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篇1：智能型阀门电动执行机构控制器的设计论文
智能型阀门电动执行机构控制器的设计论文
摘要：介绍了一种阀门电动执行机构的智能控制器。该控制器采用MOTOROLA公司的8位微处理器作为控制单元，用电力电子器件作为电机驱动单元，完成了一个集自动控制、手动调节、状态检测等功能于一体的智能系统。该系统适用于各类工 业控制阀。
关键词：阀门电动执行机构 智能控制器 MC68HC908SR12
0引言
水、汽、油等流体与工业发展有着密切联系，而流体在工业上的应用离不开管网系统，有管网必然有阀门。随着工业自动化的发展，传统的手工机械调节方式在许多场合已不再适用。要实现管网系统的工业自动化管理，更是离不开电动阀门这个管网系统中的执行机构。在某些应用场合，对阀门的控制不仅仅是简单的开关控制，还涉及到开度控制以及流量等各种关 系控制，这对阀门电动执行机构控制器的智能性提出了更高的要求。文中应用微处理器设计了一种阀门控制系统实现了阀门执行机构控制的智能化。
1系统工作原理和功能
阀门的控制量为阀门开度，在应用场合往往会根据实际需要将阀门开或关，或者开到一定程度，甚至动态的以某种规律开关。在传统的模拟控制方式中用时间、电流的大小来表示阀门的开启角度。由于影响时间、电流（电压）等参数的因素很多，因此显示的开启角度与阀门的实际位置不易达到同步，经常出现明显的误差［3］。同时，简单的模拟量控制提供的信息极为有限，不利于系统的调试和检修。笔者设计的智能型控制系统采用数字化的方法来控制电动执行机构运行。其智能控制器系统构成如图1所示。
采用MOTOROLA公司单片微处理器和外围芯片组成智能化的位置控制单元，接收统一的标准直流信号（如4～20 mA的电流信号），经信号处理及A/D转换送至微处理器，微处理机将处理后的数据送至显示单元显示调节结果，运算处理后产生的控制信号驱动交流电机。此外，系统带通讯功能，可以接收上位机的指令，进行远程数字控制。同时也可以在智能控制器本地的人机界面上通过菜单和按钮实现现场手动控制。
主要功能描述：
（1）一体化结构设计，直接接收4～20 mA/4～12 mA/12～20 mA/0～5 V/1～5 V等控制信号，输出隔离的4～20mA阀位反馈信号；
（2）具有仿真运行功能，并可根据用户设定的流量特性曲线运行；
（3）控制信号断路故障判断、报警及保护功能。断路故障时可使执行机构或开、或关、或保特、或在0～100%之间预置的任意值；
（4）数字显示，显示控制信号值、阀位值、故障类别；
（5）RS485远程通讯功能，通过通讯协议在上位机进行编程组态，对过程量、开关量作数据或图形处理。
(6)阀门行程自整定，输入输出模拟信号自校准。
2系统硬件组成
智能控制器根据智能化、可靠性高、抗干扰能力强、成本低等原则，控制核心采用8位微处理器MC68HC908SR12（SR12），电机控制的主电路采用电力电子技术实现。SR12具有速度快、功能强和价格低等特点。其最高工作频率可达8 MHz，有512字节的片内RAM、12K字节的片内FLASH存储器，14路10位A/D，及SCI、I2C、SPI等通讯接口［1，4］。
系统应用SR12内部的A/D进行阀门位置信号及输入控制信号的采集，利用PWM输出经过滤波后的位置信号，利用I2C总线与外部存储器AT24C08进行通讯存储设置值，利用SCI接口通过M AX485与上位机进行数据交换，充分利用了该芯片的内部资源，节约了成本。
2.1信号输入部分
利用SR12内部A/D转换，将输入的模拟信号和阀门位置反馈的模拟信号进行量化。采用REF02作为A/D的基准电压，其温度漂移系数为3PPM/℃。
2.2信号输出部分
SR12有3通道8位高速PWM，每个通道有独立的计数器，可选择PWM输入时钟以产生各种PWM 频率，并有自动相位控制。利用其中一路PWM作为模拟量输出信号，其余两路作为电 机控制信号。同时选择I/O口PTB6作为继电器开关量输出的控制信号。
2.3输入输出隔离
系统在工业现场使用时，涉及到各种仪表、传感器及执行机构，会由于各种原因引入信号干扰以及各种危险的强电压信号。为了保证系统的`安全，保证检测的正确性和运行的可靠性，采用光耦LOC210对输入输出信号进行隔离，如图2所示。
图2中，左侧有CPU系统的数字地，右侧有外部系统的地。同时，外部系统的电源与内部系统的电源完全隔离。
2.4通讯部分
为了完成工业现场远程控制和组网的需要，系统支持 RS485通讯方式。电平转换芯片采用MAX485。实际工作时，可以与上位机进行远程通讯，进行运行方式设定并监控运行状态。
2.5电机驱动部分
电机的驱动采用电力电子开关双向可控硅BTA16。双向可控硅具有开关速度快、寿命长、无火花和拉弧现象等特点［2］，保证执行机构在高温条件下的长期可靠运行，同时有助于对电机的保护。主电路与CPU之间采用光耦MOC302X驱动，如图3所示，图中ZL为电机负载。
在设计中，MOC3020的二极管前向电流为15 mA,MOC3021和MOC3023分别为8 mA和3 mA，所以可以由MC68HC908SR12的I/O口采用灌电流方式直接驱动。在实际工作时RC吸收回路的实际参数需要根据电机参数（ZL）的不同确定。
需要注意的是，MOC302X的耐压是400 V，如果电机需要工作在380 V下或者电机的反电势比较大时，要选用MOC308X系列。
3软件设计
控制器的软件主要是由主程序、人机界面处理程序及自动调试、故障处理、A /D转换和数据处理、手动操作故障处理等子程序组成。主程序流程如图4所示。
在执行过程中，判断各种故障状态，发现故障，立即报警显示，同时输出一组继电器开关量信号给用户，并切断电机电源。
系统采用4个键复用的方法实现对系统的控制及参数设定。4个键的定义分别为F（Function)、U（Up)、D（Dowm)、S（Shift)。F为功能键，按此键进入设置菜单，多次按F键后可退出 菜单。U、D键分别代表增加和减小当前数值或进行参数选择，在手动操作中代表向上或向下指令。S为切换键，可以改变当前输入焦点，配合U、D键，可以很方便的实现任意数字的输 入。
在电机控制算法上采用PID调节，避免了超调、振荡的发生，同时可选直接比例控制和比例+步进控制等控制方式，使系统能适用不同类型的电机。
系统的软件设计使得可随时调整阀门两端位置，只要调整好限位开关后作一次自整定（F、S键同时按下10 s）即可，极大地方便了用户。系统还提供RS485通讯协议，用户可以通过上 位机编程控制阀门，使阀门联网通讯及计算机控制更加方便。
4结束语
该系统的各个主要功能模块集中在单片微处理器中，降低了系统的成本，提高了可靠性，减小了体积，可直接安装于执行器内部而无需改动原机械机构，这不仅方便了现有执行机构的生产，也有利于原有旧设备的改造。同时，系统的硬件设计充分考虑了工业现场的环境情况，采取了完善的抗干扰措施和故障保护措施，使系统能适用于工业现场的环境。
该系统已实际投产，目前在各种工业环境下运行良好。
参考文献
［1］张友德.M68HC08系列单片机原理与应用［M］.上海：复旦大学出版社，2001.
