雷达伺服电机的应用

摘 要： 介绍了由计算机与研华科技 的 Ｐ Ｉ７ １Ｐ Ｉ７ ３ Ｃ １２ 、Ｃ １５ 板卡组成的直流伺 服系统 的测试平台。计算机软件
使用 了 Ｖｓｌ ｃ ＋高级编程语言 ， ｉａ ＋ ｕ 实现增量式 ＰＤ控制算法 ， Ｉ 并利用积分分离的方法解决 了电机 ＰＤ控制中出现的 Ｉ
积分饱合问题 。该设计 目前应用于某型雷达 的伺服控制 系统 中， 了满意的控制效果。 取得
本 系统 采 用 的 Ｐ Ｉ 卡 为研 华 科技 的工 业 级 板 卡 ． 用 于 Ｃ 板 适 各种 工 业 现 场 的控 制 与数 据 采 集 ． 插入 工业 Ｐ 可 Ｃ机 或 兼 容机 上 Ｐ Ｉ 线插槽上 ． Ｃ 总 系统 通 过 安 装 相 应 板 卡 的 驱 动 ， 就可 以通 过板 卡 的 操作 函数 对 板卡 进 行操 作 Ｐ Ｉ７ １ 成 了 ４个 通 道 Ｃ Ｉ２ 集 的模 拟 输 出 ． 每个 通 道 都带 有 独 立 的 ｌ 的 ＤＡ 转 换 器 ， ２位 ／ 并具 有最 大 １ ＭＨ 的 数字 更 新 速 率 ．同时 可 以 分别 设 置 每 个 通道 ０ ｚ
试 的 直流 伺 服系 统组 成 Ｉ ／ ０板 卡 采集 伺 服 系 统 中 光 电角 度 传 感 器 输 出 的 角 度位 置 信 号 ． 并通 过 Ｐ Ｉ 线 送 给 计 算 机 ： 算 Ｃ总 计
机 根据 当 前 的位 置 与 预设 定 的位 置 进 行 比较 后通 过 一 定 的 然 算 法 计 算 出 相 应 的控 制 信 号 ， Ｄ Ａ板 卡 输 出 ， 伺 服 电机 的 南 ／ 经
Hale Waihona Puke －－ ～ｔ
机 电一体 化 ５ ３
的单 极 性 或 双 极 性 的 电 压 输 出 范 围 该 板 卡 还 提 供 了 板 上

1.2自动控制系统的组成及原理
（4）反馈信号：是被控变量经由传感器等元 件变换并返回到输入端的信号，它要与输入信 号进行比较(相减)以便产生偏差信号，反馈信 号一般与被控变量成正比。 （5）扰动(信号)是加于系统上的不希望的外来 信号，它对被控变量产生不利影响，又称干扰 或“噪声”。
(6)反馈量（Feedback Variable）： 通过检测 元件将输出量转变成与给定信号性质相同且数 量级相同的信号。
1.1自动控制的基本概念
近年来由于计算机与信息技术的迅速发展，控 制工程无论从深度上还是从广度上都在向其他 学科不断延伸与扩展，逐渐发展到以控制论、 信息论、仿生学为基础，以智能机为核心的智 能控制阶段。
本课程重点讲述经典控制理论，即本书的 前6章。
1.2自动控制系统的组成及原理
1.2自动控制系统的组成及原理
作业10% 作业共计5次 试验10% 一到两次试验 大作业10% 两次 期末考试70%
第1章 自动控制系统概述
本章主要内容：
自动控制的概念 自动控制系统的组成 自动控制系统的分类 对自动控制系统的基本要求及典型输入信号 自动控制理论的发展史
1.1自动控制的基本概念
自动控制作为重要的技术手段，在工业、农业、 国防、科学技术领域得到了广泛的应用。 自动控制：是指在无人干预的情况下，利用控制 装置(或控制器)使被控对象(如机器设备或生产过 程)的一个或多个物理量(如电压、速度、流量、液 位等)在一定精度范围内自动地按照给定的规律变 化并达到要求的指标。 例如，电网电压和频率自动地维持不变；数控机 床按照预定的程序自动地切削工件；火炮根据雷 达传来的信号自动地跟踪目标；人造卫星按预定 的轨道运行并始终保持正确的姿态等。这些都是 自动控制的结果。自动控制系统性能的优劣， 将 直接影响到产品的产量、 质量、 成本、 劳动条件 和预期目标的完成。

推荐指数 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年 序号 1 2 3
53 cad 建模 54 cad
1 1
2011年 科研热词 面向对象 交互式查询 三维数学建模 推荐指数 1 1 1
科研热词 推荐指数 自动测试系统 2 建模 2 马尔科夫链 1 面向对象 1 隶属度函数 1 锌空电池 1 通信机制 1 远程监管 1 运动目标检测 1 软件运行剖面 1 计算机模型 1 虚拟设计 1 虚拟装配 1 自适应神经模糊推理系统 1 背景更新 1 背景建模 1 统一建模语言 1 短时预测 1 电力系统 1 生物力学 1 测试用例 1 模糊系统 1 模型验证 1 框架 1 核密度估计 1 有限元分析 1 映射规则 1 无功优化 1 数据挖掘 1 支持向量机 1 捞油设备 1 张力控制 1 开关磁阻电机 1 开关 1 并行 1 嵌入式实时系统 1 实时应用接口 1 头颈椎 1 多接口 1 基于平台设计 1 图形化 1 卷绕设备 1 半实物仿真 1 制造报文规范 1 倒立摆 1 信息管理 1 优化 1 中药配方颗粒自动发药机 1 visio2003 1 vba编程 1 uml 1 petri网 1
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
科研热词 建模 有色petri网 仿真 量子框架 遗传算法 适应度函数 自动布局算法 类对象测试数据 稳流电源 电网规划 状态机 测试数据生成 机器人操作 有限状态机 无线通信 数学模型 投资决策 并行测试 多线程 图形化开发 可视化建模 双闭环控制 双臂自动组合装置 力一位控制 内模控制 二自由度控制器 xslt xml visio2003 simetrix仿真 bpel

