焊線機(jī)焊接壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【獨(dú)家畢業(yè)課程設(shè)計(jì)帶任務(wù)書+開題報(bào)告+外文翻譯】,焊線機(jī),焊接,壓力,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì),獨(dú)家,畢業(yè),課程設(shè)計(jì),任務(wù)書,開題,報(bào)告,講演,呈文,外文,翻譯 編號(hào)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)外文翻譯 （原文） 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 范 與 森 學(xué) 號(hào)： 1200120309 指導(dǎo)教師單位： 機(jī)電工程學(xué)院 姓 名： 王 斌 職 稱： 講 師 2016 年 05 月 20 日 53A 4. A to of in 7th of of 9th it to A of 9th of of a to s of in 920s of by 930s. of 930s, by of as in UK as an to in .. in 9.... ........................................ .................. ....... ........................... 945............................................ .......... .................................. 67................................................. 67or ar in by be to of by as as as of in of is in C) D) in as in by 1203) bn 1206), by of D,to in by in to of of by It to 030 3030 303131464629322735373843424240423838393939s in 8th 1572–1633). at I no a of of or to a of an we of 5a of 8th to of so as to in a to as of of A of to a to Of 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 s a to in to to it of to be to s he a of a as to it It in 9of in a of of of in of it to a in (in to A to as as to of an no on 9th of be at By of in a of a of of a in a of in in to a at a as A of of a 840 [of a to 868 by an in of of a to be by 0 a in of to a of 875 in he of of 857) 875 877)in a a In we of at A of in 876, 877, 878/79. at of a s 7a = 0 ,x y as He a in x–y of .3 893 at of a s of a A to a up to be 911 [At of 0th on of a 13]. s 905922 [ in of 9th 873 éa on he in an of of by of g as 900 (of 0th 907–1914. a an an an a an in an to in a of of in an 914 [to a a of of to to ...] 7 25181739713a to an to a ..]s of on ...]of in by 930s a of 94.2 of 922 [ 885 (to be to he to SA 918, he of be in he of s he a he of in of 0th in a of on of In s 933, as by or in 9200s of 9th a of on a of 888 of he by of by It of 0th s of 0th of in SA üof to of of as as of on to of a 928 of an of a At in In a on 927he at of of of a 932 [ to or s +of of is no is a be a an of be in of s 1934 of to in n + d(E)E + N + D)E + N + D)E + N + s to of in on 930s,in to a of in 1+He tof1 編號(hào)： 自動(dòng)控制的歷史 自動(dòng)控制，特別是在反饋上的應(yīng)用，已經(jīng)成為了自動(dòng)化發(fā)展的基礎(chǔ)。