传感器与测控电路课程设计---自动调光台灯控制电路设计

传感器与测控电路课程设计

设计课题：自动调光台灯控制电路设计指导老师：

单位：湖南科技大学机电工程学院

作者：

班级：07级测控一班

学号：0703030128

设计时间：2010年6月

目录

一、设计题目与要求 (2)

二、基本原理简述 (2)

三、设计总体方案拟定 (8)

四、传感器的结构设计及计算 (8)

五、测控电路设计与计算 (9)

六、精度误差分析 (11)

七、抗干扰措施 (11)

八、参考文献 (12)

九、附录 (13)

一、设计题目与要求

设计课题：用光敏电阻制作一个自动调光台灯。使台灯的亮度根据周围环境照度自动调节，当周围环境照度较弱，亮度增大，反之则较小。

基本要求：

1、 工作在常温、常压、静态、环境良好；

2、 精度：0.1%FS ；

3、 分辨率：按参考文献上常用传感器类比；

4、 测量范围：按参考文献上常用传感器类比；

5、 传感器及其辅助结构设计（传感器结构简图1张）；

6、 电路设计（控制流程图1张；硬件电路及分析，系统电路图1张）。

二、基本原理简述

1、光传感器

检测光的传感器称为光传感器，通常是指将光信号转换为电信号的一种传感器。用光电传感器进行非电量的测量时，只需将非电量信号转化成为光信号即可。由于光传感器都具有结构简单、非接触性、可靠性高、反应快等优点，在军用及民用中极为广泛，因此，其种类繁多，常用的光传感器包括：光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、红外线传感器、光电耦合器件、电荷耦合器件、颜色传感器、光纤传感器、紫外线和放射线传感器等多种。

图1 光电式传感器的组成

光传感器的物理基础是光电效应。光电效应通常分为内光电效应、外光电效应和光生伏特效应。

光敏电阻主要是根据敏感材料CdS 、CdSe 的内光电效应（光电导效应：高电阻率半导体受光照吸收光子能量后，产生电阻率降低而易于导电的现象）制成的。是一种物质半导体充电器件，它具有灵敏度高、光谱响应范围宽、体积小、重量轻、机械强度高，耐冲击、耐振动、抗过载能力强和寿命长等特点。

内光电效应的物理过程是：光照射到半导体材料上，材料中处于价带的电子吸收光子能量，越过禁带跃入导带，从而形成自由电子，与此同时价带也会相应地形成自由空穴，即激发出电子—空穴对，从而使导电性能增强，光线越强，阻值越低。

如图2所示，为了使电子能从键合状态过渡到自由状态，即实现能级的跃迁，入射光的能量必须大于光电材料的禁带宽度?Eg ，亦即入射光的频率应高于由?Eg 决定的红限频率γ。

g E hc h ?≥÷=÷=?λλγ24.1

式中，h为普朗克常数,γ、λ分别为入射光的频率和波长。

图2 半导体能带图及内光电效应

图3 光敏电阻工作原理图

图4 光敏电阻结构图

光敏电阻的基本特性包括伏安特性、光照特性、光电灵敏度、光谱特性、频率特性和温度特性等。

(1)伏安特性：一定光照下，加在光敏电阻两端的电压和光电流之间的关系曲线。

光照特性：在一定外加电压下，光敏电阻的光电流I与光通量之间的关系特性曲线。

图5 光敏电阻的伏安特性 图6 光敏电阻的光照特性 (2)光电灵敏度：单位光通量入射时能输出的光电流的大小，即Φ=/d dI r 。光照不同，灵敏度也发生变化。光照增大，灵敏度下降。最大灵敏度是在光敏电阻上加以最大电压时，光电流Im 与光通量之比值。相对灵敏度是指在单位外加电压下，入射单位光通量时对应的光电流输出，即K=r/V=I/(ΦV)

(3)光谱特性:光敏电阻对于不同波长的光，其灵敏度不同。

图7 光敏电阻的光谱特性

(4)频率特性：光敏电阻具有延时特性，当光敏电阻受到脉冲光照射时，光电流要经过一段时间才能达到稳定值，而在停止光照后，光电流也不会马上为零。不同材料的延时特性不同，它们的频率特性也不同。图1.8为相对灵敏度与光强变化频率之间的关系曲线。

图8 光敏电阻的频率特性

(5)光谱温度特性：随着温度变化，光敏电阻的暗电阻和亮电阻都会发生变化，光

敏电阻受温度影响大，光谱特性也受到影响。

2、滤波和信号转换电路

测量系统从传感器拾取的信号中，往往包含噪声和许多与被测量无关的信号，并且原始的测量信号经传输、放大、变换、运算及各种其他处理过程，也会混入各种不同形式的噪声，从而影响测量精度。滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处理系统，当信号与噪声分布在同频带中时，可以从频率域实现信号分离。在实际测量系统中，噪声与信号的频带往往有一定的重叠，如果重叠不很严重，仍可利用滤波器有效地抑制噪声功率，提高测量精度。

图9 0~10mA/0~5V转换电路

3、脉宽调制（PWM）控制电路原理简述

脉宽调制控制电路的基本构成和工作原理等叙述如下。

(1)PWM的基本电路

基本的脉宽调制控制电路由电压一脉宽转换器和开关功率放大器组成．其组成原理如图10所示。电压一脉宽转换器的核心是运算放大器(比较器)。运算放大船A输入信号有调制信号Ur(其频率为主电路所需的开关调制频率)、负偏置电压Up、控制电压Uc。由于运算放大器A为开环，因此，该比较器的输出仅取决于输入方向的两个极限值(取决于Uc一(Ut+Up)的正负)，此输出经开关功率放大器输出到触发脉冲列逆变器。

图11所示，调制电压“Ut为锯齿波，当控制电压Uc>Ut-Up时，运算放大器的输出为低电平(-Uom)如图(b)所示；反之，当Uc

图10 脉宽调制控制电路组成原理图 图11 脉冲调制波形图 若锯齿波的线性良好，则输出正向脉冲的占空比为

/Ucm)U -(121/T c ?=τ 式中，τ为正向脉冲宽度；T 为一个开关周期，Ucm 为控制

信号c U 的最大值。

开关功率放大器一般采用射极输出，对脉冲列进行功率放大。通过PWM 控制改变开关 管(或品闸管)在一个开关周期内导通时间的氏短，实现对负载两端平均电压大小的控制。负 载两端平均电压UL 的占空比的关系为：

T E U C L /τ?= 式中，Ec 为控制制直流电压。 脉冲宽度调制器是一个电压一脉宽转换器。对它的基本要求是死区要小，调宽脉冲的前后沿要陡．以减小时脉冲列逆变器触发的死区。否则，死区大会影响Dc —Ac 转换的精度及其输出波形。这就要求脉冲宽度调制器的比较器有足够高的灵敏度和分辨率。为此，设计时要综合考虑比较器灵敏度、分辨率与综合考虑系统的控制模式、控制系统的具体要求和与功率。

(2)数字式脉宽调制电路

脉宽调制器PWM 信号的产生是通过控制电压与调制电压比较实现的。调制电压的频率 决定PWM 信号的频率，而PWM 信号对负载两端的电压控制，由控制电压对脉宽的按制实现。

在控制电压与调制电压曲线的相交处，使PWM 信号状态翻转。

数字式脉宽调制器可随控制信号的变化而改变脉冲序列的占空比τ/T. 在数字式脉宽调制器中，控制信号是数字，其值确定脉冲的宽度。当维持调制脉冲序列的周期不变，通过改变脉冲的宽度，就能达到改变占空比τ/T 的目的。

用微处理机来实现数字脉宽调制极其容易，通常的方法有两种：一种是用软件方式来实现，即通过执行软件延时循环程序交替改变端口某个二进制输出逻辑状态来产生脉宽调制信号，设置不同的延时时间得到不同的占空比。这种方法的优点是简单、灵活、省硬件，缺点是需要占用CPU 许多处理时间，对微处理机的速度要求很高，于控制不利；另一种是用硬件电路自动产生PWM 信号，不占用CPU 处理的时间。