１ｋ ０ 终端约束 Ｙ ｋ＋ ｌ ｋ ０ 动态约束松弛 。 Ｉ）＝ ， （ Ⅳ＋ Ｉ）＝ ， 系统 的 Ｅ标函数为 ｔ
ｋ ＋Ⅳ
，
式 中 （ ）∈ ｋ ∈Ｒ 为状 态 向量 ， （ ） ∈Ｒ ｋ∈ 为 控 制 向
量。
｛
慨 （ Ｕ Ｉ・ ｙ Ｉｉ ＋ ｋ）
式中 Ｋ 为规划所需 时问步长 ， 为权值 。
１ ２ 模 型 预 测 控 制 器 ．
（） ３
｜（ ＝∑ 缈 （ ） （ ） ． ， ） （ 小 ，小 ） “
Ｊ＝
（） １ ０
其 中 ， 为非 线 性性 能指 标 函数 ， 且 （ ， ） 并 ｋ ｋ ≥０ ， （ ，）＝Ｏ ００ 。预测控 制只取 有限时域进 行优 化 ， 能指标 性
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｖｅ ｉ ｌ ｒ ｇ ａ ｈ ｃｅ ｐ ｏ ｒ ｍｍｉｇ ｓ ｓｅ ｒ ｂ ｓ ｃ ｎ ｒｌ ｐ ｏ ｌ ｍ ｉ ｓ ｌ ｅ ｙ ｍｏ ｅ ｒ ｄｃ ｉｅ ｃ ｎｒ ｌｃ ｍｂｎ ｎ ｎ ｙ ｔｍ ｏ ｕ ｔ ｏ ｔ ｒ ｂ ｅ ｓ ｏｖ ｄ ｂ ｄ ｌ ｐ ｅ ｉ ｔ ｏ ｔ ｏ ｉ ｉｇ ｏ ｖ ｏ
测值 ， 每一采样时间进行规划 （ 迹 、 务分配 ） 化 。 对 轨 任 优
１ 控 制 系统
图 １ 控 制 系 统框 架 图
Ｆ ｇ １ Ｃｏ ｔ ｏ ｙ ｔ ｍ ｒ ｍ ｅ ｉ ｎ ｒ ｌｓ ｓ ｅ ｆ ａ
由上分析 ， 散状 态方 程输 入量 ｂ ｋ 应 为 二进 制变 离 （） 量 ， ｂ ｋ ｛ ， ｝ 即 （ ） ０ １ 。文献 ［ ６ 将输 入量考 虑为混 合整 ４— ］ 数线性规划 （ Ｌ ） ＭＩＰ 中的决策变量 。引入 Ｍ Ｌ ＩＰ将航迹优化

机器人》中定义了“机器人” 1961－ 第一个美国机器人专利
George C. Devol, No. 2,998,237 第一个机器人产品
Joe Engelberger, Unimation (Universal Automation) 第一个机器人应用：铸造
1962－ 机器人首次商业化
Unimation, Inc. 成立
19
举例－保安机器人
美国研制的MDARS-E 型室外保安机器人
MPR-800多用途机器人，可 用于扫雷、灭火、核生化污 染清除等多项危险工作。
20
举例－侦察机器人
美国研制的“徘徊者”侦察机器 人由M113装甲运输车改装而成
美国国防高级研究计划 局正在研制的只有2.54 厘米大小昆虫机器人
21
举例－视觉机器人
63
机器人的现在
传感器：
1970－ 通用成为第一个使用机器视觉的公司
/~hp m/book98/fig.ch2/p027.html
41
机器人的过去
Hans Moravec
1973－1979 Stanford小车装配立体视觉，能
够从不同角度成像 计算机能够测量出路径上障碍物
38
机器人的过去
端茶玩偶
十八世纪末制造 出了端茶玩偶。它是 木质的，发条和弹簧 则是用鲸鱼须制成的 。它双手捧着茶盘， 如果把茶杯放在茶盘 上，它便会向前走， 把茶端给客人，客人 取茶杯时，它会自动 停止行走，客人喝完 茶把放回茶盘上时， 它就又转回原来的地 方。
39
机器人的过去
1920－ 捷克作家卡雷尔·卡佩克在科幻剧本《罗萨姆的万能
29
举例－类人机器人
人型机器人各种动作演示； 那波利大学和德国 航天局共同研制的 贾斯丁

自动化在现代军事中的应用1427034127 吴摘要：在历经了二战之后，随着科学技术的迅速发展,各个国家军队建设都产生了一些重要的变革，深刻地影响着现代军事战争的格局。

其中电子、信息、计算机等多方面科学技术的突飞猛进，自动化技术就在这一过程中应运而生,在军队部队建设和发展中具有重要作用，处于不可撼动的地位。

本文将首先介绍自动化的定义、基本概念及其未来的发展前景，之后比较详尽的说明自动化技术在军事领域中四个方面的主要应用并举出相应的应用实例。

关键词:自动化，军事自动化，武器精确制导，军事指挥自动化,军事决策科学化训练一、自动化简介（一）自动化的定义自动化（Automation)是指机器设备、系统或过程（生产、管理过程）,在没有人或极少人的参与的情况下，机器、设备或某一类系统，按照既定的要求，经过一系列方法，实现预期的目标的过程.其中的方法包括自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制等。

