基于Arduino的一种电子显示屏控制系统设计剖析

《学术论文写作》课程论文

基于Arduino的一种电子显示屏控制

系统设计

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专业：自动化

班级：

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基于arduino的一种简易电子显示屏设计

摘要：LED显示屏因其工作稳定可靠、寿命长、亮度高等优点，在许多场合中应用广泛。加强显示屏控制系统的可靠性研究意义重大。基于Arduino单片机，研究设计了一种新的电子显示屏控制系统。以PC机为上位机，向单片机发送显示代码和控制命令，单片机控制显示驱动模块驱动LED点阵显示屏进行扫描显示。PC机与单片机之间的通信采用ISP下载编程器来实现。利用按键模块通过单片机对显示屏的显示内容进行翻页和更新控制。

关键词：显示屏；可靠性；Arduino；控制

The Design of Electronic Display Control System based on Arduino

Abstract: LED displays is widely used in many occasions because of its a dvantages such as stable, reliable and long life. It is of great significance to strengthen the research of the reliability of electronic display control system. Here introduces a new kind of el ectronic display control system based on Arduino microcontroller. System uses PC as uppe r computer.PC send control commands and display code it has stored to the Arduino microcontr oller. And arduino microcontroller receives and deals with control command and display cod

e which are from PC. Then drives scan display o

f the display screen. Communication betwee

n PC and the microcomputer can be implemented by using ISP download programmer. At last, page and update the content which is displayed of the billboard by using the key module an

d all is based on th

e single chip microcomputer.

Keywords: electronic display; reliability; Arduino microcontroller

1.系统整体设计

本系统硬件的设计采用模块化设计，既能满足模块本身功能又要能够和整个系统兼容，如图1.1所示。系统硬件由Arduino控制系统，显示扫描电路，显示屏，键盘扫描电路及数据传输部分以及上位机六部分组成。上位机通过数据传输部分向MCU系统发送显示代码和控制命令，MCU系统执行显示命令并将显示代码处理后控制显示部分的显示内容和显示方式。

而按键也可以通过键盘扫描电路对显示进行控制。

图1.1 系统硬件组成框图

2.控制系统设计

控制系统的核心是Arduino单片机。Arduino是一个基于开放原始码的软硬件平台，具有使用类似Java、C语言的Processing/Wiring开发环境。Arduino UNO是系列的一个版本。UNO的处理器核心是ATmega328，具有14路数字IO口（其中6路可作为PWM输出），6路模拟输入，一个16MHz晶体振荡器，一个USB口，一个电源插座，一个ICSP header和一个复位按钮。选定一定数量的IO口作为控制口，控制外部的各种器件和数据的输出【2】。根据功能选择一定的单片机端口添加外围的器件，具体电路如图2.1所示。

在该系统中，数字接口主要用作LED显示数据的行控制输出以及矩阵键盘的控制。具体接法为：矩阵键盘的x1、x2、x3、x4、y1、y2、y3、y4分别接10、11、12、A0、A1、A2、A3、A4接口，点阵模块的连接如图2.2所示。

图2.1 控制部分电路图

图2.2 点阵—单片机连接图

3.驱动单元

3.1 行驱动单元

译码电路的功能是为了解决单片机I/O端口不足。行译码所用器件为串并转换器74HC138和锁存器74HC573。四个138级联成8线-32线译码器，三级管Q1-Q16接显示屏H1-H8解决了显示屏供电不足的问题。锁存器573的Q3,Q7分别接138的G2B，G2A使能端，实现

对138的使能控制，达到锁存功能，Q4,Q5,Q6分别接138的A,B,C端，A,B,C为138译码器

的三个地址输入。具体电路如图3.1所示

图3.1 行驱动单元电路

行译码采用的是芯片74HC138。如果不采用译码电路完全依靠单片机的端口输出来控制LED显示屏显示，需要很多个端口。而采用了译码电路后仅仅需要少量端口便可实现控制显示。大大减少了I/O口的占用数目，为单片机扩展其他功能预留下来了空间。

74HC138译码器可接受3位二进制加权地址输入（A0,A1和A2），并当使能时，提供8个互斥的低有效输出（Y0至Y7）。74HC138特有3个使能输入端：两个低有效（E1和E2）和一个高有效（E3）【4】。除非E1和E2置低且E3置高，否则74HC138将保持所有输出为高。

表1 74HC138集成译码器功能表

3.2 列驱动单元

列驱动电路由74HC595构成，它具有一个8位串入并出的移位寄存器和一个8位输出锁存器，而且移位寄存器和输出锁存器的控制是各自独立的，可以实现在显示本行各列数据的同时，传送下一行的列数据，达到重叠处理的目的【5】。各管脚说明见表3-2。数据在SH_CP 的上升沿输入，在ST_CP的上升沿进入的存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲【6】。移位寄存器有一个串行移位输入（DS），和一个串行输出（Q7）,和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线1。

表3.2 74HC595管脚说明

1引用自《ATmega128通用实验板手册》

工作顺序：单片机先送1个8位数据到第一个595的内部移位寄存器->然后数据会送到内部的输出寄存器->输出,当MR（10引脚）为高电平，OE（13引脚）为低电平时，数据在SHCP上升沿进入移位寄存器，在STCP上升沿输出到并行端口。具体电路如图3.2所示

图3.2 列驱动单元电路

3.3 按键模块

矩阵键盘用4条I/O线作为行线，4条I/O线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每一个交叉点上，设置一个按键。这样键盘中按键的个数是4×4个，它能够有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。

矩阵键盘的编程方法：

（1）先读取键盘的状态，得到按键的特征编码。先从P1口的高四位输出低电平，低四位输出高电平，从P1口的低四位读取键盘状态。再从P1口的低四位输出低电平，高四位输出高电平，从P1口的高四位读取键盘状态。将两次读取结果组合起来就可以得到当前按键的特征编码。使用上述方法我们得到16个键的特征编码。

（2）根据按键的特征编码，查表得到按键的顺序编码。将16个按键的特征编码按照按键排列的顺序排成一张特征编码与顺序编码的对应关系表，然后用当前读得的特征编码来查表，当表中有该特征编码时，它所在的位置就是对应的顺序编码。矩阵键盘电路如图 3.3