［2］王兆安.电力电子技术［M］.北京：机械工业出版社，2001.
［3］张卫华.电动阀门智能测控系统的研制［J］.青岛大学学报，2003，16（3）：79-82.
篇2：电动阀门性能检测分析的论文
电动阀门性能检测分析的论文
摘要：给出了基于485总线,由控制中心PC机和多个单片机控制系统组成的电动装置性能检测系统中的实时通信系统,重点介绍了利用VB实现PC机与多个单片机控制系统实时通讯程序设计方法,实现了PC机对多个远程单元的实时控制与管理。
关键词：VisualBasic串行通讯电动装置性能检测系统远程控制
1引言
在许多实时监测系统中,经常需要接收距离较远的测控点数据,如何快速可靠的实现数据的远程传输是这些监测系统必须解决的问题。在监测现场,为了降低系统的成本,往往采用单片机系统作为数据采集和记录单元。在中央控制中心,常常利用PC机来完成人机会话及与监测现场的通信。
本文介绍一套用于电动装置出厂性能检测系统的实用的主从式(Master/Slave)远程实时通讯系统。检测系统的下位机是以32位的ARM单片机(LPC2214)为CPU,两片CPLD(XC95108)扩展I/O口对外围器件如加载电机、卸载电机、光电编码器和AD转换器进行控制的单片机系统,并有键盘进行数据输入和液晶屏显示各功能接口,以及打印机打印测试合格产品的性能参数记录。上位机的管理平台则基于VisualBasic610。此系统通过对产品的性能参数进行检测,严格避免不合格产品出厂,提高产品质量,增强了产品的市场竞争力。
通讯系统以生产现场的双绞线为通讯媒介,上位机利用VB610的通讯控件MSComm实现了与下位机的远程实时通讯,下位机应用于生产车间现场,取得了满意效果。
2系统的结构组成及工作原理
2.1结构组成
网络系统由控制中心和多个远程单元RTU(RemoteTerminalUnite)组成(图1)。控制中心由上位机和RS232/485转换器组成,各远程单元是以ARM单片机为核心的电动装置性能检测系统(图2)。
2.2工作原理
控制中心作为系统的数据终端设备DTE(Da2taTerminalEquipment),负责实现对远程电动装置性能检测系统的检测数据进行判别、存储等。PC机通过485通讯电缆与远程电动装置性能检测系统相连,其传输速率为9600bps,端口数据传输速率可根据系统需要设为1200bps～19200bps〔1〕。
各远程电动装置性能检测系统通过光电编码器和AD转换器对现场设备的性能参数进行数据采集,采用MAX1480芯片与PC机进行数据传输,并通过2片CPLD实现数据输入和输出开关量,从而实现对现场设备的控制和参数测量。电动装置性能检测系统还有复位、故障报警及芯片正常工作检测等系统。
通讯系统以控制中心PC机和远程单片机控制系统通过485通讯电缆以同频异步半双工方式进行数据信息传输,PC机通过串口发送令牌到远程单元,远程单元收到自己的令牌后发送数据到PC机,PC机收到数据后回送正确信息。从而实现控制中心对远程设备的控制和数据采集。
3实时串行通讯程序设计
3.1通讯协议
(1)一桢数据由1位起始位,8位数据位、1位校验位、1位停止位共11位组成。
(2)波特率为9600bps。电动装置测试系统的单片机的串口选用UART0进行数据的发送和接收,为了得到准确的波特率,ARM单片机采用振荡频率为1110592MHz的晶振。PC机串口波特率通过VB通讯控件MSComm的Setting属性设置,为保证数据传输的准确性,两者的波特率必须一致。
(3)系统采用异步通讯方式,上位机通过令牌传递总线(token-passingbus)方式与远程单元进行通讯〔2〕。PC机发送的`信息为固定4个字节。第1个字节和第2个字节分别为起始标志符和远程单元的具体地址号,第3个字节表示发送的是令牌还是命令,第4个字节为结束标志符。
(4)远程单元接收到令牌后,对照令牌的地址号与本单元地址进行判断,得知令牌是本单元的,此时总线处于接收数据状态。此单元开始发送信息,发送的信息共158个字节。第1个字节和第2个字节分别表示起始标志符和命令符,第3个字节表示数据个数,第4个到第157个字节表示采集的测试数据,第158个字节表示结束标志符。如果地址不符,则将令牌转发到下一单元〔3〕。其通讯方式如图3所示。
3.2远程单片机控制系统的串行通讯程序设计
远程ARM单片机采用中断方式进行数据接收,基于软件ADS112编程与上位机进行通讯,上位机通讯子程序流程图以及下位机中断子程序流程图分别如图4和图5所示。
控制中心上位PC机始终在循环发送令牌,当远程单元接收到与本机地址相同的令牌时,置接受数据标志,接收到自己的令牌后,远程单元开始上传数据到上位PC机,与此同时PC机停止发送令牌并处于接收数据状态,等到接收数据完毕并检验数据合格后发送确认命令到此远程单元,如果没收到数据或数据不合格发送错误标志到此远程单元。如果收到的令牌与本机地址不同时,程序返回中断入口处,继续执行其它操作。这样可保证远程单元把数据准确地发送到上位机PC机。
3.3上位PC机串行通讯程序设计方法
上位机利用VB610进行编程,用VB610开发串行通讯程序普遍采用两种方法:一种是利用Windows的API函数;另一种是采用VB的通讯控件MSComm。利用API函数编写串行通讯程序较为复杂,需要调用许多繁琐的API函数,而VB610的MSComm通讯控件提供了标准的事件处理函数、事件和方法,用户不必了解通信过程中的底层操作和API函数〔4〕,从而比较容易、高效的实现了串口通信。
控件提供了两种功能完善的串口数据接收和发送功能:一种是查询法,通过Com2mEvent的值来轮询(polling)事件和通讯状态,可以使用定时器和DO.Loop程序来实现;另一种是事件驱动法(Event-driven),利用MSComm控件OnComm事件来捕获串口通讯错误或事件,并在OnComm事件中编写程序进行相应的处理〔5〕。本软件系统采用了定时器来发送令牌以及接收远程单片机的回执信息,使PC机作出更快的反应。
软件采用定时器Timer1控件来实现令牌的循环发送。其中设置定时器响应一次的时间为10ms(Timer11Internal=10)。
3.4下位机ARM2210系列单片机串行通讯程序设计方法
下位机利用软件ADS112进行编程,此软件是专为ARM单片机开发的一种软件,其语言类似于C语言,有很好的应用性。
4结语
该系统应用在对远程设备的在线监测,其通讯网络部分运行平稳,数据传输误码率低,传输速度符合要求,效率高,操作简单,组网方便,满足生产现场的数据检测和控制要求。该系统可广泛应用于高精度的工业测控和数据采集等领域中。
参考文献
（1）JanAxelson.串行端口大全〔M〕.北京:中国电力出版社,2001
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（4）项举伟等.利用WindowsAPI函数构造C6类实现串行通讯〔J〕.测试技术,2000
（5）范逸之.VisualBasic与RS232串行通讯控制〔M〕.北京:中国青年出版社,2000.
篇3：基于DSP电动助力转向系统控制器设计
基于DSP电动助力转向系统控制器设计
EPS系统可根据转向需要控制助力电机工作,降低能源消耗,提高转向特性及行驶安全性.采用32位定点DcsP芯片TMS320F2812为EPS的控制器,在进行控制器的硬件及软件设计的基础上,实现了数字PID控制策略.最后对所设计的`控制器进行了台架实验,实验结果表明,所设计控制器性能稳定,可满足助力转向系统的要求.