由此可见,自动化最重要的一点便是目标系统具有完全的自动能力。

随着计算机及其相应技术的快速发展，自动化技术从中应运而生，它一方面利用其自动性能,将人类从繁重的体力劳动、费时的脑力劳动及危险恶劣的工作环境中解放出来;另一方面能极大地提高人类的劳动生产率，增强人类发展世界、改造世界的能力。

总而言之，自动化的应用与发展，体现了一个国家农业、工业和国防的真正水平,更是一个国家科学技术现代化的重要标志.(二)基本概念在自动化这一概念产生初期,人们认为自动化室能够使用机械劳动替代人力劳作完成预期目标这一动态过程.然而，随着电子信息技术及计算机技术的飞速发展，自动化不仅仅只是帮助人们完成繁重的体力劳动，更多的是辅助或完全替代人类的脑力劳动.这是自动化发展过程中一个质的飞跃，它解放了人类更多的生产力,为经济增长带来了巨大的利润，为科技社会发展注入了一针有力的强心剂。

所以我们说,自动化具有多形式、多功能、多范围的优势及特点。

（三）发展前景正如前文所说，自动化的应用范围非常的广泛，从早期的电气、工业和国防发展到了交通、经济、建筑、能源、环境等领域，几乎无所不包.自动化的应用在广度和深度上随着电子信息技术和计算机科学的发展而不断拓展，这为自动化今后的发展提供了难能可贵的机遇.就自动化现有的技术发展，基于个人电子计算机或军工业计算机的控制系统已成为自动化的主流,综合自动化系统具有广阔的发展前景,它具有数字化、网络化、智能化的特点,体现了当今信息时代自动化的主流发展的方向。

自动化专业导论智慧树知到课后章节答案2023年下哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学绪论单元测试1.世界上第一个工业化国家是（）A:韩国 B:中国 C:英国 D:日本答案:英国2.在工业信息化的阶段划分中，系统化的主要特征是（）A:应用计算机 B:通信、网络 C:数据、控制 D:系统、管理、集成答案:系统、管理、集成3.（）是现代化进程中的基石A:自动化技术 B:自动化科学 C:自动化 D:自动化科学技术答案:自动化科学技术4.计算机集成制造系统英文简称是（）A:CIES B:CIPS C:CINS D:CIMS答案:CIMS5.在世界范围内工业化发展的三个阶段中，自动化的主要特征是（）A:应用网络 B:电子控制器 C:应用电机 D:使用机器答案:电子控制器6.在世界范围内工业化发展的三个阶段中，电气化在工业化中的主要作用是形成刚性自动化生产线。

（）A:对 B:错答案:错7.自动化是指设备、过程或系统在没有人或较少人的参与下，按照人的期望和要求，通过自动运行或自动控制，完成其承担的任务。

（）A:对 B:错答案:对8.“工业化”是指现代工业在国民经济中占主导地位。

（）A:错 B:对答案:错9.在“机”的基础上通过“网”与“流”分别构成（）A:网络化 B:先进自动化 C:电气化 D:基础自动化答案:先进自动化;基础自动化10.工业信息化可以被划分为以下哪几个阶段（）A:计算机化 B:系统化 C:数据化 D:网络化答案:计算机化;系统化;网络化第一章测试1.控制系统中，如果输入量和反馈量的极性相反，两者合成的过程是相减，则称为（）A:串联 B:正反馈 C:负反馈 D:并联答案:负反馈2.用于表示测量系统的输出值与被测量间的实际曲线偏离理想直线型输入输出特性的程度的物理量是（）A:线性度 B:重复度 C:精确度 D:灵敏度答案:重复度3.下列元件中，不属于放大元件的是（）A:全控型电力电子器件 B:晶闸管 C:电子管 D:偏差传感器答案:偏差传感器4.1945年，美国学者波特将反馈放大器的原理应用到了自动控制系统中，出现了（）A:开环负反馈控制 B:开环正反馈控制 C:并联控制 D:闭环负反馈控制答案:闭环负反馈控制5.下列属于自动控制系统的最基本控制形式的是（）A:扰动控制 B:随机控制 C:闭环控制 D:状态控制答案:闭环控制6.执行元件的职能是将比较元件给出的偏差信号进行放大。

科技信愚
专题 论 述
浅析 自 动控 制 在 天然 号管 厘 巾昀 应用
陕西省 天然 气股份 有 限公 司汉 中分公 司生产技 术 室 谢 荣勃
［ 摘 要］ 阐述了 自动控制理论的发展和 自动控 制系统 ， 在天然气这个高危行业应用 自动控制理论可以大大减 少事故的发生， 确保天 然 气 管道 安 全运 行 。本 文 分 析 了在 天然 气管道 中 应 用 Ｓ Ａ Ｃ ＤＡ 可 以 实现 天 然 气管 道 的 信 息化 和 安 全 化 。 ［ 关键词 ］ 自动控制 天然气管道
中心级 、 站场控制级和现场控制级 。
目 Ｓ Ａ Ａ系统 已经成功应用于西气东输管道工程 ， 前 ＣＤ 实现 了天然
（ 接第 ３ １ ） 上 ５页 ２４隔 爆 型 卷 缆装 置 关 键 技 术 ． 防爆设 计 ： 满足井下防爆工况环境使用 ， 装 置接线箱 、 筒接 为 该 卷
用于 电力工业 、 铁路运输 、 环境保护 、 市公用事业及输油输气管道领 城 域［ 输气管道的 Ｓ Ａ Ａ系统常采用管理集 中、 ３ １ 。 ＣＤ 控制功能分散的分布式 控制方式 ， 一旦通信系统或调度控制中心设 备故障 ， 各站仍能独立地运 行。一个完整 的输气管道 ＳＡ Ａ系统一般 可分为三级控制 ： ＣＤ 调度控制
０引 言 ．
安全
・ 被控量的反馈信息 ，用来不断修正被控量 和控制量之 间的偏差从而实 现对被控量进行控制的任务， 这就是反馈控制的原理 。 ２ 自动 控 制理 论 在 天 然 气 管 道 中 的应 用 － 自 动控制在天然气 管道方 面也有很东输管道投产运行后 ， 我国数字化 天 然气管道建设进入了高速 发展 时期 ，而数字化天然气管道建设的核心 是天然气长输管道 Ｓ Ａ Ｃ ＤＡ系统的建设。ｓ Ａ Ａ（ｕｅｖｓｒ ｏ ｔ ｌ ｎ Ｃ Ｄ ｓ ｐｒｉ ｙ ｎｒ ｄ ０ Ｃ ｏＡ Ｄ ｔＡｃｑ ｉｔ ｎ 系统 ， ａａ － ｕｓ ｉ ） ｉｏ 即数据 采集与监视控制系统 ， 是以计算机为基 础的监视控 制和数据采集（ Ａ） ） Ｓ ｔ 系统作为信息时代的产物 ， Ｃ Ａ 已广泛应