图12及图13是利用PC 机接口控制实现脉宽调制的PWM 电路及其原理工作图。它由8位二进制计数器CD4520、8位数值比较器2*CD4585和并行接口芯片8255A 构成。在时钟CLK 作用下，计数器的8位输出（引脚3-6，11-14）从“0”开始逐次加“1”，当8位输出全为“1”（对应十进制数255）时，再来CLK 脉冲又将从“0”开始。显然，计算器输出数字斜波信号，其周期为CLK 的256倍，这种周期性数字斜波信号所起的作用与模拟PWM 方式中的锯齿波作用相同。计算器输出的周期性数字斜波信号称为B 组数字量。

8位二进制数值比较器由两片4位数值比较器CD4585构成。数值比较器A 组数据来自8255A 端口A （PA0-PA7），故A 组数据是微机输出的数字控制信号，它相当于模拟PWM 方式

的控制电压。只要计算器的输出值小于8255A端口A输出的数值，则第二级CD4585的“A>B”输出端保持高电平。当比较器的两个输入值相等时，“A>B”端变零，并且直到计数器溢出之前保持为低电平。溢出后，“A>B”端恢复为高电平，并重复执行该过程。

输出波形的周期T=256Tc，而脉冲宽度 =D*Tc。其中D为控制的数值，Tc为时钟周期。如果要求PWM频率为1kHZ，则CLK的频率应为256kHZ。图中8255A的PC7位用于控制计数器的工作；D0-D7为8位数据输入端，全部为双向三态；/CS为片选端，低电平有效；A0；A1为通道0、1的选择信号端；/RD为读信号输入端，低电平有效；/WR为写信号端，输入，低电平有效；RESET为复位信号输入端，高电平有效。

图12 计数比较式脉宽调制PWM电路

图13 计数式PWM电路原理图

4、整流滤波电路

单相桥式整流电容滤波电路

(1)二极管的导电角θ<π,流过二极管的电流为不连续的且幅度很大的电流脉冲，它比输出电流L I 大许多倍。实际中近似估算为2I =（1.5~2）L I 。

(2)负载平均电压L V 升高，纹波减小。并且C R L 越大，电容放电越慢，负载电压中的纹波成分越小，负载平均电压越高。

为了得到平滑的负载电压，实际中一般取d τ= C R L ≥（3~5）T/2 式中，T 为电源交流电压的周期。

(3)滤波电容估算 L R T C 2/)5~3(≥

图14 桥式整流滤波电路

三、设计总体方案拟订

根据设计题目及要求，拟订方案如下：

根据光敏电阻的伏安特性，当光照强度改变时，光敏电阻的光电流随之改变，将光敏电阻的电流变化转换为电压的变化，再对由光信号产生的电压信号进行模数转换，经过单片机的设定程序，根据已定的外界光照强度（即电压变化）与台灯光亮度调节的函数关系，输出信号，实现对脉宽的调制，通过光电耦合器件与主电路耦合，从而控制输出的平均电压，改变台灯光亮度，使其达到预定的光照效果。

图15 控制原理框图

四、传感器的结构设计及计算

选择光敏电阻： 型号规格 外径尺寸 封装方式 额定功率 亮阻 （K Ω） 暗阻 （M Ω） 使用环境温度 （℃） 时间常数（mS ） 最高工作电压 MG45-12 Φ5

10mW ≤2 ≥2 -40～+70℃ ≤20 50V MG45-13

Φ5

10mW

≤5

≥5

-40～+70℃

≤20

50V

光信号

光敏电阻

台灯

PWM

I/V 转换

单片机

A/D 转换

传感器与测控电路课程设计

MG45-14 Φ5 塑料封装 10mW ≤10 ≥10 -40～+70℃ ≤20 50V MG45-32 Φ9 50mW ≤2 ≥2 -40～+70℃ ≤20 150V MG45-33 Φ9 50mW

≤5 ≥5 -40～+70℃ ≤20 150V MG45-34 Φ9 50mW

≤10

≥10 -40～+70℃ ≤20 150V MG45-52 Φ16 200mW ≤2 ≥2 -40～+70℃ ≤20 250V MG45-53 Φ16 200mW ≤5 ≥5 -40～+70℃ ≤20 250V MG45-54

Φ16

200mW ≤10

≥10

-40～+70℃

≤20

250V

根据光敏电阻的各项参数及转换电路指标，选择光敏电阻MG45-33。并设计I/V 转换电路如下： MG45-33

Φ9 塑料封装 50mW ≤5

≥5

-40～+70℃

≤20

150V

输入电流Ig 首先经输入电阻R1变为输入电压Ui=IgR ，加到运算放大器的同相输入端，经过同相比例放大后得输出电压：

Uo=IgR1(1+R2/R3)

R1值根据电流的输出器件满足I/V 转换的低输入输出阻抗的要求而确定，一般为几百

欧姆数量级。当R1确定后，可根据Ig 与Uo 的范围决定R2，R3 ，为避免运算放大器偏置电流造成误差，要求两输入端对地的电阻值相等，即：R4=R2R3/（R2+R3）。

根据光敏电阻的光照特性，转换电路如图16将0-10mA 的输入电流转换为0-5V 的输出支流电压，

取R1=250Ω，

根据以上公式得，R2=R3=5.1K Ω，R4=2.6K Ω

B

C

D

A

R4

R1

R3

R2

C1

Rg

VC C

图16 I/V 转换电路

五、测控电路设计及计算

1、模数转换

使用ADC0809将I/V 转换输出的电压经过模数转换，将变化的电压转化为数字信号，输

入单片机进行运算处理。

2、单片机控制

将经过模数转换的输出电压出入单片机，利用软件编程使输出参考信号与输入相对应，将单片机输出值与脉冲记数相比较输出，从而实现PWM调制。

3、看门狗电路：

光敏电阻装置的实际工作环境比实验室的环境要恶劣得多，常常会有很多干扰因素使程序跑飞，从而整个系统便不能正常运行。为了避免这种状况的出现，需要给系统增加电源监控电路，使CPU在电源电压低于某一值时停止工作，处于复位状态，待电压恢复正常后，CPU 再脱离复位状态，进入正常工作状态。在系统上电时，还需给CPU提供可靠的复位信号，这些功能都需要由看门狗电路来完成。

看门狗分为软件看门狗和硬件看门狗两种。软件看门狗需要在正常程序中安放冗余指令，在正常程序执行不到的空余程序存储空间安放软件陷阱。但是，当程序跑飞到一个临时构成的死循环中时，冗余指令和软件陷阱均会无能为力，此时可由硬件看门狗解决。硬件看门狗电路简称为WDT电路，由它内部的定时器来监定，当超过所规定的时间之后，便由其复位端输出一个复位信号，从而使系统重新恢复正常工作。在使用硬件看门狗时，需要在软件中进行喂狗，保证硬件看门狗的正常监控。

本装置采用MAX813芯片来构成看门狗电路。MAX813的主要功能如下:1、系统上电、掉电以及供电电压降低时，第7管脚产生复位输出，高电平有效;2、看门狗电路输出，如果在1. 6秒时间内没有触发该电路(即第六脚无脉冲输入)，则第8脚输出一个低电平;3、手动复位入，低电平有效。即第1脚输入一个低电平，则第七脚产生复位输出。电路如下图所示。

实际应用时，将MAX813的第7脚接至AT89C52的复位脚RST，上电复位电路产生的RESET 信号同看门狗的输出端WDO相与，然后送至MAX813的不仄端。MR端是操作复位端，当MR