所示。

图3.3 矩阵键盘电路

4. 程序设计

设计目标和硬件总体结构确定的情况下，软件可以分为主程序，通信程序，静态显示子

程序，各种特效显示子程序，键盘控制程序等五个主要部分组成。具体结构如图4.1所示。

图4.1 软件功能结构框图

4.1 主程序

系统软件采用C语言编写，按照模块化的设计思路设计。首先分析程序所要实现的功能，

程序要实现静态显示，动态显示，按键控制三大功能。其通信程序接收上位机数据，交给主

程序处理再通过控制程序选择不同的显示程序进行显示。主程序的工作流程如图4.2所示。

图4.2 主程序流程图

4.2 左移显示程序

显示程序分为静态显示程序、左移显示2种种显示方式。其中左移程序调用了静态显示程序为子程序。

显示采用的是列扫描的显示方式，选通一列后按照列与数据元素的对应关系第i列对应的行数据为数组中的第i和第i+16个元素。将对应元素的由低至高位依次从端口输出具体做法为将元素向右逻辑移位后再与0X01相与，所得结果通过单片机端口输出到串并转换器的A端，锁存在锁存器里完成一列数据移位后再将其输出。如此依次循环选通各列来显示所需画面。

动态显示程序流程如图4.3所示，根据显示数据的存储原理通过改变实际LED列与数据逻辑列的方法来实现程序的左右移动。显示数据与列的对应关系为：第i列对应的数据为数组中i和第2×i个数据。显示数组中，第1至16个元素的第8至第1位LED显示屏中的第1至第8行。同理第17至32个元素的第8至第1位LED显示屏中的第9至第16行。所以将元素数据进行逻辑位移便能产生左移动的效果。

图4.3 左移程序流程图

4.3 矩阵按键程序的设计

4*4矩阵键盘有8个引脚，4个一组，分别对应行和列，通过按键扫描的方法，对不同行（列）分别输入高低电平，然后读取不同列（行）上的电平，从而知道键盘上的某一按键按下。例如，当第1行输出低电平，其他行输出高电平，分别读取依次列上的状态，如果第1列为低，结果为（1,1），按键为1，如果第2列为低，则结果为（1,2）按键为2。

5 系统调试

对矩阵键盘进行调试，利用简单的控制程序测试矩阵按键是否能控制13号数字接口上的LED等的亮灭。发现有时控制不了，说明焊接存在虚焊情况，然后及时补救，将觉得可能虚焊的点又重新焊了一次，再次测试，没有问题了。然后矩阵按键与单片机的连接进行了检查，方法是接入电源试运行，发现有时运行不稳定，说明接线有时会存在接触不良现象，于是换用了插口比较紧的接线，也解决了这一问题。

在软件调试过程中，配合对应硬件电路单独运行某程序功能块，检查是否正确，发现有

些模块执行结果和预想的不一致，于是通过单步运行以及设置断点等方法，找到原因并加以改正，最终得到正确的运行结果。

6. 结语

为了在传统设计的基础上增强电子广告屏系统的可靠性，基于Arduino为核心，以串并转换器74HC138和锁存器74HC573为行驱动器，串并转换器74HC138和锁存器74HC573为列驱动器，以4×4矩阵键盘为控制键盘重新设计一个电子显示屏控制系统，通过上位机软件将控制代码和显示代码发送到Arduino单片机中，然后由Arduino单片机和矩阵键盘控制电子显示屏的显示。通过实践，本控制系统的稳定性、实时性及易操作性能够满足电子显示屏的显示要求。

引用文献：

[1]张校珩.单片机C语言编程100例[M].北京：中国电力出版社，2014.01：56～57.

[2]戴禄君,刘战峰.基于单片机的LED点阵显示系统的设计[J].计算机与数字工程,2014：735～736

[3]张耿,张晶.基于Arduino的电子广告牌设计[J].信息通信，2014,3:46～47

[4]赵龙,郝润科,王磊,邱银,胡骞.基于单片机的数字式智能饮水机设计[M].现代电子技术，2012，17：112～113.

[5]顾晓莉,杨少萍,张萌萌,范涛,刘占杰. 基于8051微控制器的广告牌设计[J].大众科技，2011:35(10)：112～115.

[6]杜树春. 基于Proteus和Keil C51的单片机设计与仿真[M].北京：电子工业出版社，2012：78～79.

通信工程综合实训

成绩评定表

课程设计任务书

目录 1 微博机器人 (2) 1.1 编写代码 (3) 1.2 代码回顾 (6) 2 交通灯+手控延时 (11) 2.1 功能 (12) 2.2 电路原理 (12) 2.3 代码清单 (13) 2.4 测试结果 (16) 3 卫星天线及接收机调试 (16)

1微博机器人 在这个项卡具中还是需要使用两个温度传感器的电路。这次，你要有规律地在微博上更新两个传感器的状态。用发送微博的办法使你可以了解已经连接到Arduion上的和、任何传感器的状态。 Twitter是一条微博服务器，允许你发送长度在140个字符以内的微博或短消息。任何人只要进行下搜索，或那些已选择了关注你的微博的人，都可以看到你发布的微博的内容。微博是非常流行的网络应用，可以从任何网络浏览器或许多可用微博客户机中浏览微博内容，甚至电话终端也可以发送微博。这使得微博成为发送简单消息的理想选择。你也可以通过移动终端查看微博内容。 你需要连到https://www.sodocs.net/doc/3310894992.html,注册一个新用户。我推荐创建一个只被你的Arduino使用的账号。 因为2010年8月31日以后，Twitter改变了它的第三方程序入口注册策略，使用了一种叫做OAuth的认证方法，使得直接从Arduino发送微博非常困难。在这个改变之前，向Twitter发送微博是一个简单的过程，现在只能通过第三方实现。换句话说，你发布微博到一个网站或代理服务器，代理服务器使使用OAuth协议代替你发布微博，Arduino 当前的微博库主使用这种方法。 如果你已有账号，输入下的代码。 输入代码 在你上传代码之前，需要注册一条微博账号。你使用这个库已比由NeaCat完成，可以使用它的网址作为代理服务器发送微博。这意味你必须首先获得一个口令，它是一个你自己的要进入微博网站的用户名和口令的加密版本。要得到这个版本可以去网址https://www.sodocs.net/doc/3310894992.html, ，并单击”stepq”链接口令，复制并粘贴结果到口令代码段。 注意，因为你使用代理服务器而且必须给出你的微博用户名和口令来获得OAuth 令牌，所以推荐创建一个新的微博账号保持它为匿名。我相信你用自己的账号使用库也是安全的但是相比较而言匿名更安全。 之后，单击”step2”链连，获得两套相关的库代码。安装这些库文件夹到之前你下载