方框图：为了表明自动控制系统的组成以及信号的传 递情况， 通常把系统各个环节用框图表示， 并用箭头 标明各作用量的传递情况。 方框图可以把系统的组成简单明了地表达出来， 而不
必画出具体线路。
1.2自动控制系统的组成及原理
1.2自动控制系统的组成及原理
常用术语： (1) 输入量（Input Variable）：又称控制量、参考输 入量、输入信号，由外部输入到控制系统中的给定 （指令）信号。他不受系统中其他变量的影响和控制。 用来表示被控变量的设定值。代表指令输入信号与反 馈信号进行比较的基准信号称为参考输入信号。参考 输入信号与反馈信号之差称为偏差信号。 (2) 被控制量、输出量（Output Variable）：由系统或 元件产生的变量称为输出信号，最关注的输出信号又 称为被控变量（Controlled Variable）。 (3) 控制变量：控制器输出的信号称为控制变量，它作 用在控制对象(执行元件、功率放大器)上，影响和改 变被控变量。
1.3 控制系统的类型
开环控制：系统中没有测量元件，不ห้องสมุดไป่ตู้用反馈信号，系统输出 只取决于输入信号，与输出信号无关，框图中的信号流线没有 形成闭合回路。所以这种控制方式被称为开环控制，对应的系 统就是开环控制系统。
如采用集中供热方式的室内供热系统是典型的开环控 制系统，供热锅炉按预定的时间向暖气管道中送去规 定温度和流量的热水以实现供热，而不监测各房间的 温度。
液力：可调式液力偶合器、可调式液力变矩器
（7）控制对象：被控制的装置、物理系统或过程称 为控制对象。这个“过程”包括化学反应过程、核反 应过程、热传导过程等等。
1.2自动控制系统的组成及原理
（8）校正元件：（1）~（7）是控制系统的基本构成。但有时 不能完成既定的任务。这是因为系统内部既有控制作用的因素 同时也存在反控制作用的因素。 例如，在系统中由于有干摩擦死区及惯性等因素的存在，所以 当输入信号作用到系统之后，在系统的输出端并不能马上得到 反应，而只有当偏差信号大到—定时系统才有输出。又由于惯 性的作用，系统在反应控制信号过程中还有可能产生振荡，严 重时甚至会使系统的正常工作遭到破坏。 为了使系统正常工作，还需要在系统中加进能消除或减弱上述 振荡从而可望提高系统控制性能的一些元件，这类元件叫做校 正元件。校正元件可以加在由偏差信号至被控制信号间的通道 内，该通道称为前向通道；也可以加在偏差信号至反馈信号间 的通道内，该通道称为反馈通道。前者称为串联校正，后者称 为反馈校正。在有些情况下，为了提高系统控制性能的需要可 以同时应用串联校正及反馈校正。

(1)开环控制系统结构简单、稳定性好，但不能自 动补偿扰动对输出量的影响。当系统扰动量产生 的偏差可以预先进行补偿或影响不大时，采用开 环控制是有利的。
(2)闭环控制系统具有反馈环节，它能依靠负反馈 环节进行自动调节，以补偿扰动对系统产生的影 响。闭环控制极大地提高了系统的精度。但闭环 系统使系统稳定性变差，需要重视并加以解决。

本章作业
P15： 1-7 1-8

我国古代的自动控制技术
东汉时期张衡制造了浑天仪和地动仪
三国时期的马钧、南朝时的祖冲之创造和复制 了指南车。
产业革命时期，自动控制技术取得了巨大的发展
1748年瓦特发明的蒸汽机中的离心调节器

1868年麦克斯韦利用描述系统的微分方 程解释了这种现象，并提出了判别低阶 系统稳定性的判据 1877年和1895年劳斯[英]和数学家胡尔 维茨[瑞士]提出了可以判别高阶线性系统 的稳定性的判据


(3)自动控制系统通常由给定元件、检测元件、比较 环节、放大元件、执行元件、控制对象和反馈环节 等部件组成。系统的作用量和被控制量有：输入量、 反馈量、扰动量、输出量和各中间变量。 框图可直观地表达系统各环节(或各部件)间的因果关 系，可以表达各种作用量和中间变量的作用点和传 递情况以及它们对输出量的影响。
特点：无反馈环节 优点：结构简单，系统稳定性好，成本也低 缺点：当控制过程受到各种扰动因素影响时，将会直接影 响输出量，而系统不能自动进行补偿。特别是当无法预计的 扰动因素使输出量产生的偏差超过允许的限度时 ，开环控制 系统便无法满足技术要求
适用场合：在输出量和输入量之间的关系固定，且内部参 数或外部负载等扰动因素不大，或这些扰动因素产生的误差 可以预计确定并能进行补偿，应尽量采用开环控制系统。