图17 看门狗MAX813电路连接图

端上输入大于140ms宽度的复位脉冲时，会清时钟，同时RST端会产生一个高脉冲，这个脉冲会在MR端上恢复高电平后继续延迟200ms，然后恢复回低电平，同时时钟开始计数。所以当在1. 6秒内没有喂狗时，WDO会产生一个低电平，从而使得在MR端上产生一个低脉冲，使得MAX813复位，RST端也产生一个复位脉冲给AT89C51，使得整个系统复位。同样的，当上电时，在RESET端会有一个上电复位脉冲，一样会使MR端产生低脉冲，结果一样。第6脚与CPU的P1. 4相连。在软件设计中，P1. 4不断输出脉冲信号。

整个看门狗的时序图如下图所示:

图18 看门狗时序图

六、精度误差分析

1、温度影响

光敏电阻的大部分参数都随温度变化，从而使传感器的灵敏度发生变化。各种光敏电阻的温度系数不同，而且光敏元件及壳体的几何尺寸在外界环境和光照状态下的热膨胀和热应力也会引起温度误差，因此，要正确选择材料和确定传感器的使用温度范围，适当的工作温度范围，才能保证温度误差的要求。

2、老化误差

各种材料的特性随时间缓慢变化，也导致误差。

3、系统时钟误差

一般单片机的设计，最难保证的是时间的一致性，微小的时序误差也会给系统带来很大的误差，或错误的判断和运行。

七、抗干扰措施

抗干扰技术是设计过程中的重要环节，合理地使用抗干扰技术，可使系统最大限度的避免干扰的产生和受干扰后能使系统恢复正常运行，保证系统长期稳定可靠地工作。

1、系统供电线路是干扰的主要来源，防止从电源系统引入干扰，可采取交流稳压器

保证供电的稳定性，防止电源的过压和欠压。使用隔离变压器滤掉高频噪声，低通滤波器滤掉工频干扰。采用开关电源并提供足够的功率余量，装置中两个模块的主机部分使用单独的稳压电路。

2、看门狗即程序监视跟踪定时器在单片机抗干扰设计中使用非常广泛，本装置采用MAX813芯片来构成看门狗电路。为单片机提供上、掉电条件下的复位信号、看门狗监视及电源失效监视。

3、由于环境温度及入射光波长等对光敏电阻影响很大，所以应该给光敏电阻提供稳定的温度及光照条件。

4、由于光敏电阻的暗阻很大，亮阻相对很小，而放大器处于开路装，任何微小的干扰都可能产生较大的影响。为此传感器与放大器之间必须采用屏蔽电缆，以便屏蔽外部干扰，而且使用中需将屏蔽线固定，以防止电缆在突然弯曲或受到振动时，屏蔽网与绝缘之间产生摩擦静电。各芯片也因技术指标不一，而存在噪声和内部干扰。

八、参考文献

1、唐文彦主编．传感器．北京：机械工业出版社，2007

2、张国雄金篆芷主编．测控电路．北京：机械工业出版社，2006

3、刘迎春主编．传感器原理的设计与应用．北京：国防科技大学出版社，1989

4、李科杰主编．新编传感器技术手册．北京：国防工业出版社，2002

5、王宝光主编．测控仪器设计．北京：机械工业出版社，2004

6、余成波主编．传感器与自动检测技术．北京：高等教育出版社，2005

7、李朝青主编．单片机原理及接口技术．北京：北京航空航天出版社，2005

8、雷丽文，朱晓华，蔡征宇，缪均达编．微机原理与接口技术．西安：电子工业出版社，2005

自动控制课程设计报告书

1 设计目的 (2) 2 设计容与条件 (2) 2.1 设计容 (2) 2.2 设计条件 (2) 3 滞后校正特性及设计一般步骤 (2) 3.1 滞后特性校正 (2) 3.2滞后校正设计一般步骤 (3) 4 校正系统分析 (3) 4.1校正参数确定 (3) 4.2校正前后系统特征根及图像 (6) 4.3 函数动态性能指标及其图像 (10) 4.4系统校正前后根轨迹及其图像 (11) 4.5 Nyquist图 (12) 4.6 Bode图 (15) 5 设计心得体会 (17) 6 设计主要参考文献 (18)

串联滞后校正装置设计 1、设计目的： 1) 了解控制系统设计的一般方法、步骤。 2) 掌握对系统进行稳定性分析、稳态误差分析以及动态特性分析的方法。 3) 掌握利用MATLAB 对控制理论容进行分析和研究的技能。 4) 提高分析问题解决问题的能力。 2、设计容与条件： 2.1设计容： 1) 阅读有关资料。 2) 对系统进行稳定性分析、稳态误差分析以及动态特性分析。 3) 绘制根轨迹图、Bode 图、Nyquist 图。 4) 设计校正系统，满足工作要求。 2.2设计条件： 已知单位负反馈系统的开环传递函数0 K G(S)S(0.0625S 1)(0.2S 1) = ++， 试用频率法设计 串联滞后校正装置，使系统的相位裕度050γ=，静态速度误差系数1 v K 40s -=，增 益欲度>17dB 。 3、滞后校正特性及设计一般步骤： 3.1滞后特性校正： 滞后校正就是在前向通道中串联传递函数为)(s G c 的校正装置来校正控制系统，)(s G c 的表达式如下所示。 1,11)(<++= a Ts aTs s G c 其中，参数a 、T 可调。滞后校正的高频段是负增益，因此，滞后校正对系统中高频噪声有削弱作用，增强了抗干扰能力。可以利用滞后校正的这一低通滤波所造成的高频衰减特性，降低系统的截止频率，提高系统的相位裕度，以改善系统的暂态性能。 滞后校正的基本原理是利用滞后网络的高频幅值衰减特性使系统截止频率下降，从而使系统获得足够的相位裕度。或者，是利用滞后网络的低通滤波特性，

测控电路电子秤课设报告

《测控电路课程设计》报告题目人体电子秤设计 院系仪器科学与光电工程 专业测控技术与仪器 班级测控1102 学号 2011010652 学生姓名丁向友 指导老师刘国忠 实验时间 2014.06-2014.07 实验成绩

目录 一、课程设计目的及意义 (3) 二、系统设计的主要任务 (3) 三、总体方案设计 (3) 四、电路设计及调试 (4) 4.1称重传感器电路 (4) 4.2信号调理电路 (5) 4.2.1放大电路 (5) 4.2.2调零电路 (7) 4.3比较电路 (7) 4.4或非电路 (9) 4.5显示模块 (10) 4.6报警系统 (10) 五、电路调节 (10) 六、实验数据分析与处理 (11) 6.1准确性 (11) 6.2稳定性 (12) 6.3关键点电压 (13) 七、总结 (14) 八、参考文献 (14)

一、课程设计目的及意义 测控电路课程设计是测控电路课程体系的一个重要组成环节，独立实践教学环节是对《测控电路》理论部分的必要补充。 课程设计内容为典型测控系统电路设计，通过课程设计，使学生完成测控系统任务分析、电路总体设计、单元电路设计以及电路调试等各个环节。掌握有关传感器接口电路、信号处理电路、放大电路、滤波电路、运算电路、显示电路以及执行部件驱动电路等内容在测控系统中的使用方法。了解有关电子器件和集成电路的工作原理。 在课程设计中，做到理论联系实际，加深对理论知识的进一步理解，提高分析问题和解决问题的能力。本课程设计以AD620、LM741、LM339为核心，进行智能人体电子秤的设计,并详述该系统硬件的设计方法。该系统集称重、显示、报警于一体,功能齐全,实用性强，充分利用了电路分析、模拟电路、测控电路、信号分析与处理、传感器等课堂上学到的知识，有机的将所学到的知识融合在一起，投入到实际运用中，便于对知识的综合掌握及运用。 二、系统设计的主要任务 任务：设计一个人体电子秤测量系统。 要求： 1）基本要求 最大称重：150KG 用3位半数字显示表头显示体重，输入电压范围0-2V, 当体重大于W1时，点亮LED1，发出声音提示； 当体重小于W2时，点亮LED2，发出声音提示。 2）提高部分 提高线性度 可以设置W1和W2; 语音提示； 自由发挥 三、总体方案设计 本系统主要由称重传感器模块、滤波放大电路模块、调零模块、报警电路模块、LCD显示模块等部分组成。人体的体重信息由称重传感器转换成电信号,并通过测量电路进行滤波放大,通过显示电路进行显示,如体重超出设定范围系统还会报警。