控制系统设计及分析

控制系统设计及分析 一、SISO 控制系统的模型 1、环节串联 G(s)=G1(s)*G2(s)*…*Gn(s) sys=sys1*sys2*…*sysn 或: sys=series(sys1,sys2); sys==series(sys,sys3); …; sys=series(sys,sysn) 或： [num,den]= series(num1,den1,num2,den2); [num,den]= series(num,den,num3,den3); …; [num,den]= series(num,den,numn,denn); sys=tf(num,den) Ex311.m ：求三个控制环节串联后的传递函数： 3 25 6: 3)1(32: 2) 1(1: 12 2+++++++s s sys s s sys s s s s sys %sys1的传递函数 num1=[1,1]; den1=conv([1,0],[1,1,1]); sys1=tf(num1,den1);

%sys2的传递函数 num2=[2,3]; den2=conv([1,1],[1,1]); sys2=tf(num2,den2); %sys3的传递函数 num3=[6,5]; den3=[2,3]; sys3=tf(num3,den3); %系统串联总的传递函数 sys=sys1*sys2*sys3 2、环节并联 G(s)=G1(s)+G2(s)+…+Gn(s) sys=sys1+sys2+…+sysn 或: sys=parallel(sys1,sys2);sys=parallel (sys,sys3);…; sys= parallel (sys,sysn) 或: [num,den]= parallel (num1,den1,num2,den2); [num,den]= parallel (num,den,num2,den2); …; [num,den]= parallel (num,den,numn,denn);

自动控制系统课程设计说明书

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程设计说明书（论文） 课程名称：自动控制理论课程设计 设计题目：直线一级倒立摆控制器设计 院系：电气学院电气工程系 班级： 设计者： 学号： 指导教师： 设计时间：2016.6.6-2016.6.19 手机： 工业大学教务处

*注：此任务书由课程设计指导教师填写。

直线一级倒立摆控制器设计 摘要：采用牛顿—欧拉方法建立了直线一级倒立摆系统的数学模型。采用MATLAB 分析了系统开环时倒立摆的不稳定性，运用根轨迹法设计了控制器，增加了系统的零极点以保证系统稳定。采用固高科技所提供的控制器程序在MATLAB中进行仿真分析，将电脑与倒立摆连接进行实时控制。在MATLAB中分析了系统的动态响应与稳态指标，检验了自动控制理论的正确性和实用性。 0.引言 摆是进行控制理论研究的典型实验平台，可以分为倒立摆和顺摆。许多抽象的控制理论概念如系统稳定性、可控性和系统抗干扰能力等，都可以通过倒立摆系统实验直观的表现出来，通过倒立摆系统实验来验证我们所学的控制理论和算法，非常的直观、简便，在轻松的实验中对所学课程加深了理解。由于倒立摆系统本身所具有的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合特性，许多现代控制理论的研究人员一直将它视为典型的研究对象，不断从中发掘出新的控制策略和控制方法。 本次课程设计中以一阶倒立摆为被控对象，了解了用古典控制理论设计控制器(如PID控制器)的设计方法和用现代控制理论设计控制器(极点配置)的设计方法，掌握MATLAB仿真软件的使用方法及控制系统的调试方法。 1.系统建模 一级倒立摆系统结构示意图和系统框图如下。其基本的工作过程是光电码盘1采集伺服小车的速度、位移信号并反馈给伺服和运动控制卡，光电码盘2采集摆杆的角度、角速度信号并反馈给运动控制卡，计算机从运动控制卡中读取实时数据，确定控制决策(小车运动方向、移动速度、加速度等)，并由运动控制卡来实现该控制决策，产生相应的控制量，使电机转动，通过皮带带动小车运动从而保持摆杆平衡。

控制系统组成及作用

第四章控制系统 4.1 控制系统的组成及其作用 控制系统的组成（5部分） （1）数字控制装置 作用：程序译码执行；状态信号输入采集处理，产生输出控制信号和状态显示信息 （2）输入装置 作用：接受现场状态信息和操作命令，（专为可识别的信息格式）（3）输出装置（输出设备） 作用：接受来自数字控制装置的控制命令，转化并执行相应命令信息， 产生调解、改变系统工作状态的操作和动作 （4）输入输出接口 作用：连接数字控制装置和输入输出设备的信息桥梁，完成I/O信号的电平转换，隔离，信号方式转换，滤波，锁存和缓冲等功能（5）功率放大电路 作用：将输出接口的输出控制信号进行功率放大，以足够的功率驱动输出执行设备（输出装置），完成系统的运行

控制系统的组成实例1： 控制系统的组成实例2：

作业： 1．简述机电一体化控制系统的构成 2．简述机电一体化控制系统各功能部件的作用 第四章控制系统 4.2 控制系统的设计要求 控制系统的设计要求包括10个部分： （1）功能实用性：指功能，性能，精度，应用范围及特点等技术指标概况 （2）系统可靠性：指系统在给定条件，预定时间内能够正常工作的概率（评价：无故障工作时间和故障的排出时间（含永久性和偶发性故障）） （3）运行稳定性：系统的输入量变化或受到外界干扰时，输出量被迫离开原来的稳定值过渡到另一个新的稳定状态的过程中，输出量发生超出规定限度或 发生非收敛性变化的概率（包括超调，振荡，滞后，静态误差等）（4）操作宜人性：人机工程概念内容，有助于提高效率，速度，质量和可靠性（5）人机安全性：监测，自动保护，报警，显示，急停，极限保护等 （6）环境保护水平：不产生环境污染 （7）技术经济性：包括机电一体化设备制造的性价比和运行的性价比 （8）结构工艺性：设计应满足加工，装配，检测，包装，安装，维护的最佳工艺性（9）造型艺术性：系统外形，比率，形体结构，色彩符合工业设计要求和时代美感（10）成果规范性：设计遵从相关法规，符合相关技术标准和技术规范 附： ※对工业控制计算机系统的基本要求