工业编程操作手册第1章基础知识 (4)1.1 工业概述 (4)1.1.1 定义与分类 (4)1.1.2 发展历程 (4)1.1.3 应用领域 (4)1.2 编程基础 (4)1.2.1 编程概念 (4)1.2.2 编程步骤 (4)1.2.3 编程语言 (5)1.3 编程语言简介 (5)1.3.1 RAPID语言 (5)1.3.2 KRL语言 (5)1.3.3 TP语言 (5)第2章硬件系统 (5)2.1 结构组成 (5)2.1.1 机械结构 (5)2.1.2 驱动系统 (5)2.1.3 控制系统 (5)2.1.4 传感器 (5)2.1.5 执行器 (6)2.2 关节类型及功能 (6)2.2.1 旋转关节 (6)2.2.2 摆动关节 (6)2.2.3 线性关节 (6)2.2.4 螺旋关节 (6)2.3 传感器与执行器 (6)2.3.1 传感器 (6)2.3.2 执行器 (6)第3章编程环境搭建 (7)3.1 编程软件安装与配置 (7)3.1.1 软件获取 (7)3.1.2 安装步骤 (7)3.1.3 软件配置 (7)3.2 编程界面及功能介绍 (7)3.2.1 菜单栏 (7)3.2.2 工具栏 (7)3.2.3 代码编辑区 (8)3.2.4 输出窗口 (8)3.2.5 状态栏 (8)3.3 型号选择与参数设置 (8)3.3.1 型号选择 (8)3.3.2 参数设置 (8)第4章基本编程操作 (8)4.1 编程流程概述 (8)4.1.1 确定任务需求 (8)4.1.2 编程环境准备 (9)4.1.3 编写程序代码 (9)4.1.4 代码调试 (9)4.1.5 程序优化 (9)4.1.6 程序固化 (9)4.2 运动控制 (9)4.2.1 坐标系设置 (9)4.2.2 路径规划 (9)4.2.3 速度和加速度设置 (9)4.2.4 运动控制指令 (9)4.2.5 安全监控 (9)4.3 辅助功能编程 (9)4.3.1 输入/输出控制 (9)4.3.2 外部设备调用 (9)4.3.3 信号处理与逻辑判断 (10)4.3.4 事件触发与响应 (10)4.3.5 用户界面与交互 (10)第5章程序结构设计 (10)5.1 程序模块化设计 (10)5.1.1 模块划分原则 (10)5.1.2 模块化编程方法 (10)5.2 循环与条件语句应用 (10)5.2.1 循环语句应用 (10)5.2.2 条件语句应用 (11)5.3 子程序与宏指令 (11)5.3.1 子程序 (11)5.3.2 宏指令 (11)第6章空间轨迹规划 (11)6.1 轨迹规划基础 (11)6.1.1 轨迹规划概述 (11)6.1.2 轨迹规划数学模型 (11)6.1.3 轨迹规划方法 (11)6.2 轨迹插补算法 (12)6.2.1 概述 (12)6.2.2 线性插补算法 (12)6.2.3 非线性插补算法 (12)6.3 轨迹优化与仿真 (12)6.3.1 轨迹优化方法 (12)6.3.2 轨迹仿真技术 (12)6.3.3 轨迹优化与仿真实例 (12)第7章视觉系统 (12)7.1 视觉系统概述 (12)7.2 相机标定与图像处理 (12)7.2.1 相机标定 (13)7.2.2 图像处理 (13)7.3 视觉识别与定位 (13)7.3.1 视觉识别 (13)7.3.2 视觉定位 (13)第8章通信与控制 (13)8.1 通信接口与协议 (13)8.1.1 通信接口概述 (13)8.1.2 常用通信协议 (14)8.1.3 通信接口与协议的配置与调试 (14)8.2 与外部设备通信 (14)8.2.1 通信架构 (14)8.2.2 通信流程 (14)8.2.3 通信故障排查与处理 (14)8.3 远程监控与故障诊断 (14)8.3.1 远程监控概述 (14)8.3.2 远程监控配置与实现 (14)8.3.3 故障诊断与处理 (14)8.3.4 远程监控安全与防护 (14)第9章安全与防护 (14)9.1 安全标准与法规 (14)9.1.1 我国安全标准 (15)9.1.2 国际安全标准 (15)9.1.3 法规要求 (15)9.2 安全防护措施 (15)9.2.1 设计安全防护 (15)9.2.2 操作安全防护 (15)9.2.3 安全防护设备 (15)9.3 应急停止与故障处理 (15)9.3.1 应急停止操作 (15)9.3.2 故障处理流程 (15)9.3.3 安全防护措施恢复 (16)第10章实例分析与调试 (16)10.1 常见应用场景编程实例 (16)10.1.1 引言 (16)10.1.2 实例一：焊接应用编程 (16)10.1.3 实例二：搬运应用编程 (16)10.1.4 实例三：装配应用编程 (16)10.2 程序调试与优化 (16)10.2.1 引言 (16)10.2.2 程序调试方法 (16)10.2.3 程序优化策略 (16)10.3 功能评估与改进建议 (16)10.3.1 引言 (16)10.3.2 功能评估指标 (17)10.3.3 功能改进建议 (17)10.3.4 故障分析与处理 (17)第1章基础知识1.1 工业概述1.1.1 定义与分类工业是一种自动执行工作的设备，它能够接受人类指挥，也可以运行预先编排的程序，或者根据由人工智能程序制定的原则行动。