它起源于液位控制、水鐘和古代的氣體力學(xué) /水力學(xué)。從 17 世紀(jì)起，就設(shè)計(jì)出了用于溫度控制、工廠機(jī)械控制和蒸汽機(jī)調(diào)控的系統(tǒng)。在 20 世紀(jì)期間，人們就很清楚地認(rèn)識(shí)到了反饋控制系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的問題。 20 世紀(jì)末，英國(guó)的勞斯和瑞士的赫維茨獨(dú)立推導(dǎo)出了穩(wěn)定性判據(jù)。也是在 20 世紀(jì)末，人們看到了伺服系統(tǒng)的發(fā)展，開始是用于船舶操縱，后來應(yīng)用于自動(dòng)駕駛儀。飛機(jī)的發(fā)明增加了一個(gè)新的控制問題。20 世紀(jì) 20 年代，米諾爾斯基的船舶控制理論分析闡明了三項(xiàng)控制的性質(zhì)，在 20 世紀(jì) 30 年代也被用于過程控制?；?20 世紀(jì) 30 年代伺服系統(tǒng)和通信工程的發(fā)展，以及高性能火炮控制系統(tǒng)需求的驅(qū)使，在二戰(zhàn)之后，美國(guó)、英國(guó)以及其他地方，理論相干體被作為經(jīng)典的控制被人們所知，跟控制論的思想相同。同時(shí)，基于龐加萊和李雅普諾夫的方法，蘇聯(lián)研制出一種動(dòng)態(tài)建模的方法。 隨著信息逐漸的傳播，由于冷戰(zhàn)中導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的需求和刺激，狀態(tài)空間和現(xiàn)代控制技術(shù)在東西方得到迅速發(fā)展。在戰(zhàn)爭(zhēng)以后，對(duì)自動(dòng)化的需求也極大的增加了，與此同時(shí)數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)展也使自動(dòng)控制數(shù)字化成為可能。 目錄 古代和近代時(shí)期 20 世 紀(jì)的穩(wěn)定性分析 二戰(zhàn)之前的船舶、飛機(jī)和工業(yè)控制 電子工業(yè)，信息反饋和數(shù)學(xué)分析 二戰(zhàn)和經(jīng)典控制：基礎(chǔ)設(shè)施 第二次世界大戰(zhàn)與經(jīng)典控制：理論 現(xiàn)代控制理論的出現(xiàn) 數(shù)字計(jì)算機(jī) 自 1945 年來社會(huì)技術(shù)環(huán)境 結(jié)論和發(fā)展趨勢(shì) 深入閱讀 2 古代和近代時(shí)期 反饋控制，可以說是起源于希臘和阿拉伯的浮閥調(diào)節(jié)器 [，它們被希臘人和阿拉伯人用于控制像水鐘、油燈和分酒機(jī)這樣的設(shè)備，也用來控制水箱水位。由于起始時(shí)用希臘或阿拉伯語(yǔ)描述總是很模糊，而且缺少插圖，所以這種系統(tǒng)的精確結(jié)構(gòu)沒有完全清楚。當(dāng)時(shí)希臘最有名的是 元前三世紀(jì)）和 元一世紀(jì)），他們活躍在地中海東部（亞歷山大港、拜占庭）。水鐘的傳統(tǒng)被阿拉伯的作家如 1203)和 1206)以在書本中描述的形式延續(xù)下來。公元九至十世紀(jì)，被認(rèn)為是偽阿基米德的阿拉伯匿名作家給 希臘文字做了一個(gè)特定參照，在當(dāng)時(shí)產(chǎn)生了極大影響。公元九世紀(jì)，巴格達(dá)的三兄弟也建造了 傳統(tǒng) 浮閥調(diào)節(jié)器。 浮閥調(diào)節(jié)器似乎不會(huì)傳播到中世紀(jì)的歐洲，盡管有一些翻譯經(jīng)典文本的作家存在。它似乎在工業(yè)革命間改造，在英國(guó)出現(xiàn)，例如在 18 世紀(jì)。歐洲第一個(gè)獨(dú)立的反饋系統(tǒng)是 1572溫度調(diào)節(jié)器， 法院的詹姆斯一世以及英國(guó)的查爾斯二世在布拉格度過了他大部分的職業(yè)生涯， 人沒有留下任何書面記錄，但是一些當(dāng)代的書籍摘要記下了他的發(fā)明。閥門控制爐道煙氣的實(shí)質(zhì)是酒精（或其他）溫度計(jì)起操作作用，從而控制外殼溫度。