作 者：张成涛 ZHANG Cheng-tao 作者单位：广西工学院汽车工程系,广西,柳州,545006 刊 名：广西工学院学报 英文刊名：JOURNAL OF GUANGXI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 年，卷(期)：2009 20(3) 分类号：U461.4 关键词：电动助力转向 DSP 控制逻辑 PID PWM篇4：安全智能化电动自行车控制器的设计
安全智能化电动自行车控制器的设计
本文介绍了一种与直流无刷电动机配合使用的电动自行车控制器,着重论述了此种新型、实用的电动自行车控制器的系统构成和设计技术.
作 者：张晓伟 李兰茹 Zhang Xiaowei Li Lanru 作者单位：张晓伟,Zhang Xiaowei(合肥工业大学,安徽,合肥,230009;承德医学院,河北,承德,067000)李兰茹,Li Lanru(河北旅游职业学院,河北,承德,067000)
刊 名：河北旅游职业学院学报 英文刊名：JOURNAL OF CHENGDE VOCATIONAL COLLEGE 年，卷(期)：2009 14(3) 分类号：U484 关键词：电动车 直流无刷电动机 控制器篇5：低压断路器控制器设计论文
低压断路器控制器设计论文
摘要：低压断路器是低压配电系统中起同段控制及保护等作用的重要元件。目前，国外的低压断路器正朝着高性能、小型化、智能化和模块化方向发展，并且与现场总线系统相连，实现网络化。本文介绍一种新型智能低压断路器控制器的设计。
关键词：控制设计 配电系统 元件
1、引言
低压断路器是低压配电系统中起同段控制及保护等作用的重要元件。目前，国外的低压断路器正朝着高性能、小型化、智能化和模块化方向发展，并且与现场总线系统相连，实现网络化。国内一些厂家也曾开发国际种职能断路器控制器，其主要缺点是采用大规模集成器件较少，故体积较大，易进入干扰。
本文介绍一种新型智能低压断路器控制器的设计。主要特点有：a注重模块化设计，采用大规模集成器件。不仅缩短了产品开发周期，提高了产品性能，而且减少了产品体积，降低了成本；b在实现基本保护功能的同时，增加了预警功能；c才参数测量上，除了电流、电压等常规参数外，增加了功率因数及功率测量等，并对参数进行显示；d注重产品的可靠性设计；e断路器带通信接口，引入CAN现场总线技术。
2、支能低压断路器控制器设计
2.1 总体方案简介
该断路器控制器的主要包括微处理器、信号采集电路、键盘和现实电路、外扩存储器、温度检测电路、输出执行电路和电源等。
2.2 微处理器的选择
智能断路器控制器既要实现各种功能又要有较好的是实时性和电磁兼容性，本期设计用了Dallas公司的DS80C390微处理器。其主要特点有：向下兼容80C52，使用80C51的指令集；高速的体系结构，每个机器周期只有4个时钟周期，最大系统时钟频率可达40Mhz，兼容80C52存储模式，内含4KB的SRAM，外部扩展4MB的程序存储器和4MB的用户数据存储器。内含两个CAN2.0B的控制口，集成度高。
DS80C390有2个串行口、3个定时器/计数器、7个附加中断、1个可编程狗定时器、6个8 bit /O口（其中两个与存储器接口），还有一个数据指针OPRT1。DS80C390有2种封装形式：68脚的PLCC和64脚的LQFP，本设计选用前者。
2.3 信号采集电路
常规信号输入通道的设计一般先滤波在隔离放大，然后经A/D转换等，但该设计方法难以满足实时性要求。本设计要求采集3路线电压和4路相电流信号，而且需要采集的信号范围很宽，若采用常规设计则需要很多的A/D转换通道，故采用了Cirrus Logic公司的电子是电能表芯片CS5460来设计信号输入通道。
（1）CS5460的特点。a高集成。内部继承了1个可编程的增益放大器，1个带固定增益放大器的电压通道，2个可选高通滤波器等；b高精度。转换精度可达0.1%；c易接口。CS5460是高速A/D器件，缺省状态下，瞬时A/D变换频率可达4kHz。其自带可编程增益放大器可测量150mV获30mV两城范围的信号，从而很好地解决了实时性、宽测量范围及测量精度低等问题。
（2）CS5460的硬件设计。电压电流互感二次侧感应电压值经分压后分别送入CS5460的UIN+、UIN--和IIN+、IIN-引脚。CS5460有4 个串行口：SDI为串行数据输入口，SDO为串行数据输出口，SCLK为串行时钟，CS是片选控制线。因为要采集4路电流、3路电压值，故选用了4片CS5460芯片。并用引脚p4.0、p4.1、p4.2和p4.3轮流选通每片CS5460。当CS=1时，SOD为高阻状态，故4片CS5460的引脚可以直接连在一起。又DS80C390的I/O口可以驱动4个门电路，故4片CS5460的SDI和SCLK引脚分别以线与的形式直接相连。
（3）CS5460的软件设计。本设计中软件设计的基本程序采用C51编写。CS5460的初始化和启动转换工作由主程序完成。设计要求每1.25ms在3路电压、4路电流上个采一点，采用软件定时中断方式。每1.25ms系统启动一次中断服务程序，完成对各路信号瞬时值的采集，每2s完成一次对各路信号有效值的采集。
DS80C390通过SDI、SDO、SCLK和CS信号线与CS5460接口。运用写操作对CS5460内部各寄存器进行设置；运用读操作，读出CS5460内部各状态寄存器和输出结果寄存器的值。
2.4 外扩存储器电路
传统单片机应用系统为一般以微处理器为核心外加必要的芯片组成。但所需外加零散芯片很多时，所得的系统结构将很复杂且不易与更新或修改。所以，本设计采用了PSD934F2芯片。
（1）PSD934F2的主要特点。美国WSI公司推出的PSD934F2芯片是专门为8bits微处理器设计的，实现了将多个外围芯片集成于一个芯片中。其主要特点有：可方便的使用复用和非复用的8bits微处理器接口；内置2MB的主FLASH存储器和256KB的第二FLASH存储器；具有64KB的SRAM；有19个输出的通用PLD（GPLD）;有译码PLD(DPLD)；具有27个可单个配置的I/O引脚；等待电流可以降至50μA；符合JTAG标准的串行口可对全芯片进行在系统编成；FLASH存储器的.擦写次数至少可达100000次，PLD的擦写次数最少可达1 000次。
（2）PSD934F2与DS80C390的硬件电路。系统要求具有256KB的FLASH、125±8KB的SRAM和16KB的辅助FLASH，还要31路I/O输出及一些外设片选输出，故系统还扩展了一片128KB的SRAM。本设计中，DS80C390工作于22bits连续叶面寻址模式，配置为8bits的数据/地址复用方式。用程序选通允许信号PSEN访问PSD934F2的程序存储器，用WR、RD访问数据存储器。PSD934F2的27个I/O引脚，分成4个口（PA、PB、PC和PD），每个引脚可单独配制成不同的功能。