一种基于干扰观测器的重复控制解耦方法赵钢;刘娟【摘要】A kind of repetitive control technique based on disturbance observer is proposed for the three-axis turntable dynamics decoupling, starting from the analysis of the velocity coupling and torque coupling to establish a dynamic differential equations. The disturbance observer works as a feedback controller to compensate for the effects of dynamic coupling, providing certain robustness. In order to inhibit the coupling interference, a repetitive controller is added, making the system better robust performance. The simulation results show that the coupling to inhibit the effectiveness of the strategy, indicating that the turntable can meet the system location accuracy requirements.%针对某型号的三轴转台,从分析速度耦合及力矩耦合出发建立了三轴转台动力学微分方程,提出了一种基于干扰观测器及重复控制技术的三轴转台动力学解耦方法.干扰观测器作为反馈控制器补偿了动力学耦合的影响,为系统提供了一定的鲁棒性.为了更彻底的抑制耦合干扰,增设了重复控制器,使系统获得更好的鲁棒性能.仿真结果证明了该耦合抑制策略的有效性,表明了转台可以满足系统位置精确度要求.【期刊名称】《哈尔滨理工大学学报》【年(卷),期】2012(017)006【总页数】5页(P25-29)【关键词】三轴转台;解耦;干扰观测器;重复控制;鲁棒性能【作者】赵钢;刘娟【作者单位】天津理工大学自动化学院,天津市复杂控制理论与应用重点实验室,天津300384;天津理工大学自动化学院,天津市复杂控制理论与应用重点实验室,天津300384【正文语种】中文【中图分类】TP2730 引言随着航空航天技术的飞速发展，对惯性导航系统的精确度要求越来越高，因此迫切需要研制出惯性导航元件检测设备即转台.然而在转台的三框之间存在着非线性耦合关系，它们相互影响［1］，严重时会对系统的性能产生直接影响.为了满足三轴转台高精确度的要求，必须对三轴转台进行解耦研究.许多文献从不同角度对三轴转台解耦问题进行了分析研究，提出了如状态反馈与动态补偿法［2］，二阶系统反馈解耦法［3］，速度内反馈解耦法［4］，鲁棒补偿解耦法［5］等.这些方法首先均对三轴转台建立了动力学方程，不同的是，文［2］中首先采用逆系统理论证明系统的可解耦性，然后运用状态反馈与动态补偿的方法将系统转化为零耦合的线性系统;文［3］中将多输入多输出的二阶转台系统转化为无阻尼、无刚度的惯性系统;速度内反馈法通过高开环增益削弱速度环其对框体运动速度的影响，保证位置环的跟踪精确度;鲁棒补偿法通过设计由干扰观测器与低通滤波器组成的动态解耦鲁棒补偿控制器检测和补偿耦合干扰.本文提出了一种基于干扰观测器及重复控制技术的三轴转台动力学解耦方法.1 三轴转台动力学微分方程的建立通过对三轴转台内、中、外三框的速度耦合及力矩耦合的分析，并根据动量矩定理的推导，最终可以得到三轴转台的动力学方程为［2］:本文所研究的某型三轴转台其框架相对于固联坐标系的转动惯量为该三轴转台系统所使用的电机为直流力矩电机，电机型号及参数如下:表1 电机型号及参数参数型号峰值堵转电压/V 电流/A 转矩/(N·m)最大空载转速/(r/min)电枢电感/mH 电阻/Ω 转动惯量/(kg·m2)J215LYX03D 60 5.5 24 110 11.2 19 0.038 J250LYX05C 60 8 60 63 7.1 17.2 0.08 J275LYX04B 60 9.6 85 58 6.24 18.7 0.18由文［6］可知，控制电压与电机输出力矩的线性关系为其中Kt为电机的转矩系数，经过计算可得三个型号的电机转矩系数分别为4.36、7.5、8.86 N·m/A.将电机数据分别代入式(4)中，并联合式(1)～(3)，经过转换可以得到如下方程组:设，则用微分方程表示本系统为从(5)～(7)可以看出，该系统是一个3输入3输出的非线性系统，包含复杂的耦合关系.解耦设计成为了设计出高性能控制系统的必要步骤.2 干扰观测器的结构与设计干扰观测器(disturbance observer-DOB)的基本思想是:把实际系统输出与标称模型输出的差值应用于标称模型，估计出等效的干扰，并将其作为补偿信号反馈到输入端［7］.图1 干扰观测器的初始结构图中Gp(s)为实际对象的传递函数，Gn(s)为标称模型，u为系统的外部输入，d为外部干扰，d^为d的估计值，即观测到的干扰.对于实际的物理系统，Gn(s)的相对阶不为零，其逆在物理上不可实现;实际对象Gp(s)的精确数学模型亦无法确定;而且实际系统由于受到测量噪声的影响，该方法的控制性能也会受到影响.鉴于此，我们在等效干扰后串入一个低通滤波器，如图2所示，从而改善Gn(s)的相对阶不为零所带来的问题.图2 改进后的干扰观测器结构图由图2可以得到:取低通滤波器Q(s)的频带为fq，则有当f≤fq，Q≈1，Guy(s)≈Gn(s)，Gdy(s)≈0，Gny(s)≈1;当f≥fq，Q≈0，Guy(s)≈Gp(s)，Gdy(s)≈Gp(s)，Gny(s)≈0.由此可见，外界干扰可以通过低通滤波器的合理设计过滤掉.但是设计低通滤波器时有两点需要予以考虑:首先，需使Q(s)Gn-1(s)正则，Q(s)的相对阶应不小于Gn-1(s)的相对阶;其次，Q(s)的带宽设计应该在干扰抑制能力与抑制噪声即系统相对稳定度之间折衷.设Gp(s)的标称模型为Gn(s)，则被控对象的数学模型可用标称模型及可变传递函数的乘积表示，即式中Δs为可变的传递函数.欲使干扰观测器Q(s)实现鲁棒稳定性，必须满足:本系统采用的低通滤波器形式如下:当τ=0.001时，式(9)可以得到满足，同时外界干扰可以得到很好的抑制.3 基于干扰观测器的重复控制技术重复控制是一种基于内模原理的控制方法［8］.内模原理的基本思想是:如果要使一个稳定的反馈系统实现对某一外激励信号的稳态无误差的跟踪或者抑制，其充分必要条件是在系统回路中设置这一激励信号的发生器［9］.近年来，重复控制被广泛应用于光伏逆变［10-11］、有源滤波［12-13］、伺服控制等领域［14-15］;重复控制亦与 PID 控制［16］、最优控制［17］和神经网络控制［18-19］等控制策略相结合成复合控制策略.本文将重复控制器插入到扰动观测器前，如图3所示.基于重复控制理论设计出的重复控制器的输出为上一个周期的控制偏差，加到干扰观测器的输入信号除偏差信号外，还叠加了上一周期该时刻的控制偏差.把上一次运行时的偏差反映到现在，和现在的偏差一起加到干扰观测器上进行控制，偏差被重复使用，经过几个周期的重复控制之后可以大大的提高系统的控制精确度，改善系统品质［20］.图3 基于干扰观测器的重复控制系统框图基于干扰观测器的重复控制技术既利用了扰动观测器的补偿作用，又利用了重复控制的重复叠加提高精确度的特性，有利于抑制三轴转台的动力学耦合.4 仿真研究为了验证基于干扰观测器的重复控制对三轴转台解耦的有效性，本文对三轴转台伺服系统的位置跟踪进行了仿真研究.并将基于扰动观测器的PID控制与基于干扰观测器的重复控制进行了分析比较，观察其是否能达到本转台所要求的位置精确度. 本论文研究的三轴转台伺服系统使用直流力矩电机直接驱动.力矩电动机就是一种能和负载直接连接产生较大转矩，带动负载在堵转或大大低于空载转速下运转的电动机.力矩电机的工作原理和传统的直流伺服电机相同，而直流电机的数学模型可以表示为［21］式中:Km与Tm有明显的物理意义;Km为系统增益;Tm是电机时间常数.结合本研究中内框驱动电机的参数，可以得到内框驱动电机的数学模型即实际被控对象为取标称模型为本文中所使用的转台性能指标为:内框旋转角度范围在-20°～20°，中框旋转角度范围为-30°～30°，外框旋转角度为0°～360°，三框最高转速均为120°/s，最大加速度均为800°/s2，三框的角位置精度误差均为5″.以研究内框的位置跟踪为例，在满足系统性能指标的前提下，分两种情况进行仿真.第一种情况:取内框给定位置信号为:r(t)=sin8πt，扰动信号为中框与外框分别转过1°时对内框产生的耦合影响;第二种情况为:取内框给定位置信号为r(t)=10sin2πt，扰动信号为中框和外框分别转过10°时对内框产生的耦合影响.仿真结果如下:从以上仿真曲线可以看出，干扰观测器不仅能观测到三轴转台的动力学耦合，而且采用干扰观测器使得系统对输入信号的跟踪性能明显优于无干扰观测器时对输入信号的跟踪性能.但是本文所研究的转台角位置精确度要求为5″，即0.001 389°，仅仅使用干扰观测器仍不能达到精确度要求.根据本文的研究，在干扰观测器前加上重复控制之后，经过1～2个周期的调整，跟踪误差稳定在0.000 4°左右，完全符合角位置精确度要求.图4 第一种情况下仿真结果图图5 第二种情况下仿真结果图5 结语本文为了抑制三轴转台动力学耦合对系统的影响，提高系统的位置跟踪精确度，将干扰观测器控制策略与重复控制算法相结合.该方法较文［2］中方法而言更贴合实际，更多的考虑实际中电机和外界干扰的对耦合的影响;较文［3］而言，本文方法下系统响应速度和解耦精度都有明显提高.参考文献:【相关文献】［1］李秋红，薛开，李燕.双半轴轴承结构的功率流传递特性［J］.哈尔滨工程大学学报，2011，32(19):1163-1167..［2］黄卫权，刘文佳.三轴仿真转台耦合问题的研究［J］.弹箭与制导学报，2009，29(1):99-103. ［3］刘延斌，金光，何惠阳.三轴仿真转台系统模型建立及解耦控制研究［J］.哈尔滨工业大学学报，2003，35(3):323-328.［4］李付军，雒宝莹.3轴电动转台动力耦合分析及抑制策略.［J］.上海交通大学学报，2011，45(2):202-207.［5］崔栋良.三轴摇摆台动力学仿真与复合控制研究［D］.哈尔滨:哈尔滨工程大学，2009:43-50. ［6］高钟毓.机电控制工程［M］3版.北京.清华大学出版社.2011:8.［7］高亮.基于干扰观测器的转台控制系统设计［D］.哈尔滨:哈尔滨工业大学，2007:36.［8］孙宜标，闫峰，刘春芳.抑制直线伺服系统周期性扰动的改进型重复控制［J］.控制与检测，2009，4:42-45.［9］陈诗恒.基于二维混合模型的静态输出反馈鲁棒重复控制［D］.长沙:中南大学，2009:8. ［10］张国月，曲轶龙，齐冬莲，等.基于重复控制的三电平光伏逆变技术.［J］.浙江大学学报:工学版，2012，46(7):1339-1344.［11］魏艳芳，赵莉华，荣先亮.基于PI控制和重复控制的100KW隔离型光伏逆变器［J］.可再生能源，2012，30(4):6-9.［12］于晶荣，栗梅，孙尧.有源电力滤波器的改进重复控制及其优化设计［J］.电工技术学报，2012，27(2):235-242.［13］徐明夏，林平，张涛，等.有源电力滤波器重复控制方法的设计［J］.电源学报，2012(3):16-20.［14］夏加宽，郭铁，何新.基于重复控制的高频响直线伺服系统［J］.微电机，2012，45(3):44-46.［15］潘宇航，曾清平，曹帅，等.基于重复控制技术的位置伺服系统的设计研究［J］.空军雷达学院学报，2010，24(1):51-53.［16］张震，柴文野，潘登，等.基于PID和重复控制的UPS逆变器的研究［J］.电测与仪表，2011，48(545):89-92.［17］张宜标，王欢，杨俊友.基于H∞最优控制的PMLSM伺服系统鲁棒重复控制［J］.沈阳工业大学学报，2012，34(3):241-246.［18］黄薇，周荔丹，郑益慧，等.基于神经网络PI重复控制器的三相并联有源电力滤波器［J］.电力系统保护与控制，2012，40(3):78-84.［19］张丹红，胡孝芳，苏义鑫，等.结合重复控制补偿和CMAC的液压伺服系统PID控制研究［J］.机械科学与技术，2012，31(5):749-752.［20］胡洪波，于梅.低频标准振动台波形复合控制仿真研究［J］.计量技术，2008，1:50-53. ［21］KATSUHIKO Ogata.现代控制工程［M］.5版，卢伯英，佟明家译.北京.电子工业出版社，2011:30-51.。