《Arduino创意机器人》智能风扇校本课程教学设计

《Arduino创意机器人》智能风扇校本课程教学设计Arduino创意机器人项目是我校于2018年开设的一门选修课程，对于师生而言都缺乏相应的知识储备基础与项目设计能力，因此需要设计相关的系列课程进行教学。在经过相关知识的学习后，选定智能风扇作为课程的一个主题单元进行设计，针对风扇模型开展多种项目设计，实现知识的教学与项目的创新设计。 该课程均采取建构主义学习理论作为理论基础，重点在激发学生的思考，让学生主动构建硬件模型，思考程序原理设计。在形成认知结果情况下，进行项目实践，尝试错误后纠正原有认知框架，不断修正。 课程设计采用同样的教学框架，具体如下： 课堂导入：采用具体项目模型进行导入，激发学生的学习兴趣，聚焦学生注意力。引发学生的思考，构建项目基本组装框架，形成基本的程序原理图。在小组探讨交流中形成自己的认知地图。 硬件组装：在观察的基础上，找出相应的硬件设备，进行硬件的组装，观察硬件上面的各类参数，与构成的认知框架进行同化。 程序设计：根据小组讨论的结果，尝试进行程序设计。在尝试错误以后，由教师统一解释讲解具体的设计原理，学生再进行相应的程序设计，上传调试。 拓展阅读：在项目涉及的基础上，进行创新创意的延伸，引出新的项目设计，让学生小组探究设计。 项目总结：学生的学习情况与项目知识的梳理。 《Arduino创意机器人》智能风扇课时安排 序号课程内容课程设备列表课时1启动风扇Romeo板、按钮模块、风扇模块1 2声控风扇Romeo板、按钮模块、风扇模块、声音传感器1 3换挡风扇Romeo板、按钮模块、风扇模块1 4遥控风扇Romeo板、风扇模块、红外遥控套件1 5摇头风扇Romeo板、风扇模块、舵机模块1 6风扇创意设计Romeo板、风扇模块、其他所需器材2

一种管道机器人结构与控制系统设计

摘要 在现代社会中，人们总要遇到各种各样的管道设施，而许多管道系统不是架设在空中就是深埋于地下，这样一来，通过人力对管道的内部进行检测就很不方便。本文研制的移动式管道机器人本身携带CCD摄像头，可以对一定口径的管道内壁进行检测，具有较高的实用价值。 本文首先对国内外管道机器人技术的发展做了综述，给出了移动式管道机器人本体结构设计方案，详细介绍了机器人的驱动机构、云台系统等环节的结构。 所讨论的机器人采用上下位机的控制模式，使用了目前在国内较为先进的光纤信来传送控制信号和来自CCD摄像机的图像信号。下位机以LPC2114为核心处理器，进行了移动式管道机器人行走电机的驱动控制设计、云台电机的驱动控制设计、RS232串口通信电路以及控制系统外围电路的讨论。 关键词：本体结构，控制系统，管道机器人。

Abstract In modern society, people always encounter a variety of pipeline facilities, and many are not set up in the air piping system is buried underground, so that, through human testing within the pipeline is very inconvenient. This pipe mobile robot developed to carry CCD camera itself, you can certainly detect pipe wall diameter, has a high practical value. Firstly, the domestic and international pipeline robot technology summarized in this paper, given the structure of portable pipeline design of the robot body, detailing, the robot drive mechanism, heads and other aspects of the system structure. Robot discussed by upper and lower computer control mode, using more advanced in the domestic fiber channel to transmit control signals and image signals from the CCD camera. The next crew to LPC2114 core processor for the mobile pipeline robot drive motor for control design, the design head of the motor drive control, RS232 serial communication circuit and control system peripheral circuit discussion.

物联网系统课程设计

物联网系统课程设计 学系名称：物联网工程 班级名称：物联网工程 2 班 学生姓名：朱泓锦 20136239 指导教师：肖迎元助教： 二零一六年十月

摘要 智能车辆是集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，是智能交通系统的一个重要组成部分。它在军事、民用、太空开发等领域有着广泛的应用前景。随着电子工业的发展，智能技术广泛运用于各种领域，运用于智能家居中的产品更是越来越受到人们的青睐。 以arduino程序和蓝牙模组，app为基础，是蓝牙模组，arduino 小车和手机之间信息交互的关键。本课题所研究的物联网应用系统以arduino程序为核心，利用蓝牙模组，arduino小车和app等实现基本功能。 基本功能：利用蓝牙模组和app之间的信息交互，控制小车的移动，从而达到无线控制的效果 注：仅能实现小车的基本操作 关键词：arduino程序，arduino小车，app，蓝牙模组

1 绪论 随着科技进步，现代工业技术发展越来越体现出机电一体化的特征。无论是在金属加工、汽车技术、工业生产等等方面，机器设备表现了所谓智能化、集成化、小型化、高精度化的发展趋势。 1.1 选题背景 随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。可见其研究意义很大。本设计就是在这样的背景下提出的，指导教师已经有充分的准备。本题目是结合科研项目而确定的设计类课题。设计的智能电动小车应该能够实现适应能力，能自动避障，可以智能规划路径。 智能化作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期所要达到的或是更高的目标。同遥控小车不同，遥控小车需要人为控制转向、启停和进退，比较先进的遥控车还能控制器速度。常见的模型小车，都属于这类遥控车；智能小车，则可以通过计算机编程来实现其对行驶方向、启停以及速度的控制，无需人工干预。操作员可以通过修改智能小车的计算机程序来改变它的行驶方向。因此，智能小车具有再编程的特性，是机器人的一种。 中国自1978年把“智能模拟”作为国家科学技术发展规划的主要研究课题，开始着力研究智能化。从概念的引进到实验室研究的实现，再到现在高端领域（航

实验五基于MATLAB工具箱的控制系统分析与设计.