這個(gè)設(shè)備的螺絲改變了我們現(xiàn)在所說的設(shè)定點(diǎn)。 如果說水平和溫度調(diào)節(jié)是現(xiàn)代控制系統(tǒng)的兩個(gè)先驅(qū)，那么一些為使用風(fēng)力設(shè)計(jì)的裝置便為更精細(xì)復(fù)雜的裝置指明了方向。在 18 世紀(jì)開發(fā)出的磨坊扇尾既能使磨坊帆直接進(jìn)風(fēng)，還能自動(dòng)改變迎角，從而避免在遇到大風(fēng)的時(shí)候超速。另一種重要的裝置是升降機(jī)。磨盤有隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加而獨(dú)立的傾向，從而損害面粉的質(zhì)量。許多技術(shù)被開發(fā)用來感測(cè)速度，由此產(chǎn)生一個(gè)恢 復(fù)力壓迫磨盤使其合攏靠近。在這些裝置中，最重要的就是 裝置 [這個(gè)裝置用離心擺來測(cè)速度，在一些應(yīng)用上還可以提供反饋，因此指出了離心調(diào)速的方法。 第一臺(tái)蒸汽機(jī)是往復(fù)式動(dòng)力機(jī)，被研制用來驅(qū)動(dòng)水泵； 旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)在 17 世紀(jì) 80 年代早期就被賣出了，但是直到 80 年代末，離心調(diào)速器材被應(yīng)用到機(jī)器上。繼 合作者 一次訪問，他在倫敦訪問 看到一臺(tái)升降機(jī)在離心調(diào)速器的控制下運(yùn)轉(zhuǎn)（ ( 正如上面看到的那樣，基本上被 請(qǐng)了專利），他們?cè)鴩L試保守秘密但是失敗了。這些秘密在 1973 年被人第一次復(fù)制，在后來十年里傳播到英國(guó) [ 20 世紀(jì)的穩(wěn)定性分析 3 20 世紀(jì)早期隨著離心調(diào)速器的傳播，一些主要問題變得越來越明顯。第一，由于缺少整機(jī)控制，調(diào)速器不能去除偏移：用當(dāng)時(shí)的術(shù)語(yǔ)來說就是不能夠規(guī)范化，只能適度化。第二，它對(duì)負(fù)載變化的響應(yīng)很緩慢。第三，（非線性的）摩擦力作用在機(jī)器上會(huì)導(dǎo)致振蕩（極限循環(huán)）。人們?yōu)榱丝朔@些困難做了很多嘗試，例如，西門子計(jì)時(shí)器利用 差動(dòng)調(diào)轉(zhuǎn)齒輪裝置 不僅有效地引進(jìn)了整機(jī)控制，而且實(shí)現(xiàn)了機(jī)械放大。另外一個(gè)接近于這個(gè)設(shè)計(jì)的同步調(diào)節(jié)器（無偏移）則是基于巧妙的機(jī)械結(jié)構(gòu)，但是經(jīng)常遇到穩(wěn)定性的問題。 然而，在 20 世紀(jì)可以看到為蒸汽機(jī)和水輪機(jī)開發(fā)出的實(shí)用調(diào)節(jié)器在穩(wěn)步前進(jìn)發(fā)展，包括彈簧載荷的設(shè)計(jì)（更小但更快的運(yùn)轉(zhuǎn)）和繼電器（間接作用）調(diào)速器 [20 世紀(jì)末，各種尺寸和設(shè)計(jì)的調(diào)速器在有效監(jiān)管一系列程序上得到應(yīng)用，并為穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)生成了很多圖文技術(shù)。一些工程師們關(guān)心反饋系統(tǒng)的分析動(dòng)態(tài)。 在與工程界并行發(fā)展的同時(shí)，一些杰出的英國(guó)科學(xué)家為了保持望遠(yuǎn)鏡一直指向一顆繞著地球旋轉(zhuǎn)的行星，開始對(duì)調(diào)速器感興趣?；始姨煳膶W(xué)家 1840 年 [楚地表 明了這樣的反饋系統(tǒng)傾向變得不穩(wěn)定。 1868 年 速器動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析，通過電學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，調(diào)速器中旋轉(zhuǎn)的線圈速度必須保持恒定不變。 1868 年 2 月 20 日，他的經(jīng)典論文在調(diào)速器領(lǐng)域得到了皇家協(xié)會(huì)的認(rèn)可。 導(dǎo)出一個(gè)三階線性模型，以及就特征方程而言正確的條件系數(shù)。不能為高階模型推導(dǎo)出一個(gè)解決方案，他表示希望這個(gè)問題能獲得數(shù)學(xué)家們的關(guān)注。 