第 １ ２卷
第２ ９期
２１ ０ ２年 １ Ｏ月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ｜ ２ Ｎｏ ２ Ｏｅ ．２ ２ １１ ．９ ｔ ０１
１７ — １ １ （０ ２ ２ —６ ５０ ６ １ ８５ ２ １ ）９７ ５ —５
Ｓ ｉｎ ｅ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎ ｎ ｉ ｅ ｒ ｇ ｃｅ ｃ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ Ｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｎ
状态 量 。
和 广义 预测极 点配 置控 制 （ Ｐ ） Ｇ Ｐ 。模 型 预测 控制 保 持 了现代 控 制理论 的最 优 控 制 思想 ， 同时 把优 化 局
限 于有 限时 域 ， 利 于 解决 有 约 束 的多 目标 多 自由 有
度优 化 问题 ， 并通 过在 线 反 复 优 化 和 反馈 校 正 使 开 环优 化 闭 环 化 。 以上 优 点 使 其 成 为 处 理 复 杂 过 程
２１ ０ ２年 ７月 ２ 日收 到
从 被控 对象 的 阶跃 响应 出发 ， 象 特性 用 一 系 对
列 动 态 系 数 ａ ， … ， ａ ， ａ ，即单 位 阶跃 响 应 在 采样
时刻 的值来 描述 ， 中 为 采样 周 期 。对 于 渐 进稳 其
定 的对 象 ， 阶跃 响应 在 某 一 时刻 ｔ Ⅳ ＝ 后 将 趋 于 平稳 ， 即认 为 ａ 已足够 接近稳 态值 ａ ＝ａ ∞ ） 这 （ ，
睐 。 目前 提 出 的预 测 控 制 算 法 主要 有 基 于 非 参 数 模 型 的 模 型 算 法 控 制 （ Ａ 、 态 矩 阵 控 制 Ｍ Ｃ） 动
（ ＭＣ） 以及 基 于参数 模 型 的广 义 预 测控 制 （ Ｐ Ｄ ， Ｇ Ｃ）
确 控 制 。利 用 动态 矩 阵控 制 对 输 入 输 出强 约 束 、 鲁