自动控制原理课程设计报告

《自动控制原理》 课程设计报告 姓名：高陆及__________ 学号： 1345533107______ 班级： 13电气 1班______ 专业：电气工程及其自动化学院：电气与信息工程学院

江苏科技大学（张家港） 2015年9月

目录 一、设计目的 (3) 二、设计任务 (3) 三、具体要求 (4) 四、设计原理概述 (4) 4.1校正方式的选择 (4) 4.2集中串联校正简述 (5) 4.2.1串联超前校正 (5) 4.2.2串联滞后校正 (5) 4.2.3串联滞后-超前校正 (5) 4.2.4串联校正装置的一般性设计步骤 (5) 五、设计方案及分析 (6) 5.1高阶系统的频域分析 (6) 5.1.1 原系统的频率响应特性及阶跃响应 (7) 5.1.2使用Simulink观察系统性能 (9) 5.1.3 搭建模拟实际电路 (10) 5.1.4 对原系统的性能分析 (12) 5.2校正方案确定与校正结果分析 (13) 5.2.1 采用串联超前网络进行系统校正 (13) 5.2.3 采用串联滞后—超前网络系统进行校正 (18) 5.2.4 使用EWB搭建校正后模拟实际电路 (23) 六、总结 (26)

一、设计目的 1.通过课程设计熟悉频域法分析系统的方法原理 2.通过课程设计掌握滞后—超前校正作用与原理 3.通过在实际电路中校正设计的运用，理解系统校正在实际中的意义 二、设计任务 控制系统为单位负反馈系统，开环传递函数为) 1025.0)(11.0()(++= s s s K s G ， 设计滞后-超前串联校正装置，使系统满足下列性能指标： 1、开环增益100K ≥

自动控制原理课程设计速度伺服控制系统设计样本

自动控制原理课程设计题目速度伺服控制系统设计 专业电气工程及其自动化 姓名 班级 学号 指引教师 机电工程学院 12月

目录一课程设计设计目 二设计任务 三设计思想 四设计过程 五应用simulink进行动态仿真六设计总结 七参照文献

一、课程设计目： 通过课程设计，在掌握自动控制理论基本原理、普通电学系统自动控制办法基本上，用MATLAB实现系统仿真与调试。 二、设计任务： 速度伺服控制系统设计。 控制系统如图所示，规定运用根轨迹法拟定测速反馈系数' k，以 t 使系统阻尼比等于0.5，并估算校正后系统性能指标。 三、设计思想： 反馈校正： 在控制工程实践中，为改进控制系统性能，除可选用串联校正方式外，经常采用反馈校正方式。常用有被控量速度，加速度反馈，执行机构输出及其速度反馈，以及复杂系统中间变量反馈等。反馈校正采用局部反馈包围系统前向通道中一某些环节以实现校正，。从控制观点来看，采用反馈校正不但可以得到与串联校正同样校正效果，并且尚有许多串联校正不具备突出长处：第一，反馈校正能有效地变化

被包围环节动态构造和参数；第二，在一定条件下，反馈校正装置特性可以完全取代被包围环节特性，反馈校正系数方框图从而可大大削弱这某些环节由于特性参数变化及各种干扰带给系统不利影响。 该设计应用是微分负反馈校正： 如下图所示，微分负反馈校正包围振荡环节。其闭环传递函数为 B G s （）=00t G s 1G (s)K s +（）=22t 1T s T K s ζ+（2+）+1 =22'1T s 21Ts ζ++ 试中，'ζ=ζ+t K 2T ，表白微分负反馈不变化被包围环节性质，但由于阻尼比增大，使得系统动态响应超调量减小，振荡次数减小，改进了系统平稳性。 微分负反馈校正系统方框图

测控电路课程设计

测控电路课程设计 目录 目录 (1) 设计任务与要求 (3) 1 .设计内容： (3) 本小组选择的题目 (3) 红外报警系统的设计与实现 (3) 一、课设背景： (3) 二、系统设计方案 (4) 1、结构框图： (4) 2、系统原理与原理图： (4) 3、系统的功能 (4) 三、传感器选择： (5) 热释电红外传感器RE200B (5) 选择的原因： (5) 工作原理： (5) 参数 (6) 四、单元电路设计 (6) 红外线采集接收电路 (6) 红外线采集接收电路电路图 (6) 信号的放大处理电路 (7) 信号的放大处理电路电路图 (7) 信号的比较电路 (7) 信号的比较电路电路图 (7) 信号的取反电路 (8)

信号的取反电路电路图 (8) 蜂鸣器报警电路 (8) 五、元器件选择 (8) LM741 (8) LM339 (9) HD74LS00P与非门芯片 (10) 六、电路接线图 (11) 七、调试过程： (12) 八、结果（数据、图表等） (12) 光照度测量 (14) 一、课设背景 (14) 二、系统设计方案 (14) 1、结构框图 (14) 2、系统的功能 (15) 3、系统原理与原理图 (15) 三、单元电路设计 (15) 1.Led发光和光电转换电路 (15) 2.I/V转换放大输出电路以及数字表头显示电路 (16) 3.比较电路及其发光报警电路 (16) 电路接线图 (16) 调试过程： (17) 结果（数据、图表等） (17)

设计任务与要求 1.设计内容： 室内环境参数测量及安防报警电路设计 温度、湿度、照度测量与显示、报警电路设计； 破门入室、破窗入室、室内防盗、火灾,燃气泄露等报警电路设计。 2.基本要求： 用电路实现，不用软件； 用数字表头实现测量值的显示； 能够设置环境参数测量值报警上下限，并实现声、光报警； 从1和2中各选一项完成； 3.提高部分： 完成1和2中功能或其它自选功能。 本小组选择的题目 室内环境参数测量及安防报警电路设计： 我们选择的是分别是光照度测量和红外报警系统的设计与实现。 红外报警系统的设计与实现 一、课设背景： 由于改革开放的深入发展，电子电器的飞速发展.人民的生活水平有了很大提高。各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有。然而一些不法分子也是越来越多。这点就是看到了大部分人防盗意识还不够强.造成偷盗现象屡见不鲜。因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。 报警器这时正为人们解决了不少问题.但是市场上的报警器大部分都是用于一些大公司财政机构。价格高昂,一般人们难以接受。如果再设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。由于红外线是不见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用，此外，在电子防盗、人体探测等领域中, 被动式热释电红外探测器也以其价格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。 红外报警器大多数采用国外的先进技术,其功能也非常先进。其中包括被动

自动控制原理课程设计题目(1)

自动控制原理课程设计题目及要求 一、单位负反馈随动系统的开环传递函数为 ) 101.0)(11.0()(++= s s s K s G k 1、画出未校正系统的Bode 图，分析系统是否稳定 2、画出未校正系统的根轨迹图，分析闭环系统是否稳定。 3、设计系统的串联校正装置，使系统达到下列指标 （1）静态速度误差系数K v ≥100s -1 ； （2）相位裕量γ≥30° （3）幅频特性曲线中穿越频率ωc ≥45rad/s 。 4、给出校正装置的传递函数。 5、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。计算校正后系统的穿越频率ωc 、相位裕量γ、相角穿越频率ωg 和幅值裕量K g 。 6、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。 7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响（自由发挥）。 二、设单位负反馈随动系统固有部分的传递函数为 ) 2)(1()(++= s s s K s G k 1、画出未校正系统的Bode 图，分析系统是否稳定。 2、画出未校正系统的根轨迹图，分析闭环系统是否稳定。 3、设计系统的串联校正装置，使系统达到下列指标： （1）静态速度误差系数K v ≥5s -1 ； （2）相位裕量γ≥40° （3）幅值裕量K g ≥10dB 。 4、给出校正装置的传递函数。 5、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。计算校正后系统的穿越频率ωc 、相位裕量γ、相角穿越频率ωg 和幅值裕量K g 。 6、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。 7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响（自由发挥）。 三、设单位负反馈系统的开环传递函数为 ) 2(4 )(+= s s s G k 1、画出未校正系统的根轨迹图，分析系统是否稳定。 2、设计系统的串联校正装置，要求校正后的系统满足指标： 闭环系统主导极点满足ωn ＝4rad/s 和ξ＝。 3、给出校正装置的传递函数。 4、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。计算校正后系统的穿越频率ωc 、相位裕量γ、相角穿越频率ωg 和幅值裕量Kg 。 5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。