（3）PSD934F2的软件开发。PSD934F2由PSDsoft软件支持。系统设计时，不需要用硬件描述语言（HDL）来定义PSD934F2的引脚功能和分配存储器地址。PSD934F2支持FlashLINK器件编程器，对PSD934F2进行编程。首先用PSDsoft软件定义PSD934F2的引脚功能及分配存储器地址，再通过PSDsoft将PSD934F2配置与用户HEX文件进行合并产生目标文件。HEX文件由用高级语言编写的植入PSD的应用程序经编译、链接产生，再将目标通过FLASHLINK写入PSD934F2即可。
2.5 温度检测电路
传统的温度检测电路采用热敏电阻等温度敏感元件，热敏电阻成本虽低，但需要后续信号处理电路，且测量通道的标定麻烦，温度测量的准确度也相对较低。所以，本设计采用Dallas公司生产的数字温度传感器DS1620。
（1）DS1620的特点。数字温度传感器DS1620是Dallas公司推出的新型温度敏感器件。他以数字量输出温度测量值，具有测量范围宽，传输距离远，可靠、稳定等特点。DS1620的测量范围为-55~125℃，分辨率为0.5℃。温度以9位数字输出，能够在1秒内完成被测温度的数值转换，可独立工作，也可方便的与PC或单片机以串行方式连接。
（2）DS1620的软硬件设计。DS1620通过高温系数振荡器控制低温系数振荡器的脉冲个数，实现被测温度的数字输出。温度计数器和寄存器预置-55℃的基准值，若温度寄存器与技术起在脉冲周期结束前为0，则温度寄存器增至被测温度值。
DS1620的引脚DQ位数据输入输出脚（3线通信），CLK/CONV三线通信时为时钟输出口，不用CPU时为启动转换脚，RST为复位输入脚。DS1620通过三线串行接口与微处理器相连，实现有关数据的写入、温度数据的读出。 2.6 实时时钟芯片
系统运行时，整个系统每隔一段时间就要进行一次始终校准。为此，本设计选用实时时钟/日历芯片PCF8563。PCF8563与DS80C390采用I2C通信接口方式进行数据传送。由于DS80C390本身没有I2C通信接口，所以采用软件模拟的方法与具有I2C接口的PCF8563接口。
程序中微处理器在发出第九个脉冲时，读取SDA线上的状态，如读取状态为0，则说明数据已成功写入PCF8563；如读取状态为1，则说明写入操作不成功，程序转入再次写操作。每进行一次操作，内嵌的字地址寄存器就会自动产生增量。据此，可判断出程序对PCF8563的读写操作是否完成。每隔一段时间，主机发送标准时间，标准时间通过CAN总线传入各职能节点，然后有个节点对各自的时钟进行校时操作。当某节点发生故障或报警时，此节点就对自己的PCF8563进行读操作，已得到发生故障或报警时的时间值。
2.7 CAN总线接口电路
CAN总线是现场总线领域应用很广泛的一种通信技术，用CAN代替以往的RS―485将从根本上改善监控系统的性能。DS80C390内部集成了两个全功能CAN2.0控制器，易与外部CAN总线接口。
2.8 键盘及显示电路
键盘设计时，将按键的一端与微处理器的口线直接相连，并加上阻容电路去抖动。这样既可简化硬件电路的设计，还可减小体积。显示电路由发光二极管和液晶组成，液晶采用精电公司的MGLS-12864T，可用图形或文本方式显示。
3、智能控制器的可靠性设计
本控制器模块处于强磁场环境中，各种电磁干扰源频率大致为：电磁20Hz~几十Hz，开关电弧30~200Hz，磁铁1.0~3.6MHz。本模块还处于强电力线电厂中，该场以电磁感应的方式将电磁能量施加与本控制器模块。所有的电磁干扰都有电磁干扰源、耦合通道和敏感设备3个基本要素组成。
（1）本设计选用了CS5460、PCF8563等贴片封装元器件，高集成度的DS80C390及可配置内存器件PSD934F2和带光电隔离的固态继电器。这些控制器模块本身就有很强的抗干扰能力。
（2）电源是引入干扰的重要途径，为减少从此引入的干扰，采取了如下措施：a采用高性能开关电源以抗尖脉冲干扰等；b采用压敏电阻或RC网络等吸收浪涌电压；c电源进线端加大容量电解电容和高频陶瓷电容分别滤除低频、高频干扰；d采用分散独立的功能供电。e保证有适当的功率裕度。
（3）过程通道上才取光电耦合隔离、固态继电器开关量输出和对传输线进行阻抗匹配的措施。
（4）设计印刷电路板时，采取合适的制版面积、双板层、井字形布线，尽量减少环路面积和环路电流、并排走线间插入离散地线、重要信号线靠近地线等措施。本控制器模块采用工作接地。采用待屏蔽的双绞线以减小电流信号回路的电磁干扰，其屏蔽层接到断路器外壳。接地线尽可能短，线径尽可能粗。
（5）采用较高导电性材料如铜进行电场屏蔽，导磁材料进行磁场屏蔽。在控制器壳内喷涂铜制电镀导电层。对开关电源加屏蔽层，对显示窗中使用屏蔽玻璃，采用电磁密封衬垫防壳体缝隙漏磁。
(6）软件设计中采用的抗干扰措施有：a设置看门狗定时器。看门狗的定时时间稍大于主程序正常运行一个循环的时间，而在主程序运行过程中执行一次时间常数刷新操作。当程序出错时，由于不能正常刷新定时器而导致定时中断，将系统复位。b设置软件陷阱。本设计中在非程序区反复用NOP，NOP，LJMP 0000H填满，作为程序乱飞的拦截措施。这样，不论程序失控指向哪一字节，都能回到复位状态；c 采用一阶递推数字滤波法实现软件的数字滤波，以消除传感器通道中的干扰信号；d 采用设置软件冗余、输出状态影像保存、数据存储冗余和初始化及自检程序等，应对控制的状态失常。
4、实验结果
（1）测量电流值。CPU读取CS5460电流有效值寄存器中的A/D转换值，再通过软件进行非线性补偿等方法，可得出对应的电流有效值。
（2）电压值的测量。电压互感器的次级串接140Ω电阻，可以得到0 ~ 150mV的电压。电压经CS5460的A/D转换后，存储在电压有效值寄存器中。CPU访问此寄存器可得到转换结果，在据原、副边变比关系，得到对应电压有效值。
（3）功率因数的测量。通过CS5460内一个电量寄存器积累电能。根据电能与功率的关系W=Pt，在1s内积累的电能数值上等于其有功功率P。在根据公式cosφ=P/UI算出功率因数值。
（4）动作相应时间验证。本设计要求，当线路中出现大电流时，断路器必须在20 ms内可靠分断，这其中包括线路出现大电流短路故障到微处理器判断出故障发出分断指令所需的时间、机械部分延迟时间和电弧熄灭时间。本设计在一个工频周期内对每路信号采集16个点，即每12.5ms采集一个点，再根据设定值判断是否发生故障。实验结果表明，本系统中，线路出现大电流短路故障到微处理器判断发出分断指令所需时间为6ms左右。可见，线路出现大电流短路后，断路器在20ms内能可靠分断。
篇6：电动舵机模糊PD-常规PID复合控制器设计
电动舵机模糊PD-常规PID复合控制器设计
控制器是设计高性能电动舵机的关键.建立了直流无刷电动舵机的.数学模型,以此为基础设计了位置环模糊PD-常规PID复合控制系统,利用VC++60离线计算了模糊PD控制表,利用Matlab/simulink进行了仿真,仿真结果表明设计的电动舵机复合控制系统比仅采用PID控制性能好,且工程可行性好.