实验五、基于MATLAB工具箱的控制系统分析与设计(2学时) （综合型实验） 一、实验目的 （1）掌握线性时不变系统的对象模型的构造及其相互转换； （2）掌握线性时不变系统浏览器——LTI Viewer使用方法； （3）掌握单变量系统设计工具——SISO Design Tool的使用方法； （4）掌握非线性系统的控制器优化设计和仿真； （5）自行设计一个PID控制系统并进行PID控制器的优化设计（选）。 二、实验设备 MATLAB6.1系统教学软件及计算机一台。 三、实验内容 1、将下述传递函数转换成tf对象。 2、将第6章的例6-16中非线性系统进行线性化处理后所得线性化状态空间模型的系数矩阵(A,B,C,D)的值转换成LTI对象，然后利用线性时不变系统浏览器—LTI Viewer对系统进行分析。 3、使用 LTI Viewer对以下滑艇系统的动力学方程进行非线性系统的线性分析 4、以下单位反馈系统。利用单变量系统设计工具SISO Design Tool。（1）对其进行分析，画出系统的根轨迹图以及系统波特图，并求解相位裕量。 （2）对以上系统进行串联校正装置，其传递函数如下。 对校正后进行分析，画出校正后系统的根轨迹图以及系统波特图，并求解相位裕量。 5、对以下系统。 要求系统单位阶跃响应的最大上升时间为10秒、最大调节时间为30秒、最大超调量为20%。利用非线性控制器设计模块集（Nonlinear Control Design Blockset），试求PID控制器的最佳整定参数Kp、Ki和Kd。假设，三阶线性对象模型的不确定参数：40< a1<50,2.5< a2<10。

PLC控制系统的设计说明书

课程设计（论文） 题目：抢答器PLC控制系统设计 学院：机电工程学院 专业班级：09级机械工程及自动化03班 指导教师：肖渊职称：副教授 学生姓名：王帅 学号： 40902010317

目录 第1章概述 (1) 1.1 PLC的发展 (1) 1.2 PLC的应用 (2) 第2章抢答器系统的总体设计 (3) 2.1 抢答器电气控制系统设计要求 (3) 2.2 抢答器系统组成 (3) 2.3抢答器的流程图 (4) 第3章硬件系统设计 (5) 3.1 硬件接线图 (5) 3.2 Ｉ/Ｏ端子分配表 (6) 3.3 七段显示管的设计 (6) 第4章软件系统的设计 (8) 4.1 程序指令 (8) 4.2 工作过程分析 (11) 第5章总结 (13) 参考文献 (14) 附录一 (14)

第1章概述 可编程控制器（PLC）是一种新型的通用自动化控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，具有控制功能强，可靠性高，使用灵活方便，易于扩展等优点而应用越来越广泛。可编程控制器(Programmable Logic Controller)即PLC。现已广泛应用于工业控制的各个领域。他以微处理为核心，用编写的程序不仅可以进行逻辑控制，还可以定时，计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。美国电气制造商协会经过4年调查，与1980年将其正式命名为可编程控制器（Programmable Controller），简写为PC。后来由于PC这个名称常常被用来称呼个人电脑（Personal Computer），为了区别，现在也把可编程控制器称为PLC。 1.1 PLC的发展 20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。 20世纪70年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。 20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。 20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。

一、控制系统的组成

4.2控制系统的组成和描述习题 一、判断题 （1）控制器肯定是控制系统中最先动作的构件。（）（2）执行器是能直接对被控对象起控制作用的装置。（）（3）被控对象是连动过程中最后动作的构件。（）（4）存在比较器的控制系统一定是闭环控制系统。（）二、判断下列关于楼道灯声控开关电路的说法是否正确。（1）它是一个闭环控制系统。（） （2）它能自动纠正控制误差。（） （3）灯是被控对象。（） （4）控制量是控制灯的亮灭。（） 二、选择题 1.下列控制系统中，属于开环控制系统的是（） A 电冰箱的温度控制 B 计算机的CPU上的风扇的转速控制 C 现代化农业温室的温度控制 D 家用缝纫机的缝纫速度控制 2 .下面控制系统中，属于闭环控制的有（） A 电风扇机械定时开关控制系统 B 电子门铃控制系统 C 电磁炉温度自动控制系统 D 自行车制动系统 3．下列控制现象属于自动控制的是（）

A 电风扇 B 洗衣机 C 红绿灯定时转换 D 电子词典 4．下列属于闭环控制系统的是（） A 楼道里的防盗报警控制系统 B 火灾自动报警系统 C 公园音乐喷泉自动控制系统 D 电冰箱的温度控制系统 5．下列各项中，属于开环控制系统的是（） A 家用电风扇的转速调节系统 B 电冰箱温度控制系统 C 汽车自动档位控制系统 D 抽水马桶水位的控制系统 6.“皮影戏”是我国的传统的民间艺术，演员只要在屏幕和灯光之间抖动如栓在“小兔”身上的细线，屏幕上就能出现生动活泼的小兔形象，这是一种控制现象，其控制对象是（） A 细线 B “小兔” C 屏幕 D 灯光 7．普通高压锅使用过程中，当锅内压力达到一定值时，压力阀会浮起并放气，使锅内压力维持在预定值水平。该压力控制系统是( ) ①人工系统②自然系统③人工（手动）控制④自动控制 A ①③ B ①④ C ②③ D ②④ 8.闭环控制系统由下列各个环节组成（） ①控制器②执行器③被控对象④检测装置 A ①②③ B ①③④

控制系统建模、分析、设计和仿真

北京理工大学珠海学院 《计算机仿真》课程设计说明书题目: 控制系统建模、分析、设计和仿真 学院：信息学院 专业班级：自动化四班 学号： 学生姓名： 指导教师： 2012年 6 月 9 日

