自控灯的控制原理

课程设计报告 课程设计名称：微机原理课程设计报告 题 目：开关控制灯

学 院： 信息科学与工程学院 班 级： 通信xx班 学生姓名： 学 号： xxxxxxxxx 指导老师： xxxxxxxxxx

完成日期： 2012年6月23日 成绩评定：

- 1 -

- 2 -

目录

一、课程设计的目的和要求---------------------------------3

二、系统的主要功能、作用及主要性能指标-------------------3

三、总体设计---------------------------------------------3

四、实验源程序-------------------------------------------7

五、心得体会---------------------------------------------8

六、参考文献-------------------------

<<自动控制理论>>

课程学习指导

与解题指导

理工学院自动化系

二零零三年七月

1

第一章 自控理论基本概念

本章作为绪论，已较全面地展示了控制理论课程的全貌，叙述了今后在课程的学习中要进行研究的各个环节内容和要点，为了今后的深入学习和理解，要特别注意本章给出的一些专业术语及定义。

1、基本要求

（1）明确什么叫自动控制，正确理解被控对象、被控量、控制装置和自控系统等概念。

（2）正确理解三种控制方式，特别是闭环控制。

（3）初步掌握由系统工作原理图画方框图的方法，并能正确判别系统的控制方式。

（4）明确系统常用的分类方式，掌握各类别的含义和信息特征，特别是按数学模型分类的方式。

（5）明确对自控系统的基本要求，正确理解三大性能指标的含义。 2．内容提要及小结

（1） 几个重要概念

自动控制 在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象的被控量自动地按预先给定的规律去运行。

自动控制系统 指被控对象和控制装置的总体。这里控制装置是一个广义的名词，主要是指以控制器为核心的一系列附加装置的总和。共同构成控制系统，对被控对象的状态实行自动控制，有时又泛称为控制器或调节器。

?被

自控控制原理习题_王建辉_第2章答案

2-5 列写出传递函数三种常用的表达形式。并说明什么是系统的阶数、零点、极点和放大

倍数。

W(s)

b0s

mn

b1s

m 1n 1

bm 1s bm an 1s an

a0s a1s

m

K Tis 1 W(s)

i 1

T

j 1

m

n

其中K

s 1 j

bman

Kg s zi W(s)

i 1

s

j 1

n

pj

其中Kg

b0a0

传递函数分母S的最高阶次即为系统的阶数， zi为系统的零点， pj为系统的极点。K为传递函数的放大倍数，Kg为传递函数的根轨迹放大倍数。

2-24 已知一系列由如下方程组成，试绘制系统方框图，并求出闭环传递函数。

X1(s) Xr(s)W1(s) W1(s)[W7(s) W8(s)]Xc(s)X2(s) W2(s)[X1(s) W6(s)X3(s)]X3(s) [X2(s) Xc(s)W5(s)]W3(s)Xc(s) W4(s)X3(s)

解：由以上四个方程式，可以得到以下四个子结构图

1．

X1(s)=Xr(s)W1(s)- W1(s)[ W7(s)- W8(s)]Xc(s)

Xr

c

2.

X2(s)= W2(s)[ X1(s)- W6(s)X3(s)]

自控控制原理习题_王建辉_第2章答案

控制系统的模拟试验与MATLAB仿真

1 MATLAB简介

（略）

2 MATLAB基本操作命令

本节简单介绍与本书内容相关的一些基本知识和操作命令。

（1）简单矩阵的输入

MATLAB是一种专门为矩阵运算设计的语言，所以在MATLAB中处理的所有变量都是矩阵。这就是说，MATLAB只有一种数据形式，那就是矩阵，或者数的矩形阵列。标量可看作为1×1的矩阵，向量可看作为n×1或1×n的矩阵。这就是说，MATLAB语言对矩阵的维数及类型没有限制，即用户无需定义变量的类型和维数，MATLAB会自动获取所需的存储空间。