作 者：郭栋 李朝富 作者单位：中国空空导弹研究院,河南洛阳,471000 刊 名：科技风 英文刊名：TECHNOLOGY WIND 年，卷(期)：2009 “”(14) 分类号：V2 关键词：无刷直流电动舵机 位置环控制 模糊PD-常规PID复合控制 计算机仿真篇7：智能型家庭服务机器人的设计与实现论文
智能型家庭服务机器人的设计与实现论文
文章设计并实现了一款基于Arduino微处理器开发平台的智能家庭服务机器人。可通过无线遥控、语音和手机控制，完成取递物品、环境监测、家电开关遥控、健康指标监测、语音求助、家庭娱乐、燃气火灾报警、防盗报警、远程监控等功能。通过实验室验证，较好地实现了预期功能。
近年来，随着机器人技术的迅速发展，机器人的应用领域也得到了广泛拓展，从原来传统的工业领域已扩展到医疗、勘探、救援和家庭服务等领域[1]。据国际机器人联合会(International Federation of Robotics，IFR)报告，全球服务机器人市场保持着较快的增长速度，其中数据显示全球专业服务机器人销量达24207台，同比增长11.5%，销售额为37.7亿美元;个人/家庭服务机器人销量为470万台，同比增长28%，销售额为22亿美元[2]，由此可见，智能科技服务机器人是各国经济发展的有力支柱之一。
在上世纪90年代中后期，我国也开始了服务机器人相关技术的研究，但与日本、美国等国家相比起步较晚，而且服务机器人市场从才初具规模[3]。近年来，我国逐步提高了对机器人产业的重视程度，在《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-)》中把智能服务机器人列为了重点发展的前沿技术，并于制定了《服务机器人科技发展“十二五”专项规划》支持行业发展[4]。
目前个人/家庭用服务机器人可分为家政服务机器人、助老助残机器人、教育娱乐机器人等几大类[5]。随着我国老龄化社会进程的进一步推进，以及人们在教育、生活娱乐和新生活方式等方面的需求，在未来会有越来越多的服务机器人作为为人类服务的大众性消费产品走入寻常百姓家。为此，文章提出并且实现了一款智能型家庭服务机器人的设计方案，能够较为全面的融合现代家居生活和各类人群的日常所需，集家庭服务与家居智能安防多功能于一体，可以通过手机、语音和无线遥控等多种方式满足现代家庭娱乐，家庭服务、助老和婴幼儿看护等多方面需求。
1 智能家庭服务机器人机械本体
1.1 越野式四轮移动机构
该机器人的移动载体采用越野型小车形式(如图1所示)，底盘为悬浮式设计，从而能适应室内外各种复杂的路况。与传统四轮小车转向采用差速机构所不同的是，该小车的转向方式是将控制同侧前后轮转动的电机并联在一起，转向时，同侧的前后两轮同步转动，而另一侧的两个轮按相反方向转动，从而使得小车可以原地转向，这种方式对比差速转向的方式更加快捷，而且还能减小转弯半径，更加适合在室内等狭小空间内工作。车身内部有两个舱室，分别为电源舱和系统控制舱;车身上搭载有机械臂、WIFI网络摄像头和传感器等，如图2所示。
1.2 抓持机构
该机器人抓取机构采用三自由度机械臂设计。如图1所示，关节1、2处为旋转自由度，关节1由舵机带动机械臂旋转，关节2由舵机带动机械臂抬升和伸出;关节3依靠连杆机构实现转动;关节4为移动自由度，控制末端执行器的开合。末端执行器为简单的两指式机械手，在手指下方装有颜色传感器，如图3所示。
2 控制系统总体架构及其硬件系统组成
2.1 控制系统总体架构
智能型家庭服务机器人控制系统采用双控制器架构，以两个功能强大、有多种高效成熟的功能函数及易于使用，且拥有大量I/O接口的Arduino MEGA2560 单片机作为主从微处理器。其中，主控制器用于实现数字语音信号处理、充电电池的电压监测、主从控制器通信以及GSM短信发送功能。从控制器主要完成对舵机、视觉系统、各类传感器的控制和反馈信息的处理。主从控制器之间采用模拟IIC协议。
整个机器人由机械本体和控制系统软、硬件组成。控制系统系统硬件采用模块化设计方式，主要包括移动载体、抓持机构、目标识别模块、避障模块、安防模块、环境参数模块、健康监测模块、语音识别模块、Wi-Fi模块、遥控开关模块、SD卡模块、Mp3模块和短信模块等。模块化的设计方式使得各模块间实现了高内聚、低耦合，即各个模块功能相互独立，模块之间互不干扰，使之具有较高的可替换性、较强的独立性。
舵机控制系统选用5个13kgN/cm扭力的舵机，分别控制机械臂的伸展、末端执行器的开合以及摄像头的转动，由Arduino mega2560通过PWM波对舵机进行控制，通过改变高电平的占空比以调节舵机的转速。
机器人可通过手机App、语音和电脑Wi-Fi遥控三种控制方式，集家庭服务、安全防护、健康监测和家庭娱乐四大功能于一身，基本涵盖了家庭日常所需。其中，服务模块包括取物、环境监测、家用电器开关控制和发送求救短信功能。安全防护模块包括燃气、火灾和小偷入室盗窃的报警功能，以及Wi-Fi环境下的自主巡航，使用者可通过电脑看到传回的.实时视频画面。健康监测模块主要是实现心率和脉搏的监测，并且可以将检测结果存放机器人附带的SD卡中。家庭娱乐模块主要包括语音报时、音乐和广播播放等功能。
2.2 主要硬件组成
2.2.1 避障模块
利用超声波测距的方式，在小车车身的左侧、左前、前方、右前和右侧共装有5个HC-SR04超声波传感器(如图5所示)，通过不断采集距离参数，找到合适的行走路径，不会碰撞到障碍物。
HC-SR04超声波传感器主要技术参数：(1)使用电压：DC5V;(2)静态电流：小于2mA;(3)电平输出：高5V;(4)电平输出：低0V;(5)感应角度：不大于15度;(6)探测距离：2cm-450cm;(7)高精度：可达3mm。
2.2.2 健康监测模块
健康监测模块为一款用于脉搏心率测量的光电反射式模拟传感器(图6所示)，固定在车头部位，只要将手轻轻贴于它的表面等待10秒钟，即可采集到模拟信号并传输给单片机，经过转换变为数字信号，并计算出心率数值，以语音方式报告给使用者，同时脉搏波形能够通过显示屏显示。
2.2.3 语音识别模块
语音识别模块(图7)能够识别者发出的语音指令，包括命令其行走、报时、开关家用电器，把这些语音指令转化为预先设置的字符。特别是与短信模块配合使用，能够实现语音紧急呼救功能，非常适合行动不便的老人，并且具备了良好的人机交互性。语音识别模块和2.4GHz无线传输模块(图8)相结合，通信距离可达500-800m，使语音控制不在仅局限于小车的周围。
2.2.4 环境参数模块
采用DHT11温湿度传感器(图9)和夏普光学粉尘传感器(GP2Y1010AU0F)(图10)，进行室内的温度、湿度以及空气质量的测量，根据测量结果提示使用者是否需要打开空调或者加湿器等，并把所测得的参数记录在SD卡模块中。其中，DHT11温湿度传感器温度测量范围为0～50℃，湿度为20%～90%RH;夏普光学粉尘传感器最小粒子检出值为0.8微米，可以检测极为细小的颗粒。且具有极低的电流消耗(最大20mA，一般为11mA)，输出的是一个模拟电压正比于所测得的粉尘浓度。
2.2.5 短信模块
选用SIM900A短信模块(图11)，当使用者遭遇有害气体泄漏、火灾或盗贼闯入等危险情况发出语音呼救时，能够实时将信息以短信的方式发送给紧急联系人和报警平台。
2.2.6 安防模块
包括火焰传感器(图12(a))、MQ-2燃气传感器(图12(b))和HC-SR501热释电红外人体检测传感器(图12(c))。其中，火焰传感器是数字量输出，在小车的巡航过程中，只要火焰传感器探测到火焰信息，便以数字量的形式，传送给微处理器，然后报警，提示主人存在危险，在主人不在家的情况下可以发送报警短信通知主人。MQ-2燃气传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。该传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。其通信方式为模拟量输出，在小车的巡航过程中，如果检测到室内的一氧化碳浓度超过设定值时，小车便报警，提示主人有危险在主人不在家的情况下可以发送报警短信通知主人。同时，还能以遥控的方式自动关闭室内电器，以免发生爆炸。HC-SR501热释电红外传感器安装在车头部位，红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，送出TTL电平至微处理器，然后报警，提醒主人有人闯入，在主人不在家的情况下可以发送报警短信通知主人。