1875 年，劍橋大學(xué)亞當(dāng)斯獎(jiǎng)在數(shù)學(xué)領(lǐng)域的主題被設(shè)為動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性的判據(jù)。主考官之一是 人（ 1857 年的亞當(dāng)斯獎(jiǎng)獲得者）， 1875 年的亞當(dāng)斯獎(jiǎng)（ 1877 年授予）獲得者為 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性感興趣很多年，得出了五階系統(tǒng)的解決方案。在發(fā)表的論文里[們能看到 本的著名的勞斯 - 赫爾維茨穩(wěn)定性判據(jù)。 與此相關(guān)的是，歐洲大陸的獨(dú)立工作在同一時(shí)間開展 [ 1876 年，圣彼得堡的 工作總結(jié)出現(xiàn)在法國(guó)的 de l’1877 年在俄羅斯和德國(guó)出現(xiàn)完整的版本 ， 1878/79 年在法國(guó)出現(xiàn)。 時(shí)一般音譯為 蒸汽機(jī)調(diào)速器的三階微分方程模型轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)格式： ?3 + 1 = 0，其中 x 和 y 作為數(shù)廣為人知。然后他指出在 面一個(gè)點(diǎn)上定義系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的本質(zhì)。圖 示了 的圖解，在平面上添加了不同區(qū)域的典型極星座。 1893 年，來自蘇黎世聯(lián)邦理工的 究學(xué)習(xí)了高壓水輪機(jī)的動(dòng)力學(xué)，還運(yùn)用了 方法評(píng)估了三階模型的穩(wěn)定性。然而，一個(gè)更為現(xiàn)實(shí)的模型，是十七階， 數(shù)學(xué)家同事 出了一個(gè)普4 遍的問題， 快提出了他的版本的勞斯 - 赫爾維茨判據(jù)。這兩個(gè)版本在 1911 年被 明是完全相同的。 在 20世紀(jì)初，第一代關(guān)于原動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)的書籍出現(xiàn)在一些說歐洲語(yǔ)言的地方 [13]，其中最有影響力的就是 s 1905 至 1922 年期間經(jīng)歷了三個(gè)版本 [后來的版本包括赫爾維茨穩(wěn)定性判據(jù)。 二戰(zhàn)之前的船舶、飛機(jī)和工業(yè)控制 第一艘結(jié)合反饋來操縱發(fā)動(dòng)機(jī)的船舶出現(xiàn)在 20 世紀(jì)中葉。 1873 年 é版了一本關(guān)于伺服電動(dòng)機(jī)的書，書上不僅描述了各種設(shè)計(jì)在家族企業(yè)的發(fā)展，還敘述了位置式控制的一般原則。反饋控制在海上的另一個(gè)重要應(yīng)用就是炮塔操作，液壓技術(shù)也廣泛地應(yīng)用于傳輸系統(tǒng)。包括魚雷，也同樣使用越來越復(fù)雜的反饋系統(tǒng)進(jìn)行深度控制?；剞D(zhuǎn)效應(yīng)（圖 在 20 世紀(jì)的頭幾十年，陀螺儀被越來越多的應(yīng)用在船舶的穩(wěn)定和自動(dòng)駕駛上。拓了主動(dòng)性減搖裝置：陀螺羅盤和陀螺自動(dòng)駕駛儀，在 1907 至 1914年間申請(qǐng)了各種專利。 自動(dòng)駕駛儀是一種復(fù)雜的裝置，一個(gè)內(nèi)環(huán)控制的電動(dòng)機(jī)操縱舵機(jī)，而外環(huán)使用陀螺羅盤來感應(yīng)前進(jìn)方向。 設(shè)計(jì)了一個(gè)預(yù)感器來復(fù)制一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的舵手壓舵的方式（以防止轉(zhuǎn)向過度）；這個(gè)預(yù)感器實(shí)際上就是一種適配控制。 他的兒子 在同一時(shí)期發(fā)明了飛行器自動(dòng)穩(wěn)定器，添加了復(fù)雜的三維控制。 914 年在巴黎描述了一個(gè)廣受好評(píng)的示范性系統(tǒng) [ 在這個(gè)系統(tǒng)中 用四個(gè)陀螺儀安裝形成一個(gè)穩(wěn)定的參考平臺(tái)；一列電氣火車，機(jī)械和氣動(dòng)元件檢測(cè)相對(duì)于平臺(tái)的飛行器的位置，修正信號(hào)應(yīng)用于飛行器控制表面。穩(wěn)定劑同時(shí)作用于俯仰和橫滾 [. . . ]該系統(tǒng)通常被調(diào)整到給一步干擾一個(gè)大約非周期的響應(yīng)。