自动控制课程设计~~~

指导教师评定成绩： 审定成绩： 重庆邮电大学 移通学院 自动控制原理课程设计报告 系部： 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 指导教师： 设计时间：2013年12 月 重庆邮电大学移通学院制

目录 一、设计题目 二、设计报告正文 摘要 关键词 设计内容 三、设计总结 四、参考文献

一、设计题目 《自动控制原理》课程设计（简明）任务书——供2011级机械设计制造及其自动化专业（4-6班）本科学生用 引言：《自动控制原理》课程设计是该课程的一个重要教学环节，既有别于毕业设计，更不同于课堂教学。它主要是培养学生统筹运用自动控制原理课程中所学的理论知识，掌握反馈控制系统的基本理论和基本方法，对工程实际系统进行完整的全面分析和综合。 一设计题目：Ｉ型二阶系统的典型分析与综合设计 二系统说明： 该Ｉ型系统物理模拟结构如图所示。 系统物理模拟结构图 其中：Ｒ＝1MΩ；C =1uF；R0=41R 三系统参量：系统输入信号：x(t)； 系统输出信号：y(t)；

四设计指标： 设定：输入为x(t)=a×1（t）（其中：a=5） 要求动态期望指标：M p﹪≤20﹪；t s≤4sec； 五基本要求： a)建立系统数学模型——传递函数； b)利用根轨迹方法分析和综合系统（学号为单数同学做）； c)利用频率特性法分析和综合系统（学号为双数同学做）； d)完成系统综合前后的有源物理模拟（验证）实验； 六课程设计报告： 1.按照移通学院课程设计报告格式写课程设计报告； 2.报告内容包括：课程设计的主要内容、基本原理； 3.课程设计过程中的参数计算过程、分析过程，包括： （1）课程设计计算说明书一份； （2）原系统组成结构原理图一张（自绘）； （3）系统分析，综合用精确Bode图一张； （4）系统综合前后的模拟图各一张（附实验结果图）； 4.提供参考资料及文献 5.排版格式完整、报告语句通顺； 6.封面装帧成册。

调光台灯电路的原理与安装教案

信息化教学设计 教案 参赛专业：《电子技术应用》 课程名称：《电子技能与实训》教案名称：《调光台灯电路的原理与安装》 时间：2010.11

调光台灯电路的原理与安装 一、【教材及学生分析】 1．教材及内容：中等职业教育国家规划实训教材《电子技能与实训》第2版（石小法编写）第四章中的一个实训项目，是晶闸管的综合应用，晶闸管又名可控硅，广泛应用于工业、家用电器中，是弱电控制强电的重要器件，调光台灯电路是它的一个典型应用电路，通过学习，同学们能掌握这类电路的基本检修方法。 2、学生分析 学生在学习这部分知识之前，已经学习了半导体基础知识，可控硅结构和工作特点，以及单结晶体管的特性，通过本节的学习，把零散的基础知识有机地联系在一起，是对所学知识的一个综合应用，锻炼分析电路和排除故障的能力。 中职学生理论基础较薄弱，但他们有较强的探索、创新欲望，喜欢动手实践课程，本节课的设计就是要因材施教、用实践促进理论的学习，引导学生动手实践、自主探索、合作交流，达到预设的教学目标。 二、【教学目标】 1、知识目标 (1) 巩固可控硅、单结晶体管等主要元件的特性及测量方法； (2) 了解台灯调光电路的工作原理； (3)了解电路板制作的初步知识。 2、技能目标 (1) 能正确识别各种元件； (2) 能根据电路图，在仿真软件上实现正确的电路连接与调试； (3) 能根据故障现象加以排除。 (4)会分析简单电路的原理。 3、情感、态度与价值观 (1) 培养学生的学习兴趣； (2) 养成严谨规范的操作习惯； (3) 培养学生的参与意识，树立学习的信心。 三、【教学重点与难点】 重点：电路安装与调试 难点：故障排除 四、【教学器材及环境】 1.多媒体教室（配备投影、屏幕、安装有电子教室广播软件系统、FLASH动画

测控电路课程设计报告

课程设计 课程名称：测控电路 题目名称：PT100温度变送器设计学生学院：物信学院 专业班级：测控技术与仪器 班号：B13072021 学生组员：YU 指导老师：范志顺 2015-12-2

课程设计报告 一、实验要求：1.说明温度变送器的参数范围0~400度，经电压放大后为0.5-2.5V，经V/I转换成4~20mA输出的电流源。 二、实验原理： 1.同相放大及差分放大部分 2.电流源电路：

V/I 转换电路 对同相放大器有： 对差分放大器有： 三、实验准备： 参考文献：

PT100温度变送器：P t100温度变送器用于Pt100铂电阻信号需要 远距离传送、现场有较强干扰源存在或信号需要接入DCS系统时使用。SWP-TR-08铂电阻温度变送器采用独特的双层电路板结构，下层是信号调理电路，上层电路可定义传感器类 型和测量范围。 产品特点：1、线性化输出两线制4-20mA标准电流信号，模块化结构 2、热电阻温度变送器为引进英国温度计变送器散件组装，保持电路、制造工艺、结构和性能与原装温度变送器不变。 3、变送器有电源极性反接保护电路，当输出接线接反时对线路起保护作用(此时回路电流为零);传感器的不正确接线无论是高限或低限都将导致变送器输出饱和;产品具有 RFI/EMI保护，有利于提高了测量的稳定性。 4、SWP-TR全部采用进口电子元件，性能可靠，低温度漂移。 5、SWP-TR温度变送器量程用户不能自由修改，由生产商出厂时确认生产。 6、热电阻温度变送器电磁兼容性符合欧洲电工委员会(EC)的BS EN 50081-1和BS EN 50082-1标准。 7、热电阻变送器的接线通过壳体顶部的螺丝端子完成。为符合CE认证，信号输入接线长度不能超过3米，输出接线必须是屏蔽电缆，屏蔽线只能在一端接地。 8、变送器的中心孔用于热电阻信号接线，热电阻信号线通过螺丝直接拧在变送器的输入端子上。设计的螺丝端子接受内部或外部接线方式 技术指标：1、输入信号:Pt100铂电阻信号输入

自动控制原理课程设计实验

上海电力学院 自动控制原理实践报告 课名：自动控制原理应用实践 题目：水翼船渡轮的纵倾角控制 船舶航向的自动操舵控制 班级： 姓名： 学号：

水翼船渡轮的纵倾角控制 一．系统背景简介 水翼船(Hydrofoil)是一种高速船。船身底部有支架，装上水翼。当船的速度逐渐增加，水翼提供的浮力会把船身抬离水面(称为水翼飞航或水翼航行，Foilborne)，从而大为减少水的阻力和增加航行速度。 水翼船的高速航行能力主要依靠一个自动稳定控制系统。通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。因此，设计上要求系统使浮力稳定不变，相当于使纵倾角最小。 航向自动操舵仪工作时存在包括舵机（舵角）、船舶本身（航向角）在内的两个反馈回路：舵角反馈和航向反馈。 当尾舵的角坐标偏转错误!未找到引用源。，会引起船只在参考方向上发生某一固定的偏转错误!未找到引用源。。传递函数中带有一个负号，这是因为尾舵的顺时针的转动会引起船只的逆时针转动。有此动力方程可以看出，船只的转动速率会逐渐趋向一个常数，因此如果船只以直线运动，而尾舵偏转一恒定值，那么船只就会以螺旋形的进入一圆形运动轨迹。 二．实际控制过程 某水翼船渡轮，自重670t，航速45节（海里/小时），可载900名乘客，可混装轿车、大客车和货卡，载重可达自重量。该渡轮可在浪高达8英尺的海中以航速40节航行的能力，全靠一个自动稳定控制系统。通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。因此，设计上要求该系统使浮力稳定不变，相当于使纵倾角最小。