3 控制系统软件设计
上位机软件是基于C#.NET语音开发，能够实时接收并显示WIFI模块传输的视频数据、下位机传感器数据和发送控制命令。如图13所示，软件主界面中包含视频显示窗口和若干控制按钮，可以用来进行网络连接、开关视频、设置参数、发送动作指令等，具有良好的人机交互性。
4 实验验证与结论
通过总体结构方案和控制系统软硬件设计，实现了智能型家庭服务机器人的样机制作，在实验室条件下，对其取递物品、环境监测、家电开关遥控、健康指标监测、语音求助、家庭娱乐、燃气火灾报警、防盗报警、远程监控等功能进行了测试，实现了预期功能。下一步工作主要是针对机器人图像处理能力，抓取物体的准确性等方面做进一步完善。
篇8：基于单片机的液位模糊控制器设计论文
摘 要：液位控制由于其应用极其普遍，种类繁多，其中不乏一些大型的复杂系统，譬如在石油化工等工业生产中。它主要有以下几个特点:
1、时滞性很大。在大型、复杂的液位控制系统中，当改变进出容器的液体流量来控制液位时，控制效果在较长的时间后才能得到体现，这会使得最后的稳态误差较大，液位在期望值附近波动。
2,时变性。液位控制一般是通过控制液体流入量的大小来控制液位的，流出量是根据后续工艺生产的需求而调节，这种需求的数量和速度是在不断变化的。
3,非线性。容器内液体流出量不仅随后续工艺生产需求变化，即使在控制阀门保持不变的情况下，实际的流出量也随着液位高度的变化而发生一种非线性的变化。这几个特点，都严重影响PID控制的效果，当实际生产对控制有较高的性能指标要求时，就需要将智能控制方法引入到液位控制系统中来。
关键词：模糊控制；液位；PID；单片机
1 模糊控制的基本原理
模糊控制属于智能控制的范畴，它是以模糊数学和模糊逻辑为理论基础、模仿人的思维方式而统筹考虑的一种控制方式。 它是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制。模糊控制模仿人的思维方式，计算控制量时并不需要参数的精确量，而是以参数的模糊信息为基础，通过模糊推理得到控制量的模糊形式，然后再经过反模糊化处理输出具体的控制量。
模糊控制器的设计的基本原理
1． 在采样时刻，采样系统的输出值，然后根据所选择的系统的输入变量来进行计算，得到输入变量的具体值。一般系统通常选择误差及误差的变化情况作为输入变量。
2． 将输入变量的精确值变为模糊量。当然，在这之前需要先确定模糊变量的基本论域、模糊子集论域、模糊词集及隶属函数。系统中输入变量的实际变化范围称为变量的基本论域，对于模糊控制输入所要求的.变化范围称为它们的模糊子集论域。模糊子集论域的确定和下一步的模糊推理中需要的模糊值有关。模糊值可用模糊词集来表示，人们对数值的模糊表示一般可用大、中、小加以区别，再加上正负模糊词集就可表示为：
{负 大 ， 负中，负小，零，正小，正中，正大}
一般系统的输入变量的模糊子集论域所含的元素个数应为词集总数的两倍以上，这样才能确保模糊词集能较好地覆盖
模糊子集论域，避免出现失控现象。针对上面选用的模糊词集，模糊子集论域可选择为
{-6 ， -5 ，-4，-3，-2，一1,0 , 1,2 ,3 ,4 ,5 ,6 }
对于一个模糊控制系统，它的控制器输入变量的实际范围一般不会正好和模糊子集论域一致，这时就需要进行转化。假如基本论域为[a. b]，模糊子集论域为[m, n]，则将一个精确输入量x转化到模糊子集论域中的变量Y是通过以下公式来实现的。
y=(n-m)*[x-(b-a)/2]/(b-a)
模糊 子 集 论域和模糊词集之间是通过隶属函数来联系的。模糊变量的隶属函数就和普通变量的特征函数一样，但它的取值范围并不是单纯的0或1，而是在[0, 1]之间连续变化。隶属函数的形状常采用梯形、三角形、钟形、高斯形等。在实际应用中，为方便起见，采用三角形的较多。
3． 根据上一步得到的输入变量(模糊量)及模糊控制规则，按模糊推理合成规则计算控制量(模糊量)。模糊控制规则是根据操作者的经验或专家的知识，用if， then描述的一组条件语句。
4． 控制量的模糊量转化为精确量。上一步虽然通过模糊推理得到了控制量，但它是模糊形式的，而真正的执行机构不能接受模糊量，只能接受精确量，所以必须把控制量由模糊形式转化为精确形式，这一步也叫做解模糊化。
篇9：基于单片机的液位模糊控制器设计论文
2.1模糊控制器的结构设计
模糊控制器的结构设计是指确定模糊控制器的输入变量和输出变量。模糊控制器输入变量的个数称为模糊控制器的维数，目前广泛采用的均为二维模糊控制器.在此我们也选择这一结构形式。我们设计的是液位模糊控制器，就选择液位的
误差和误差的变化作为模糊控制器的输入变量，分别记作E, Ec。模糊控制器的输出应该是用来控制液位的，液位实际上就是受流入量和流出量的影响，而流出量是根据后续工艺不停的变化，是不可控的。所以模糊控制器的输出就只有一个，作为控制流入量执行机构的控制量，记作U。对于模糊控制器的输出，可以有两种形式，一种是绝对的控制量输出，另一种是增量方式输出。在本次设计的模糊控制器中，我们选择了绝对值输出方式 。
2.2模糊控制规则的设计
控制规则的设计一般包括三部分内容：选择描述输入输出变量的词集，定义各模糊变量的模糊子集和建立模糊控制器的控制规则。下面就分别来进行说明：
1.选择描述输入、输出变量的词集
对于液位误差、误差变化率及控制量我们选用相同的模糊词集，都用自然语言大、中、小来进行描述，将大、中、小再加上正、负两个方向并考虑变量的零状态，共有七个词汇，即
{负 大 ， 负 中 ，负小，零，正小，正中，正大}
为叙述方便，用英文字头缩写表示为
{N B ,N M , N S ,Z E, PS, PM,P B}
其中，N=Negative, P=Positive, B=Big, M=Medium, S=Small, ZE=Zero 。
2.定义各模糊变量的模糊子集
定义一个模糊子集，实际上就是要确定模糊子集隶属函数曲线的形状。对于输入变量误差和误差变化率，我们选用的模糊子集论域和隶属函数曲线都完全一致，所以在此就只针对误差的模糊子集的确定来进行说明。误差的模糊子集论域取[-6,6 ]之间，然后离散化，只取整数，所以它的模糊子集论域可表示为
{-6 ，-5 ，-4，-3，-2，-1,0 ,1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 }
其中有13个元素，而模糊词集中有7个元素，基本满足了二倍的关系，可以保证不会出现失控现象。为了计算方便，将隶属函数曲线都选为三角形形式，而且根据经验，在靠近0附近，三角形的形状选的窄一些，这样有利于提高灵敏度，抑制超调。在远离0的地方，三角形的形状选的宽一些，因为这时候误差还很大，不会引起超调。至于三角形具体形状及位置的有关参数，是根据经验初步确定的，在控制器调试的时候还需要对这些进行反复的修改。
篇10：多时延网络化系统中保性能控制器设计论文
多时延网络化系统中保性能控制器设计论文
论文关键词:网络化系统 控制 保性能 状态反馈
论文摘要:针对大规模、实时性要求较高的集散工业控制环境,建立了闭环控制回路用网络来实现的网络化系统.针对网络化系统,提出了一种多时延系统模型.考虑到模型的不确定因素,推出了无记忆状态反馈、鲁棒保性能控制器的存在条件.给出了如何利用MATLAB软件进行控制器设计并给出性能优化的方法.仿真结果表明,该控制器有很好的鲁棒性,对所有允许的网络不确定延迟和模型不确定性,具有良好的性能指标,可以用于分散环境下的大型工业控制系统.