北京理工大学珠海学院 课程设计任务书 2011 ～2012 学年第2学期 学生姓名：专业班级： 指导教师：范杰工作部门：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09xxxxxxxx2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 最少拍有波纹控制系统

[8号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真 设连续被控对象的实测传递函数为： 用零阶保持器离散化，采样周期取0.02秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹 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） ) 7)(5)(2()6)(1(879)(2+++++= s s s s s s s G

课程设计说明书 温度控制系统的设计与实现

课程设计说明书 课程设计说明书题目：温度控制系统的设计与实现

摘要 温度控制系统是一种典型的过程控制系统，在工业生产中具有极其广泛的应用。温度控制系统的对象存在滞后，它对阶跃信号的响应会推迟一些时间，对自动控制产生不利的影响，因此对温度准确的测量和有效的控制是此类工业控制系统中的重要指标。温度是一个重要的物理量，也是工业生产过程中的主要工艺参数之一，物体的许多性质和特性都与温度有关，很多重要的过程只有在一定温度范围内才能有效的进行，因此，对温度的精确测量和可靠控制，在工业生产和科学研究中就具有很重要的意义。 本文阐述了过程控制系统的概念，介绍了一种温度控制系统建模与控制，以电热水壶为被控对象，通过实验的方法建立温度控制系统的数学模型，采用了PID算法进行系统的设计，达到了比较好的控制目的。 关键词：温度控制；建模；自动控制；过程控制；PID

Abstract In industrial production with extremely extensive application, temperature control system is a typical process control system.Temperature control system has the larger inertia. It is the response signal to step off some of time.And it produces the adverse effect to the temperature measurement. The control system is the important industrial control index. Temperature is an important parameters in the process of industrial production. Also it is one of the main parameters of objects, many properties and characteristics of temperature, many important process only under certain temperature range can efficiently work. Therefore, the precise measurement of temperature control, reliable industrial production and scientific research has very important significance. This paper discusses the concept of process control system and introduces a kind of temperature control system .The electric kettle is the controlled object, PID algorithm is used for system design,through experience method to get the model of temperature control system and we can get the controlied response well. Keywords：Temperature control; Mathematical modeling; Automatic control; Process control; PID

控制系统的设计

5、控制系统的设计 5.1 控制策略的选择 在3.2节转子的位移方程一节，我们已经论述过，对转子的位移方程进行变换后， 可以得到如下的电流和位移之间的传递函数： X i K ms K s I s X s G -==2)()()( （5—1） 由上式可以看出，该对象有两个实数极点，其中一个在正实轴上，因而是一个不稳 定的二阶对象，只有通过闭环控制才有可能使之稳定地工作。然而，闭环控制也有很多 种控制策略，采用古典控制论中关于连续系统的分析方法进行近似分析，经分析可知，使系统稳定的基本控制规律为PD 控制。下面对其进行分析。 （1）PD 控制策略 假设PD 控制器传递函数为 ]1[)(s T K s G d p c += （5—2） 其中，K P 为比例系数，T d 为微分时间常数。当忽略功率放大器和位置传感器的惯性， 设功放放大系数为K a ,传感器放大系数为K s ，则此时整个系统的闭环传递函数为： ) ()(1)()()(s G s G K K s G s G K s c s a c a +=Φ （5—3） 将式（5—1）和式（5—2）代入式（5—3）中可以得到： x p i s a d p i s a d p i a K K K K K s T K K K K ms s T K K K s -+++=Φ2) 1()( （5—4） 令k K K K K K x p i s a =- （5—5） 用Routh 判据可知，该系统稳定的充要条件为包括k 在内的所有参数均大于0。由 式（5—4）和（5—5），可得闭环系统的特征方程为 02=++k s T K K K K ms d p i s a

进程控制系统设计说明书

中北大学 课程设计说明书 学院、系：软件学院 专业：软件工程 班级：13140A05 学生姓名：学号： 设计题目：基于Windows的线程控制与同步 起迄日期: 2015年12月28日~2016年1月8日指导教师: 日期: 2015年12月25日

一、设计目的 进程同步是处理机管理中一个重要的概念。本设计要求学生理解和掌握Windows中线程控制与同步机制的相关API函数的功能，能够利用这些函数进行编程。 二、任务概述 (1)实现生产者-消费者问题。 (2)实现读/写者问题。 (3)实现哲学家就餐问题。 三、总体设计 （1）生产者-消费者问题。是一个多线程同步问题的经典案例。该问题描述了两个共享固定大小缓冲区的线程——即所谓的“生产者”和“消费者”——在实际运行时会发生的问题。生产者的主要作用是生成一定量的数据放到缓冲区中，然后重复此过程。与此同时，消费者也在缓冲区消耗这些数据。该问题的关键就是要保证生产者不会在缓冲区满时加入数据，消费者也不会在缓冲区中空时消耗数据。 （2）读/写者问题。创建一个控制台程序，此程序包含n个线程。用这n个线程来表示n个读者或写者。每个线程按相应测试数据文件(后面有介绍)的要求进行读写操作。用信号量机制分别实现读者优先或写者优先的读者-写者问题。 （3）实现哲学家就餐问题。用来演示在并行计算中多线程同步(Synchronization)时产生的问题。在1971年，著名的计算机科学家艾兹格·迪科斯彻提出了一个同步问题，即假设有五台计算机都试图访问五份共享的磁带驱动器。稍后，这个问题被托尼·霍尔重新表述为哲学家就餐问题。这个问题可以用来解释死锁和资源耗尽。有服务生解法，资源分级解法，Chandy/Misra解法。 四、详细设计函数 (1)生产者-消费者问题 #include

基于Arduino智能寻迹小车开题报告

云南农业大学 本科生毕业设计开题报告 设计题目:基于Arduino的智能寻迹小车控制系统设计毕业设计起止时间： 年月日～月日(共 17 周) 专业：电气工程及其自动化 姓名： 学号： 指导教师： 报告时间： 云南农业大学教务处制 200 年月日