上图：水翼船渡轮的纵倾角控制系统 已知，水翼船渡轮的纵倾角控制过程模型，执行器模型为F（s）=1/s。 三．控制设计要求 试设计一个控制器Gc（s），使水翼船渡轮的纵倾角控制系统在海浪扰动D （s）存在下也能达到优良的性能指标。假设海浪扰动D（s）的主频率为w=6rad/s。 本题要求了“优良的性能指标”，没有具体的量化指标，通过网络资料的查阅：响应超调量小于10%，调整时间小于4s。 四．分析系统时域 1.原系统稳定性分析 num=[50]; den=[1 80 2500 50]; g1=tf(num,den); [z,p,k]=zpkdata(g1,'v'); p1=pole(g1); pzmap(g1) 分析：上图闭环极点分布图，有一极点位于原点，另两极点位于虚轴左边，故处于临界稳定状态。但还是一种不稳定的情况，所以系统无稳态误差。 2.Simulink搭建未加控制器的原系统（不考虑扰动）。

基于PWM调光的多功能LED台灯设计方案

基于PWM调光的多功能LED台灯设计方案2012-04-26 站长统计 中心议题: 基于PWM调光的多功能LED台灯设计方案 解决方案 探究系统硬件电路设计方法 设计基于PWM 调光的多功能LED 台灯 引言 随着全球能源危机和气候变暖问题的日益严重，绿色节能已经成为全球普遍关注的话题，人们正通过各种途径寻找新的节能方式。照明是人类消耗能源的重要方面，在电能消耗中，发达国家照明用电占发电总量的比例是19%,我国也达到12%.随着经济发展，我国的照明用电将有大比例的提高，因此绿色节能照明的研究越来越受到重视。LED 作为一种固态冷光源，是继白炽灯、荧光灯、高强度放电灯(如高压钠灯和金卤灯)之后的第四代新光源。基于白光LED 的固态照明，是一种典型的绿色照明方式，与传统光源相比，具有节能、环保、寿命长、体积小、安全可靠等特点，代表着照明技术的未来，并符合当前政府提出的"建设资源节约型和环境友好型社会"的要求。可以预见不久的将来，LED 必然会进入普通照明领域取代现有的照明光源。 目前，市场上采用白炽灯、卤素灯、荧光灯为光源的台灯普遍存在着低效率、高能耗、不易调光等缺点;至于寿命结束的含汞灯，一旦处理不当，将对环境造成严重危害;而且部分台灯产品功能单一，缺少亮度调节、时钟日历、温度显示等功能，无法适应现代家庭生活的实际需求。为解决当前问题，本文设计了以AT89S51

单片机为核心的多功能白光LED 台灯系统，采用PT4115 大功率LED 恒流驱动方案，可实现对LED 台灯的PWM 调光控制;同时兼有时钟日历、声光闹钟、温度检测、液晶显示等多项功能。在实现高效节能的同时，为家庭使用提供了极大的便捷。 1 系统硬件电路设计 该多功能 LED 台灯系统采用20 只5mm 高亮白光LED 灯珠为光源，以 AT89S51 单片机为主控芯片，由LED 恒流驱动系统、时钟系统、测温系统、液晶显示系统、蜂鸣系统、按键系统组成。系统结构框图如图1 所示。 该系统可具体实现LED 台灯的10 级PWM 调光控制;液晶屏实时显示时钟、日历与环境温度信息;闹钟功能采用声光报警方式，即一旦到达闹钟时间，LED 台灯自动点亮，并发出蜂鸣声报警，以唤醒用户;用户可通过按键系统实现对时钟日历与闹钟参数的设置、LED 亮度的调节以及闹钟报警的解除。 图1 系统结构框图 1.1 单片机主控系统 本设计主控系统采用ATMEL 公司的高性能AT89S51 芯片实现，其P0 口外接10K 的上拉电阻，P0.0~P0.7 同时作为DS12C887 的数据接口与液晶1602 的数据接口。P2.0~P2.3分别连接DS12C887 芯片的片选端CS、地址选通输入端AS、数据选择端DS 与读/写输入端R/W,P3.2 连接其闹钟中断请求输出端IRQ.P2.5~P2.7 分别连接液晶1602 的使能端EN、数据/命令选择端RS、读/写选择端RW.P2.4 作为蜂鸣器控制端。P3.0 作为DS18B20 的信号输入端。P3.1、P3.4、P3.5、P3.6

测控电路课程设计

测控电路课程设计说明书 设计题目： 开关型振幅调制与解调电路的设计与调试 学院：电信学院 班级：测控122班 姓名：张小旭 学号：201206040235

目录 一：实验任务、要求及内容 (3) 二：实验过程及原理 (3) 三：分析误差原因 (11) 四：分析电路中产生的故障 (13) 五：实验总结 (13)

一：实验任务、要求及内容 1任务：利用场效应管的开关特性，实现低频信号的幅值调制与解调，以抑制噪声干扰，提高信噪比。 2要求：参考指定的资料，设计出相应的各部分电路，组装与调试该电路，试验其抗干扰性能。 3内容：（1）.分析各部分电路工作原理，选择相应的参数。 （2）.画出完整的电路图。 （3）.分析电路实验中产生的故障。 （4）.分析误差原因。 4电路参数：调制信号：正弦波频率<500HZ 幅值<0.1v 。 载波：方波频率：5——10KHZ 幅值：5——7v 占空比：50%。 调制后信号幅值>5v。 5时间安排建议：全部时间一周。其中：设计1-2天，调试2-3天，总结1天安排1天。 二：实验过程及原理 （一）元器件的可靠性检验： 1.运放的可靠性检验：先用运放搭成跟随器，输入正弦信号，用示波器检验器是否跟随；之后用运放搭成反向放大器，输入正弦信号看输出幅值与相位； 2.稳压管的匹配：将稳压二极管串联电阻构成稳压电路，接入电源，测其性能参数，选择稳压值相近的两个稳压管。

3导线的可靠性检验：把将要用到的导线全部用万用表检测其通断； （二）原理方框图： （三）方波发生电路： 原理图如下： 方波发生电路中，积分电路的电压电流关系: 001u [()]t o c Q i t dt Q C C ==+? 其中0Q 是t=0时电容器已存储的电荷，由ic=-Ii=-ui/R,得到： 001()t o i o u u t dt U RC =-+? 常量0o U 根据初始条件确定，即t=0时，o u （0）=0o U =Q0/C. 当输入为常量时，输出为： 0()i o o u u t t U RC =-+

自动控制课程设计题目

题目一转子绕线机控制系统 设转子绕线机控制系统对应的结构图如图所示，绕线机用直流电机来缠绕铜线，能快速准确地绕线，并使线圈连贯坚固。采用自动绕线机后，操作人员只需从事插入空的转子、按下启动按钮和取下绕好线的转子等简单操作。 设计控制器满足如下条件： (s G ) c 1.系统对斜坡输入响应的稳态误差小 于10%，静态速度误差系数Kv=10； 2.系统对阶跃输入的超调量在10%左 右； 3.按△=2%要求的系统调节时间为3s左 右。 要求： 1.分析设计要求，说明控制器的设计思路； 2.详细设计；