网络化系统作为一门交叉学科,既涵盖控制又关联网络.因此在系统设计时,应该综合考虑控制和网络的因素.网络的引入将给系统带来延迟,同时,系统的模型会具有不确定性因素.依照这个宗旨,本文针对带有不确定性模型结构的网络化控制系统,建立了多延迟系统模型,证明了其无记忆状态反馈保性能控制器(guaranteed cost control)存在且使系统稳定的充分条件,并给出了该控制器设计和性能优化的方法.仿真结果表明,对带有不确定性模型结构的网络化控制系统,该控制器具有很好的鲁棒性.
1 多延迟模型的建立
本文所研究的网络化控制系统如图1所示,其中,传感器为时间驱动,且采样周期定常,设为h.控制器和执行器均为事件驱动.系统中,用s和a分别表示信号从传感器到控制器、控制器到执行器之间的网络传输延迟,并且假设控制对象(plant)的全部状态采样值用一个包传输.
假设系统中延迟s和a是定常的,并且小于两个采样周期.因为系统中延迟和周期采样的影响,系统模型将被转换为
由于环境的复杂、器件的老化和非线性等因素,在实际的网络化系统建摸中,系统具有不确定性.因此,本文将考虑具有不确定性因素的网络化系统模型
模型(2)中,假定控制向量为范数有界,且具有以下形式:
式中:D,Ej为反映不确定结构的常数矩阵;而F为满足条件FtF≤I的未知不确定矩阵,其元素Lebesgue可测且有界.系统的性能指标定义为
本文研究的问题是对具有模型(2)的网络化控制系统,设计一个无记忆状态反馈控制器
c(k) =Kx(k), (5)
使得对所有允许的不确定性,该网络化控制系统是渐进稳定的,且性能指标值满足J≤J*,其中J*是某个确定的常数.通常称具有这样性质的控制器(式(5))是不确定网络化控制系统(式(2))和性能指标(式(4))的保性能控制.
2 保性能控制设计和优化
文献[1~4]中,采用增广状态法,建立起了滞离散网络化控制系统的无时滞的离散模型,然后应用一般的线性二次型规则设计的方法,给出了一种状态反馈控制律.这种方法使系统状态维数增加并给计算带来了一定的困难.同时,将使设计出的的控制器不仅依赖当前的状态,而且还依赖以前的状态.因此,本文针对模型不确定网络化控制系统(式(2)),设计一无记忆状态反馈保性能控制器.在以下主要结论的导出中,要用到文献[3]中的`一个引理.引理1[3] 给定适当维数的矩阵X,D和E,其中X是对称的,则X+DFE+ETFTDT<0.对所有满足ftf≤i的矩阵f成立,当且仅当存在一个常数ε>0时,使得
定理1 对于系统(2)和性能指标(4),若存在矩阵K,对称正定矩阵P,S和T,使得对所有允许的不确定性,矩阵不等式
证明 若存在对称正定矩阵P,S,T和矩阵K,使得对所有允许的不确定性,矩阵不等式(6)成立.系统(2)中,取控制律c(k)=Kx(k),则导出闭环系统为
x(k+1) =Acx(k)+B1Kx(k-1)+B2Kx(k-2). (7)
选取一个李雅普诺夫函数
则V(k)是正定的,沿闭环系统(7)的任意轨线,V(k)的前向差分是
若条件式(6)成立,则对所有允许的不确定性,有根据李雅普诺夫稳定性理论,网络化控制系统(7)是渐进稳定的.进而由不等式(9)可得式(10)两边对k从0到∞求和,并利用系统的稳定性可得Kx(k)是系统的一个保性能控制律.定理得证.下面以LMI的形式给出该保性能控制器构造的方法.矩阵不等式(6)可以写成
式中ω4=-P+KTSK+KTTK+Q+KTRK,根据矩阵的Schur补性质,代入Ac,B1和B2的表达式,再利用引理1可得三角阵
再利用MATLAB的LMI工具箱,可解出具有最优性能的无记忆鲁棒状态反馈控制器.
3 仿真结果
考虑如下控制系统:
不失一般性,不妨假设传感器采样周期h为10 ms,时延s和a均为8 ms.Q=diag{1,1},R=0.3,D=[0.1 0.1]T,E=0.1,E0=0.1,E1=0.1,E2=0.2,根据前面的讨论,通过MATLAB的LMI工具箱可以构造出的最优性能鲁棒控制器为
c(k) = [0.112 1-0.126 1]x(k).
闭环系统性能指标的最优上界为112.254 1.仿真结果表明,该无记忆状态反馈保性能控制律,对允许的网络延迟和模型不确定性,确实具有良好的性能.
参考文献
[1] Zhen Wei, Xie Jianying. Online-evaluation control fornetworked control systems[C]∥IEEE Conference onDecision and Control. Las Vegar: IEEE ControlPress, 2002: 1 649-1 650.
[2] Lian Feng-Li, Jame M. Optimal controller design andevaluation for networked control systems with distrib-uted constant delays[C]∥Proceedings of AmericanControl Conference. Anchorage: IEEE ControlPress, 2002: 3 009-3 014.
[3] Li Yu, Gao Furong. Optimal guaranteed cost controlof discrete-time uncertain systems with both state andinput delays[J]. Journal of the Franklin Institute,2001, 338(1): 101-110.
[4] Park Chang-Woo. LMI-based robust stability analysisfor fuzzy feedback linearization regulators with its ap-plications[J]. Information Science, 2003, 152: 287-301.