1. 本课题所涉及的问题在国内(外)的研究现状综述 国外智能车辆的研究历史较长，始于上世纪50年代。它的发展历程大体可以分成三个阶段： 第一阶：20世纪50年代是智能车辆研究的初始阶段。1954年美国Barrett Electronic 公司研究开发了世界上第一台自主引导车系统，该系统只是一个运行在固定路线上的拖车式运货平台，但它却具有了智能车辆最基本的特征即无人驾驶。 第二阶段：从80年代中后期开始，世界主要发达国家对智能车辆开展了卓有成效的研究。在欧洲，普罗米修斯项目开始在这个领域的探索。在美洲，美国成立了国家自动高速公路系统联盟（NAHSC）。在亚洲，日本成立了高速公路先进巡航/辅助驾驶研究会。 第三阶段：从90年代开始，智能车辆进入了深入、系统、大规模研究阶段。最为突出的是，美国卡内基.梅隆大学（Carnegie Mellon University）机器人研究所一共完成了Navlab系列的10台自主车（Navlab1—Navlab10）的研究，取得了显著的成就。 相比于国外，我国开展智能车辆技术方面的研究起步较晚，开始于20世纪80年代。而且大多数研究处在于针对某个单项技术研究的阶段。虽然我国在智能车辆技术方面的研究总体上落后于发达国家，并且存在一定得技术差距，但是我们也取得了一系列的成果，主要有： （1）中国第一汽车集团公司和国防科技大学机电工程与自动化学院与2003年研制成功我国第一辆自主驾驶轿车。 （2）南京理工大学、北京理工大学、浙江大学、国防科技大学、清华大学等多所院校联合研制了7B.8军用室外自主车，该车装有彩色摄像机、激光雷达、陀螺惯导定位等传感器。 可以预计，我国飞速发展的经济实力将为智能车辆的研究提供一个更加广阔的前景。因此，对智能小车进行深入细致的研究，不但能加深课堂上学到的理论知识，更能将理论转化为实际运用，为将来打下坚实的基础。 2．本人对课题提出的任务要求及实现预期目标的可行性分析

信息系统分析与设计名词解释

一、名词解释 1、软件维护指软件交互使用之后，为了改正软件中的错误或满足新的需求而修改软件的过程。 2、调试在成功地进行了测试之后，进一步诊断和改进程序中存在的错误过程。 3、可行性研究又叫可行性分析，它是所有工程项目在开始阶段必须进行的一项工作。可行性研究是指项目正式开发之前，先投入一定的精力，通过一套准则，从经济、技术、社会等方面对项目的必要性、可能性、合理性，以及项目所面临的重大风险进行分析和评价，得出项目是否可行的结论。 4、结构化程序设计是一种设计程序的技术，采用自顶向下、逐步细化的设计方法和单入口、单出口的控制技术，任何程序都可以通过顺序、选择和循环3种基本控制结构的复合实现。 5、信息系统在其使用过程中随着生存环境的变化，要不断维护、修改，当它不再适应需求的时候就要被淘汰，就要由新系统代替老系统，这种周期循环称为信息系统的生命周期。 6、供应链管理系统就是为了实现供应链上各企业的共同目标，对整个供应链的物流与信息流进行集成的管理和统一协调的计算机软件系统、网络与通信系统、有关数据、规章制度和人员的统一体。 7、这是在现代信息技术的基础上，交叉管理学、行为科学、运筹学，控制论等学科运用、人工智能、专家系统、知识工程等理论和方法，辅助支持企业，决策活动的信息系统。 8、信息系统是指利用计算机、网络、数据库等现代信息技术，处理组织中的数据、业务、管理和决策等问题，并为组织目标服务的综合系统。 9、数据字典为了对数据流程图中的各个元素进行详细的说明，数据字典的主要内容是对数据流程图中的数据项、数据结构、数据流、处理逻辑、数据存储和外部实体等几个方面进行具体的定义。数据字典配以数据流程图，就可以从文字和图形两个方面对系统的逻辑模型进行完整的描述。 二、填空 1、按照生命周期法建设信息系统过程中的主要文档有:系统开发立项报告,( 可行性研究报告),系统开发计划书,( 系统分析说明书),系统设计说明书,程序设计报告,系统测试计划与测试报告,系统使用与维护手册,系统评价报告,系统开发月报与系统开发总结报告. 2、描述程序处理过程的工具称为过程设计工具，可以分为图形、表格和语言3类。其中图形工具包括(程序流程图)、(N-S图)和(PAD图)；表格工具包括(判定表)和(判定树)；语言工具包括

自动洗车机电气控制系统设计说明书

word 完美格式 题目：自动洗车机电气控制系统设计 专业班级： 姓名： 学号： 指导教师： 评语： 成绩： 指导老师签名： 目录 日期：

1系统概述 . (3) 1.1应用背景及意义 (3) 1.2系统描述及设计要求 (3) 2方案论证 . (4) 3硬件设计 . (6) 3.1系统原理方框图 (6) 3.2系统主电路原理图 (6) 3.3 I/O 分配 (7) 3.4 PLC 选择 (8) 3.5 PLC 控制原理图 (9) 3.6 PLC 控制接线图 (10) 3.7元器件选型 (12) 4软件设计 . (13) 4.1主流程图 (13) 4.2梯形图 (13) 5系统调试 . (18) 设计心得. (20) 参考文献. (20)