3.用MATLAB编程输出仿真结果及图形。 题目二海底隧道钻机控制系统连接法国和英国的英吉利海峡海底隧道于1987年12月开工建设，1990年11月，从两个国家分头开钻的隧道首次对接成功。隧道长37.82km，位于海底面以下61m. 隧道于1992年完工，共耗资14亿美元，每天能通过50辆列车，从伦敦到巴黎的火车行车时间缩短为3h. 钻机在推进过程中，为了保证必要的隧道对接精度，施工中使用了一个激光导引系统，以保持钻机的直线方向。钻机控制系统如图所示。图中C（s）为钻机向前的实际角度，R（s）为预期角度，N(s)为负载对机器的影响。

该系统设计目的是选择增益K，使系统对输入角度的响应满足工程要求，并且使扰动引起的稳态误差较小。 要求： 1.分析设计要求，说明控制器的设计思路； 2.详细设计； 3.用MATLAB编程输出仿真结果及图形。 题目三哈勃太空望远镜指向控制哈勃太空望远镜于1990年4月14日发射至离地球611km的太空轨道，它的发射与应用将空间技术发展推向了一个新的高度。望远镜的2.4m镜头拥有所有镜头中最光滑的表面，其指向系统能在644km以外将视野聚集在一枚硬币上。望远镜的偏

自动控制设计(自动控制原理课程设计)

自动控制原理课程设计 本课程设计的目的着重于自动控制基本原理与设计方法的综合实际应用。主要内容包括:古典自动控制理论(PID)设计、现代控制理论状态观测器的设计、自动控制MATLAB 仿真。通过本课程设计的实践,掌握自动控制理论工程设计的基本方法与工具。 1 内容 某生产过程设备如图1所示,由液容为C1与C2的两个液箱组成,图中Q 为稳态液体流量)/(3s m ,i Q ?为液箱A 输入水流量对稳态值的微小变化)/(3s m ,1Q ?为液箱A 到液箱B 流量对稳态值的微小变化)/(3s m ,2Q ?为液箱B 输出水流量对稳态值的微小变化)/(3s m ,1h 为液箱A 的液位稳态值)(m ,1h ?为液箱A 液面高度对其稳态值的微小变化)(m ,2h 为液箱B 的液位稳态值)(m ,2h ?为液箱B 液面高度对其稳态值的微小变化)(m ,21,R R 分别为A,B 两液槽的出水管液阻))//((3s m m 。设u 为调节阀开度)(2m 。 已知液箱A 液位不可直接测量但可观,液箱B 液位可直接测量。 图1 某生产过程示意图

要求 1. 建立上述系统的数学模型; 2. 对模型特性进行分析,时域指标计算,绘出bode,乃示图,阶跃反应曲线 3. 对B 容器的液位分别设计:P,PI,PD,PID 控制器进行控制; 4. 对原系统进行极点配置,将极点配置在－1＋j 与－1－j;(极点可以不一样) 5. 设计一观测器,对液箱A 的液位进行观测(此处可以不带极点配置); 6. 如果要实现液位h2的控制,可采用什么方法,怎么更加有效？试之。 用MATLAB 对上述设计分别进行仿真。 (提示:流量Q=液位h/液阻R,液箱的液容为液箱的横断面积,液阻R=液面差变化h ?/流量变化Q ?。) 2 双容液位对象的数学模型的建立及MATLAB 仿真过程 一、对系统数学建模 如图一所示,被控参数2h ?的动态方程可由下面几个关系式导出: 液箱A:dt h d C Q Q i 111?=?-? 液箱B:dt h d C Q Q 22 21?=?-? 111/Q h R ??= 222/Q h R ??= u K Q u i ?=? 消去中间变量,可得: u K h dt h d T T dt h d T T ?=?+?++?222122221)( 式中,21,C C ——两液槽的容量系数 21,R R ——两液槽的出水端阻力 111C R T =——第一个容积的时间常数 222C R T =——第二个容积的时间常数 2R K K u =_双容对象的放大系数

晶闸管调光台灯电路设计

晶闸管调光台灯电路设计

系别：电气工程系 班级：南车时代电气IGBT订单班工艺2班姓名：徐江 学号：201001340310 指导老师：严俊 2012年4月25日 目录

第一章 绪论 1.1晶闸管的发展 1.2电子调光电路的作用 1.3电子调光电路对大学生的意义 1.4设计思路 第二章 晶闸管调光台灯电路设计 2.1调光台灯电路原理图及分析 2.2认识晶闸管和单结晶体管 第三章 晶闸管调光台灯元器件选择 3.1触发电路各元件的选择 3.2元件型号一览表 第四章 总结 第一章 绪论 1．1晶闸管的发展 晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术史前期，1904年出现了电子管，它能在真空中电子流进行控制，并应用于通信和无线电，从而开启了电子技术用于电力领域的先河。1947年美国著名的贝尔实验发明了晶体管，引发了电子技术的一场革命。 晶闸管是一种半控型器件，是晶体闸流管的简称，又称作可控硅整流器（SCR）。1957年美国通用电器公司开发出世界上第一款晶闸管产品，并于1958年将其商业化；晶闸管由于其优越的电气性能和控制性能，使其应用范围迅速扩大。电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管及晶闸管变流技术的发展而确立的，从而开辟了电力电子技术发展和广泛应用的崭新时代，其标志就是以晶闸管为代表的电力半导体器件

的广泛应用，有人称之为继晶体管发明和应用之后的又一次电子技术改革。 1.2电子调光电路的作用 随着社会的发展，人类对生活水平的要求越来越高。如今患近视病的人越来越多，这不仅仅是因为用眼过度所引起的，还与我们工作环境的光线程度有密切的关系。为了让我们能在一个舒适的光线下工作，故设计该产品，以便我们能人工改变工作环境的光线强度。这不仅仅大大降低我们换眼疾的概率，还可以节能！ 电子调光电路应用非常广泛，尤其是一般市售台灯调光电路上。基本都采用电子式的调光电路，有的高档台灯能实现无级调光，普通台灯则是有极调光，可见电子调光在一些灯具上面用途是非常广泛的。给我们的生活带来了方便。由此可见电子调光的电路的商业潜在价值也是很大的。 1.3电子调光电路对大学生的意义 作为大学生的我们。在很多制作过程之中很多东西都需要用一些特定的调压电路作为驱动装置。因此，电子调光电路对我们而言都是一个非常常见而且必须的电路，故自己便选择制作电子调光电路。而且，在我们刚接触的课程设计之中，电子调光电路的制作相对简单些，也为我们以后制作实物做个铺垫。同时，也为我们今后制作培养感情，不至于很讨厌甚至于害怕！ 1.4设计思路 市场一般是220V交流电，但是电子调光电路中选用的是低电压直流灯泡。故此电路中需要变压器和整理电路，另外需要控制灯泡的亮度，所以需要一个控制电路，从而对输出电压占空比进行调节，这里还需一个斩波电路，从而来控制灯泡亮度。 电子调光电路课程设计综合了电力电子技术中的许多理论知识，他使理论知识得到了更好的巩固，并使理论知识与实际问题相联系。其中主要用到的基础知识有升降压斩波电路和整流电路的工作原理和应用以及晶闸管的应用等。

测控电路课程设计 光照强度测量显示电路

测控电路 课程设计 课程设计名称：光照强度测量显示电路 专业班级： 学生姓名： 学号： 指导教师：刘建娟 同组人姓名： 课程设计时间：2013.12.25—2014.01.03