输入矩阵最便捷的方式为直接输入矩阵的元素，其定义如下： （1） 元素之间用空格或逗号间隔；

（2） 用中括号（[]）把所有元素括起来； （3） 用分号（；）指定行结束。

例如，在MATLAB的工作空间中，输入：

5　　6　　9] >> a?[2 3 4；　则输出结果为：

a?234

569矩阵a被一直保存在工作空间中，以供后面使用，直至修改它。

MATLAB的矩阵输入方式很灵活，大矩阵可以分成n行输入，用回车符代替分号或用续行符号（?）将元素续写到下一行。例如：

a?[1，　2，　3；　4，　5，

自控控制原理习题 答案

3-1 3-2 3-3 3-4 3-5 3-6 3-7 3-8 3-9

控制系统的时域如何定义？

系统的动态过程与系统的极点有什么对应关系？ 系统的时间常数对其动态过程有何影响？ 提高系统的阻尼比对系统有什么影响？

什么是主导极点？ 主导极点在系统分析中起什么作用？ 系统的稳定的条件是什么？ 系统的稳定性与什么有关？ 系统的稳态误差与哪些因素有关？ 如何减小系统的稳态误差？

1

s(s 1)

3-10 一单位反馈控制系统的开环传递函数为Wk(s)

试求： （1） 系统的单位阶跃响应及性能指标 %,tr,ts,和 ; （2） 输入量xr（t）= t 时，系统的输出响应；

（3） 输入量xr (t) 为单位脉冲函数时，系统的输出响应。

2

1 n

解：（1）Wk(s)

s(s 1)s(s 2 n)

2

比较系数：得到 n 1 n 1，2 n 1， 0.5

0.5

2

% e

1

100% e

1 0.52

100% 16.3%

tr

arccos0.5 1.0472(rad) 其中： arccos

2

n

所以tr

3

3.14 1.0472

2.42(s) 22

n 0.5

3

6(s)(5%

3. 设单位反馈系统的开环传递函数为：

G0(s)?K

s(0.1s?1)(0.01s?1)试设计一校正装置，使系统期望特性满足如下指标： （1）静态速度误差系数Kv≥250/s；

（2）截止频率?c≥30rad/s； （3）相角裕度?≥45?。 要求：①确定采用何种校正装置。仿真校正前系统的开环对数频率特性图以及系统的根轨迹图。

②将校正前性能指标与期望指标进行比较，确定串联校正网络Gc(s)的传递函数，仿真出校正网络的开环频率特性曲线图。仿真校正后整个系统的开环对数频率特性图以及系统的根轨迹图。

③当输入r(t)＝1（t）时，仿真出校正前、后系统的单位阶跃响应曲线h(t)。分

析校正前后的单位阶跃响应曲线，得出结果分析结论。

三、课程设计的基本要求

1、 学习掌握MATLAB语言的基本命令、基本操作和程序设计；掌握MATLAB语言在自动

控制原理中的应用；掌握SIMULINK的基本操作，使用SIMULINK工具建立系统模型进行仿真。

2、 应用MATLAB/Simulink进行控制系统分析、设计。通过建立数学模型，在MATLAB

环境下对模型进行仿真，使理论与实际得到最优结合。

3、 撰写自动控制原理课程设计报告。

按内容完成设计任

B

副教授：钱慧芳

自控原理教案

教案

第一章 自动控制的一般概念（２H）

1. 2. 3. 4. 5. 1. 2. 3. 4. 自动控制基本概念 自动控制技术的应用及自动控制理论的发展 基本控制方式 控制系统分类 对控制系统的基本要求 了解自动控制的基本概念：被控对象、控制器； 正确理解和掌握负反馈控制原理； 了解控制系统的组成与分类； 能确定控制系统的被控对象、被控量和给定量；能根据控制系统工作原理图绘制方块图。 基本内容 基本要求 重点 负反馈控制原理 难点 根据控制系统工作原理图绘制方块图 课后作业 1-1 1-5 备注