1系统概述 1.1 应用背景及意义 汽车行业随着科学技术的发展有了质的飞跃。随着时代发展，人们生活水平提高，人们对汽车的需求逐渐增加，随之而来的便是汽车的保养。其中汽车清洗 便是不可或缺的一项内容。当今社会，高科技的发展实现了各行业的自动化控制， 但是在汽车清洗行业，大部分仍是人工完成。传统洗车业利用人力，对汽车涂抹 泡沫，然后利用水泵对汽车进行冲洗，再在自然光及风等条件下，使清洗后的汽 车进行自然风干。虽然实现汽车清洗，但过分依赖人力，操作时间长，浪费大量 水资源，经济性差，不利于洗车业的发展。目前比较大型的汽车美容公司，虽然 实现了汽车的清洗、打蜡、喷漆等的自动化，但成本高，其自动控制系统不适合 小型的、专门的汽车清洗行业。因此，对于中小型城市，汽车清洗业有着巨大的 发展潜力。如何实现高效、高质量并且适用于小型汽车的自动清洗，就成了汽车 清洗行业发展的必然要求。本次设计采用 PLC控制，通过线路的通断来实现汽车 自动清洗。它可以节省人力、物力资源，高效、准确的完成洗车任务，为客户提 供便利，而且极大的节约水资源，符合建设节约型社会的时代需要。这套汽车自 动清洗系统结构简单，成本低，适合不同场合的需求，尤其是中小型公司。 1.2 系统描述及设计要求 自动洗车机由门式框架组成，门式框架有一台三相异步电机拖动，4KW 380V 50HZ，在车头和车尾处分别设置有一个行程开关，门式框架上安装有 3 个刷子（上、左、右各 1 个），分别有 1 台单相电机拖动， 1.5KW 220V 50HZ，同时门式框架上安装有 3 组喷水喷头（上、左、右各 1 个），由一台水泵电机拖动 1KW220V 50HZ，喷头由电磁阀控制 DC24V 5W。洗车机外部框架结构示意图如图 1.2.1 所示。

ARM嵌入式系统试题及答案解析

ARM嵌入式系统基础教程 ----期中开卷 专业：软件1002班姓名：王世伟学号：04103060（24） 一、嵌入式系统基本概念 1、什么是嵌入式系统？有何特点？ 答：所谓嵌入式,实际上是“嵌入式计算机系统”，的简称，它是相对于通用计算机系统而言，注重于发展独立的单芯片技术。嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”。 特点:(1)嵌入式系统是将先进的计算机技术，半导体技术以及电子技术与各行业的具体应用相结合的产物，这一点就决定了他必然是一个技术密集，资金密集，高度分散，不断创新的知识集成系统。（2）系统内核小(3)专用性强（4）系统精简（5）系统软件要求（6）嵌入式软件开发要走向标准化，需要使用多任务的操作系统。（7）嵌入式系统本身并不具备在其上进行进一步开发的能力。 2、举例在你的身边常见到的嵌入式系统产品，谈一谈你对“嵌入式系统”的初步理 解。 答：产品有：洗衣机，空调，手机。 嵌入式系统就是内置小计算机系，可以对机器进行智能控制的系统。 3、嵌入式系统的3个基本特点？ 答：（1）专用性（2）嵌入型（3）计算机系统 4、什么是嵌入式处理器，嵌入式处理器可以分为几大类？ 答：嵌入式处理机是嵌入式的核心，是控制，辅助系统运行的硬件单元。 分类：四大类（1）嵌入式微处理器（2）嵌入式微控制器（3）嵌入式DSP处理器（4）SoC片上系统 5、广泛使用的三种类型的操作系统？ 答：多道批处理操作系统、分时操作系统以及实时操作系统。 6、列举常见的4种嵌入式操作系统？说明你对嵌入式操作系统的基本认识，嵌入式 操作系统在嵌入式系统开发中的必要性。 答：嵌入式Linux、WinCE、VxWorks、μC/OS-II 没有操作系统的计算机效率十分底下，把操作系统嵌入到计算机中，可以提高系统

机电控制系统分析与设计

一、简述题（每小题10分，共100分） 1、机电控制系统的基本要求？ 答：稳定性（长期稳定性）、准确性（精度）和快速性（相对稳定性）. 稳定性：对恒值系统要求当系统受到扰动后,经过一定时间的调整能够回到原来的期望值. 对随动系统,被控制量始终跟踪参据量的变化.稳定性是对系统的基本要求,不稳定的系统不能实现预定任务.稳定性,通常由系统的结构决定与外界因素无关. 快速性：对过渡过程的形式和快慢提出要求,一般称为动态性能.稳定高射炮射角随动系统,虽然炮身最终能跟踪目标,但如果目标变动迅速,而炮身行动迟缓,仍然抓不住目标. 准确性：用稳态误差来表示.如果在参考书如信号作用下,当系统达到稳态后,其稳态输出与参考输入所要求的期望输出之差叫做给定稳态误差.显然,这种误差越小,表示系统的输出跟随参考输入的精度越高. 由于被控对象具体情况的不同,各种系统对上述三方面性能要求的侧重点也有所不同.例如随动系统对快速性和稳态精度的要求较高,而恒值系统一般侧重于稳定性能和抗扰动的能力.在同一个系统中,上述三方面的性能要求通常是相互制约的.例如为了提高系统的动态响应的快速性和稳态精度,就需要增大系统的放大能力,而放大能力的增强,必然促使系统动态性能变差,甚至会使系统变为不稳定.反之,若强调系统动态过程平稳性的要求,系统的放大倍数就应较小,从而导致系统稳态精度的降低和动态过程的缓慢.由此可见,系统动态响应的快速性、高精度与动态稳定性之间是一对矛盾. 2、机电控制系统的基本结构？画图说明 答：机电控制系统是机电控制技术的具体表现形式，通过控制器并合理选择或设计放大元件、执行元件、检测元件与转换元件、导向与支承元件和传动机构等．使机电装备达到所要求的性能和功能。机电控制系统是 机电一体化 产品及系统中承担着控制对象输出，并按照指令规定的规律变化的功能单元，是机电一体化产品及系统的重要组成部分。机电控制系统是一种自动控制系统。 机电控制系统一般由指令元件，比较、综合与放大元件，转换与功率放大元件，执行元件，工作机构，检测与转换元件等6部分组成，如图1．4所示。为了研究问题方便，通常又把指令元件和比较、综合与放大元件合称为 控制器 (控制元件)；将转换与功率放大元件和执行元件合称为机电动力机构；机电动力机构和工作机构合称为被控对象。对于控制精度要求不高且执行元件的输出能够按其给定规律运动时，可以采用开环控制。此时检测与转换元件也可以没有；但为了显示与检测，系统中仍应装有检测与转换元件。