浅谈电子技术在现代生活中的一些应用【摘要】随着社会进入信息化及电子智能化时代，电子技术发展越来越迅速，应用越来越广泛，对人类生活的影响也更加深远。

人们的生活水平逐渐向着更便利，更丰富，更绿色的趋势发展，无论是衣食，还是住行，我们都能深深地感受到电子技术带给我们的种种好处，领略到电子技术自身深深地魅力。

【关键词】电子技术；三网融合；光纤到户；云计算；汽车电子自从上世纪六十年代晶体管发明以来，人类历史就进入了以电子技术发展应用为标志的历史时代。

进入21世纪，电子技术的迅速发展和广泛应用，使社会生产力和社会经济获得了空前的发展。

随着社会进入信息化及电子智能化时代，电子技术发展越来越迅速，应用越来越广泛，对人类生活的影响也更加深远。

1电子技术的发展应用使三网融合成为趋势现代电子技术的发展，使数字音视频广播将完全取代模拟音视频传输，形成有线广播电视网络；使计算机互联网成为我们生活的一部分；使电信网络成为我们赖以交流的平台。

三种网络相互独立，即浪费资源，又使各自的发展受到极大的限制。

而将电信网、计算机互联网和有线广播电视网三大网络，通过技术改造、资源整合，从而形成一个能够提供包括语音、数据、图像等综合多媒体通信业务的全国性主干网络的三网融合已成为必然趋势。

1.1三网融合的技术基础是光纤到户:随着高清晰度电视、视频点播、远程医疗服务等信息服务的逐渐普及与应用，以及金融、证券、企业等用户对于带宽需求的与日俱增，需要大带宽的信息传输网络。

中国电信调查显示：城市家庭用户近期需求30兆带宽；中长期预计需求30~100兆带宽；而商业用户需求将达到50~100兆带宽。

如此要求是DSL接入技术无法达到的，但对于光纤接入来说是轻而易举。

光纤是宽带网络多种传输媒介中最理想的一种，它的特点是传输容量大，传输质量好，损耗小，中继距离长等。

因此，三网融合的技术基础是光纤到户(FTTH)。

传统的光纤活动连接器需要在工厂定制，不能根据施工现场灵活掌握长度，导致左光纤与右光纤需要特殊设备熔接后再进行盘存，然后进行盘纤和固定。