第二章 控制系统的数学模型（4H）

基本内容 2-1 控制系统的时域数学模型（1H） 2-2 控制系统的复数域数学模型(1H) 2-3 控制系统的结构图(2H) 1、了解建立系统微分方程的一般方法； 2、掌握运用拉氏变换解微分方程的方法； 3、牢固掌握传递函数的概念、定义和性质； 4、明确传递函数与微分方程之间的关系； 5、能熟练地进行结构图等效变换； 6、明确结构图与信号流图之间的关系； 7、熟练运用梅逊公式求系统的传递函数； 8、掌握从不同途径求传递函数的方法。 基本要求 重点 传递函数的

控制系统的模拟试验与MATLAB仿真

1 MATLAB简介

（略）

2 MATLAB基本操作命令

本节简单介绍与本书内容相关的一些基本知识和操作命令。

（1）简单矩阵的输入

MATLAB是一种专门为矩阵运算设计的语言，所以在MATLAB中处理的所有变量都是矩阵。这就是说，MATLAB只有一种数据形式，那就是矩阵，或者数的矩形阵列。标量可看作为1×1的矩阵，向量可看作为n×1或1×n的矩阵。这就是说，MATLAB语言对矩阵的维数及类型没有限制，即用户无需定义变量的类型和维数，MATLAB会自动获取所需的存储空间。

输入矩阵最便捷的方式为直接输入矩阵的元素，其定义如下： （1） 元素之间用空格或逗号间隔；

（2） 用中括号（[]）把所有元素括起来； （3） 用分号（；）指定行结束。

例如，在MATLAB的工作空间中，输入：

5　　6　　9] >> a?[2 3 4；　则输出结果为：

a?234

569矩阵a被一直保存在工作空间中，以供后面使用，直至修改它。

MATLAB的矩阵输入方式很灵活，大矩阵可以分成n行输入，用回车符代替分号或用续行符号（?）将元素续写到下一行。例如：

a?[1，　2，　3；　4，　5，

基于VHDL的交通灯控制器的设计

一 、设计目的

1、 掌握计数器、分频器、译码器的工作原理和设计方法； 2、 掌握数码管的动态扫描译码显示的工作原理和设计方法； 3、 掌握交通灯控制器的设计方法；

4、 掌握在EDA开发软件QuartusII环境下基于FPGA/CPLD的数字系统设计方法，掌握该环

境下系统的功能仿真、时序仿真、管脚锁定和芯片下载的方法。 二 、概述

在城市的的十字路口处都设置有交通信号灯控制系统，这个系统由绿、黄、红信号灯指挥十字路口车辆和行人的正常通行。其示意图如下所示：

次 要 支 道

主要干道

S 主要干

微机原理课程设计：8255模拟交通灯

1、目的：学习8255使用方法，学习模拟交通灯控制的方法，学习双色灯的使用。 2、要求：控制4个双色LED灯(可发红,绿,黄光)，模拟十字路口交通灯管理。 3、电路及连线

PC0-PC3连DG1-DG4，PC4-PC7连DR1-DR4。8255片选CS8255连138译码处210H。 4、说明

（1） 因为本实验是模拟交通灯控制实验，所以要先了解实际交通灯的变化

规律。假设一个十字路口为东西南北走向。初始状态0为东西红灯，南北红灯。然后转状态1南北绿灯通车,东西红灯。过一段时间转状态2，南北绿灯闪几次转亮黄灯，延时几秒,东西仍然红灯。再转状态3，东西绿灯通车,南北红灯。过一段时间转状态4，东西绿灯闪几次转亮黄灯，延时几秒,南北仍然红灯。最后循环至状态1。

（2）双色LED是由一个红色LED管芯和一个绿色LED管芯封装在一起，公用负端。当红色正端加高电平，绿色正端加低电平时，红灯亮；红色正端加低电平，绿色正端加高电平时，绿灯亮；两端都加高电平时，黄灯亮。 （3）74LS240为8输入输出的反向驱动器。 5、完成的任务

（1）利用计算机和微机原理试验箱，将实验6的程序Tlamp_88.asm在试验箱运行和