测控电路课程设计任务书 学生姓名专业班级学号 题目光照强度测量显示电路 课题性质工程设计课题来源参考书指导教师刘建娟 主要内容（参数） 参考期刊、文献等资料设计光照强度测量显示电路，包括以下内容：（1）选择合适的传感器和放大电路；（2）设计A/D转换电路；（3）设计单片机程序；（4）设计数码管显示电路； 根据以上内容要求来设计电路图并具体分析电路图的特性。 任务要求（进度）第1-2天：确定课程设计题目，查阅相关技术资料； 第3-6天：确定设计内容及方案，并按照确定的方案设计单元电路，对各单元电路进行功能分析； 第7-8天：进一步修正方案并画出电路图； 第9-10天：撰写课程设计报告，将各部分内容完整地呈现在报告中，并对本次课程设计进行总结。 主要参考资料[1] 张国雄. 《测控电路》. 机械工业出版社. 2011 [2] 陈磊.单片机控制数字光强检测计的设计[J].大学物理实验.2009.4. [4] 孙圣和，王廷云，徐影..光纤测量与传感技术[M].哈尔滨工业大学出版社.2007 审查意见 系（教研室）主任签字：年月日

引言 照度与人们的生活有着密切的关系。充足的光照，可防止人们免遭意外事故的发生。反之，过暗的光线可引起人体疲劳的程度远远超过眼睛的本身。因此，不适或较差的照明条件是造成事故和疲劳的主要原因之一。现有统计资料表明，在所有职业劳动的事故中约有30%是直接或间接因光线不足所造成的。对体育场（馆）的光照要求是非常严格的，光照过强或过暗都会影响比赛的效果。 那么，人们居住的室内对照度的卫生学要求是如何呢？照度是在卫生学中一项十分重要的指标。光是指能引起人眼睛光亮感觉的电磁辐射，当光线进入眼睛后可产生的知觉称为视觉。人们所见的光是指可见光，其波长范围在380～760nm （纳米）之间。 采光可分为自然采光和人工光源两大类。自然采光是指室内和地区的天然照度，有直接的日光照散射光和周围物体的反射光，常用采光系数和自然照度表示。而采光系数是指采光口的有效面积与室内地面面积之比。一般住宅的采光系数在1/5～1/15之间，居住面积比在1/8～1/10之间（窗面积/室内地面面积）。自然照度系数是用于评价自然光的照度水平。它是反映室内的和同时从室外来的光照射关系。也反映出当地光气候（自然光能源和气候的阳光照度指标的总和）。 本设计采用AT89C51单片机组成光照强度测量显示系统，可以实现对光强的测量和显示。光强传感器采用光敏三极管，对光照强度进行实时采样。设计传感器放大电路，将太阳的强弱转变为电信号，并将强度值显示出来。将光敏三极管接入电路，受光照度不同时光敏三极管的集电极电流发生相应的变化，将采集的信号接入运算放大电路，再输入到ADC转换器，将模拟信号转换成数字信号输入单片机中，通过数码显示器显示出在不同光照强度下电路电压的变化值。光敏三极管和普通三极管的结构相类似。不同之处是光敏三极管必须有一个对光敏感的PN结作为感光面，一般用集电结作为受光结，因此，光敏二极管实质上是一种相当于在基极和集电极之间接有光敏二极管的普通二极管。 设计开始先查阅资料，如元器件资料，方案选择等，可以使用单片机方案，也可以使用模拟电路方案，设计显示电路时注意按照国标显示，并有相应的手动校正电路。其中运用到了许多基本知识，如：电路理论中电阻电路的分析、模拟电子线路中运算放大器、比较器、功率放大器等知识，数字电子线路中开关特性及数字信号等知识，传感器技术中的光电传感器原理及应用、测量电路等部分知识。

自动控制原理课程设计报告

自控课程设计课程设计(论文) 设计（论文）题目单位反馈系统中传递函数的研究 学院名称Z Z Z Z学院 专业名称Z Z Z Z Z 学生姓名Z Z Z 学生学号Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z 任课教师Z Z Z Z Z 设计（论文）成绩

单位反馈系统中传递函数的研究 一、设计题目 设单位反馈系统被控对象的传递函数为 ) 2)(1()(0 0++= s s s K s G （ksm7） 1、画出未校正系统的根轨迹图，分析系统是否稳定。 2、对系统进行串联校正，要求校正后的系统满足指标： （1）在单位斜坡信号输入下，系统的速度误差系数=10。 （2）相角稳定裕度γ>45o , 幅值稳定裕度H>12。 （3）系统对阶跃响应的超调量Mp <25%,系统的调节时间Ts<15s 3、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。 4、给出校正装置的传递函数。计算校正后系统的截止频率Wc 和穿频率Wx 。 5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。 6、在SIMULINK 中建立系统的仿真模型，在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节，观察分析非线性环节对系统性能的影响。 7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响（自由发挥）。 二、设计方法 1、未校正系统的根轨迹图分析 根轨迹简称根迹，它是开环系统某一参数从0变为无穷时，闭环系统特征方程式的根在s 平面上变化的轨迹。 1）、确定根轨迹起点和终点。 根轨迹起于开环极点，终于开环零点；本题中无零点，极点为：0、-1、-2 。故起于0、-1、-2，终于无穷处。 2）、确定分支数。 根轨迹分支数与开环有限零点数m 和有限极点数n 中大者相等，连续并且对称于实轴；本题中分支数为3条。

大学生电子设计大赛 PWM调光的多功能LED台灯电路设计

PWM调光的多功能LED台灯电路设计 LED（发光二极管）作为一种新型光源，具有高效节能、绿色环保、使用寿命长等其他光源无法比拟的优点，代表着未来照明技术的发展方向。本文设计了一种以AT89S51单片机为核心的家用多功能白光LED台灯系统，采用PT4115大功率LED恒流驱动方案，可实现对LED台灯的PWM多级调光控制；同时，系统兼有时间日历、温度检测、液晶显示、声光闹钟等多项功能。本文详细给出系统的硬件与软件设计过程。实验证明，该多功能LED 台灯稳定高效，功能丰富，能够满足家庭实际应用的要求。 0引言 随着全球能源危机和气候变暖问题的日益严重，绿色节能已经成为全球普遍关注的话题，人们正通过各种途径寻找新的节能方式。照明是人类消耗能源的重要方面，在电能消耗中，发达国家照明用电占发电总量的比例是19%,我国也达到12%.随着经济发展，我国的照明用电将有大比例的提高，因此绿色节能照明的研究越来越受到重视。LED作为一种固态冷光源，是继白炽灯、荧光灯、高强度放电灯（如高压钠灯和金卤灯）之后的第四代新光源。基于白光LED的固态照明，是一种典型的绿色照明方式，与传统光源相比，具有节能、环保、寿命长、体积小、安全可靠等特点，代表着照明技术的未来，并符合当前政府提出的"建设资源节约型和环境友好型社会"的要求。可以预见不久的将来，LED必然会进入普通照明领域取代现有的照明光源。 目前，市场上采用白炽灯、卤素灯、荧光灯为光源的台灯普遍存在着低效率、高能耗、不易调光等缺点；至于寿命结束的含汞灯，一旦处理不当，将对环境造成严重危害；而且部分台灯产品功能单一，缺少亮度调节、时钟日历、温度显示等功能，无法适应现代家庭生活的实际需求。为解决当前问题，本文设计了以AT89S51单片机为核心的多功能白光LED 台灯系统，采用PT4115大功率LED恒流驱动方案，可实现对LED台灯的PWM调光控制；同时兼有时钟日历、声光闹钟、温度检测、液晶显示等多项功能。在实现高效节能的同时，为家庭使用提供了极大的便捷。 1系统硬件电路设计 该多功能LED台灯系统采用20只5mm高亮白光LED灯珠为光源，以AT89S51单片机为主控芯片，由LED恒流驱动系统、时钟系统、测温系统、液晶显示系统、蜂鸣系统、按键系统组成。系统结构框图如图1所示。 该系统可具体实现LED台灯的10级PWM调光控制；液晶屏实时显示时钟、日历与环境温度信息；闹钟功能采用声光报警方式，即一旦到达闹钟时间，LED台灯自动点亮，