篇11：低身位电动摩托车造型设计研究论文
1低身位电动摩托车的人机工程学分析
1.1人机工程学的分析
根据国家标准GB10000-88《中国成年人人体尺寸》数据，我们可以分析低身位电动摩托车的人机尺寸：
（1）根据人体手臂的均值就可以设计出适合驾驶员驾乘过程中，身体与车把手之间的适合手臂运动的距离。
（2）人力推电动摩托车前进时，一般都是从手功能高到肘高的尺度范围内进行活动的，我们在设计车把手的时候，要根据手功能高这个均值，设计出适合人在推电动车时，车把手距离地面之间的垂直距离高度。
（3）设计车座椅时要根据坐姿肩高的数据设计出靠背的高度。
（4）设计车座椅时要根据人的大腿和小腿长度来设计出座椅距地面的高度和长度。
（5）根据人的肩宽比例图，能设计出适合车两个把手之间的最佳距离。
1.2确定低身位电动摩托车人机尺寸
（1）研究中国六个区域人体尺寸的均值和标准差中国地域辽阔，不同地区间人体尺寸差异较大，故按人体测量尺寸资料将全国分为六个区域，各区域的名称人体尺寸的均值和标准差如下：（如图-1所示）各个城市身高体重的平均数据都不同，根据这些数据，我们既要设计出符合大众又可以符合偏离均值比较多的某城市。针对这一现象有一个设计思路，电动摩托车可以像人的衣服一样，分款式和大小两个型号，大号适合百分位比较高的群体，小号则适合百分位比较低的群体，这样的设计更加符合人机工程学当中“以人为本”的设计标准。
（2）人体参数计算方法根据人体参数计算方法，人体体积和表面积虽然因为人的体形和胖瘦的不同而不同，但作为社会人群来考虑，可以以体重、身高为基本依据，用经验公式进行计算，根据这些人的体积来设计出适合低身位电动车的空间大小。
（3）确定低身位座椅高度根据我国男性平均身高定，并经过测量得出男装摩托车座包到地面的高度为700mm，当人坐在车上时两腿微微分开其下阴到地面也就是座包到地面的高度700mm。由于我们所设计的属于低身位的车型，那么座椅及其人的身位都将要比其他普通电动摩托车的数据要低，所以座椅距离地面高度大概在400mm至500mm之间，这样才能既符合人机尺寸，又能突出低身位的设计理念。
（4）整个车身比例根据调查显示，电动摩托车的外形尺寸一般是：长是1840mm，宽是460mm,高是1100mm左右，我们要根据这个尺寸来设计低身位的电动摩托车的外形尺寸，这款电动摩托车的外形是大小两个型号来设计，根据我国成年人人体尺寸的数据把电动车设计成两个大小的型号,①长是1750mm，宽是400mm，高是900mm②长是1900mm，宽是500mm，高是1150mm
篇12：低身位电动摩托车造型设计研究论文
4.1安全准则
（1）安全措施：现如今安全成为人们在驾驶交通工具时最重视的问题，人们在驾乘汽车出事故时，因系安全带保住了驾驶者的生命高达70%，因此低身位电动车设计安装了安全带，在驾乘中人们应提高佩戴安全带的意识，加强在行进中的自我防范的安全措施。如图-4为C1-E2009年电动概念摩托车，此款电动摩托车在设计上加入了安全带措施，增强了驾驶者在驾乘中的安全保障。
（2）安全颜色：据统计，在雾天、雨天或每天清晨、傍晚时分，黄色汽车和浅绿色驾乘车时最容易被人发现，发现的距离比发现一般深色汽车要远3倍左右。浅淡且颜色鲜艳不仅使低身位电动摩托车的外形轮廓看上去增大了，使驾乘者有较好的可视性，而且使反向开来的驾驶员精神振奋，精力集中，有利于行车安全。因此，低身位电动摩托车在设计上采用明亮醒目的颜色。
（3）功能安全：很多人都认为四轮的车身是最稳定的，事实上这不是绝对的。初中的时候我们学到，三角形的结构是最稳定的，但三个轮子的车身也是存在安全问题，在转弯的时候摇摆动作更大，因此我们在要遵循三角最稳定原理的基础上，总结适合低身位电动摩托车车轮的位置。
4.2造型准则
（1）电动摩托车的上下造型面的轻重关系，反映出它的稳定性。稳定性有基本条件，重心越低，越靠近地面，其稳定性就越高。在造型设计上多用正方形和梯形，颜色上多采用渐变的色彩，给人以轻巧灵动的美感。
（2）由于此款车身位较低，尺寸较小巧，要将尾部与中部结合起来。车尾向后延伸，后排座位可叠起来以便放置较多或较长的物品。因为这种车型的尾部造型较呆板，所以在置物箱的.设计上要新颖大胆。
（3）根据流线型的设计，车前端应尽量低矮，尾部需要加厚加高且斜度趋于平缓，腰线前低后高，形成所谓的“半斜背式”形状。
4.3结构准则
（1）低身位电动摩托车的车身前、中、后结构三段比例设计中，整体车身的高与宽的比例应为1:3左右。在处理局部结构时，往往利用对比去衬托主要的成分为主，从而达到造型主调所需要的效果。
（2）设计中三角形的设计结构最为稳定，在车架结构设计中，以三角结构拼接为主，利用多个三脚结构理念堆积出一个最稳定的车身结构。
（3）低车位电动摩托车的设计中驾乘者的整体身位降低，这要求我们在设计车外形结构时要掌控好适合低身位的各个角度，加强驾乘者驾驶的舒适度。据测定，膝部伸展角度在130°至150°之间脚的蹬力最大且最为舒适，实际设计中是我们要根据这个数据进行结构研究与改造。
4.4人机准则
（1）在设计中要以改善驾驶员的舒适性为核心，以人的安全、健康、舒适为目标，力求使整个电动摩托车的总体造型和结构达到最优。对人体结构特征和机能特征进行研究，提供人体各部分的尺寸、体表面积等参数，根据特征残数的均值来设计出最适合驾驶员乘坐的低身位电动摩托车。
（2）对于低身位车座椅的设计，采用桶形设计，对人体进行全方位有效的支撑，可以调节来以适应不同人群。座椅采用近似弧面设计，当人坐下时对全身进行有效支撑，尤其是大腿及身体两侧，头枕设计确保颈椎自然，防止长时间驾驶带来颈部不适。电动摩托车的低身位设计可以减少静态疲劳，有利于身体健康和工作质量和劳动效率的提高。此款低身位电动摩托车在装饰效果上才用了多颜色的设计，在造型上以流线型为主，座椅重心较低并采用人机的弧面设计，设计新颖大胆。但其在颜色设计上多采用黑白灰等颜色，其颜色选择不够鲜艳醒目，不能增强驾驶者、反向开来的驾驶员和行人的视觉效果力和注意力；在座椅设计上未采用靠背式造型，未在设计上增加安全带的装置，大大提高了驾驶员在驾乘中的危险系数。
5结论
根据以上的人体参数数据和人机尺寸，通过分别整理设计和对比普通电动摩托车和低身位电动摩托车的区别和联系，根据国家标准的人体尺寸，研究并确定了适合低身位电动摩托车的尺寸。在突出表现低身位形态的基础上，将低身位电动车的功能布局和造型进行合理的设计和划分，增强电动车的审美外观。对一系列设计方法和例子进行探讨研究、为这一类电动摩托车的造型设计提出一系列的相关设计准则，为今后在设计低身位电动摩托车中，提出了理论和数据基础。
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