微分作用的結(jié)合 [. . . ]是基于 系統(tǒng)行為的直覺理解，該系統(tǒng)同樣適用于 [. . . ]調(diào)整增益使飛機(jī)速度相匹配。 船舶和飛行器穩(wěn)定性的技術(shù)顯著進(jìn)步發(fā)生在后來的二十幾年， 20 世紀(jì) 30 年代中期一些航空公司開始使用 動(dòng)駕駛儀來進(jìn)行長(zhǎng)途飛行。然而，除了在 當(dāng)時(shí)并非廣為人知，當(dāng)時(shí)對(duì)這樣的反饋控制系統(tǒng)沒有理論的調(diào)查研究。最早的重大研究是由 行的，在 1922 年出版 [ 出生在俄羅斯（他的俄語(yǔ)知識(shí)在很久以后被證明對(duì)西產(chǎn)生了重要的影響），在俄羅斯海軍服役期間，他學(xué)習(xí)研究了船舶轉(zhuǎn)向的問題，接著他在 1918 年移民到美國(guó)，他首次對(duì) 船舶自動(dòng)操作進(jìn)行了理論分析，這項(xiàng)研究清楚地5 確定了控制措施應(yīng)采用的方式：盡管 有使用現(xiàn)代意義上的術(shù)語(yǔ)，但是他介紹了一個(gè)適當(dāng)比例的組合，即導(dǎo)數(shù)和積分作用。然而 作品并沒有被廣泛傳播。盡管他給了閉環(huán)控制一個(gè)好的理論基礎(chǔ)，他寫下了一個(gè)英雄時(shí)代的發(fā)明，但是在當(dāng)時(shí)的工程實(shí)踐中，直覺和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)比理論分析重要。 在 20 世紀(jì)的前幾十年，在其他領(lǐng)域也有了重要的技術(shù)發(fā)展，雖然這依舊沒有什么理論基礎(chǔ)。電力工業(yè)帶來了對(duì)電壓和頻率控制的需求；很多使用 驅(qū)動(dòng)輥 的過程需要對(duì)速度進(jìn)行精確控制，一些國(guó)家為了海 軍和防空射擊槍支的精確性，在系統(tǒng)上做了大量的工作。在工業(yè)生產(chǎn)中，測(cè)量?jī)x器和氣動(dòng)控制器發(fā)展得越來越成熟，s 圖 1933 年發(fā)明的專利，包括了積分和比例動(dòng)作，在 20 世紀(jì) 30 年代末期，三項(xiàng)控制器得到了應(yīng)用，包括超前或微分控制。理論的發(fā)展是緩慢的，然而，直到電子和通訊在 20 世紀(jì) 20 年代和 30 年代取得進(jìn)步之后，在二戰(zhàn)期間才被翻譯成控制領(lǐng)域。 子工業(yè)，信息反饋和數(shù)學(xué)分析 20 世紀(jì)中期以來 電報(bào)和電話的迅速蔓延 人們促使對(duì)電子電路行為進(jìn)行了大量的理論調(diào)查研究。從 1888 年起的若干年內(nèi)， 他運(yùn)營(yíng)的微積分領(lǐng)域發(fā)表了論文 [然而盡管他的技術(shù)對(duì)電機(jī)網(wǎng)絡(luò)的瞬態(tài)反應(yīng)產(chǎn)生了有效作用，但卻由于缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性而被當(dāng)代的數(shù)學(xué)家猛烈抨擊，最后被公立機(jī)構(gòu)投了反對(duì)票。直到 20 世紀(jì) 20 年代， 人取得了 運(yùn)算微積分和傅里葉方法之間的聯(lián)系，從而證明了 術(shù)的正確有效性 [ 20世紀(jì) 30年代人類特別是美國(guó)和德國(guó)看到了研究電路和濾波器設(shè)計(jì)的 重要性， ü最早考慮 電報(bào)信號(hào)的最大傳輸速率 問題以及通訊行業(yè)中信息的概念的兩個(gè)人，他們都對(duì)電路反饋整體穩(wěn)定性問題進(jìn)行了研究分析[ 1928 年 反饋分析了 自動(dòng)增益控制電路的動(dòng)力學(xué) 。他很贊賞動(dòng)態(tài)反饋系統(tǒng)，但是他的積分方程方法結(jié)果僅有一個(gè)近似值和設(shè)計(jì)圖，而不是一個(gè)嚴(yán)格的穩(wěn)定性判據(jù)。在美國(guó)大約同一時(shí)期， 橫穿大陸的電話機(jī)設(shè)計(jì)了反饋放大器（圖 1927 年 8 月，在哈得遜河渡口一個(gè)著名的 主顯節(jié) ，他意識(shí)到負(fù) 面的反饋可以減少因降低成本而造成的失真。 他貝爾實(shí)驗(yàn)室的同事 達(dá)了這樣一個(gè)反饋回路穩(wěn)定性的問題， 1932 年發(fā)表了著名的頻域包圍準(zhǔn)則 [ 明，運(yùn)用柯西定理，穩(wěn)定性的關(guān)鍵是開環(huán)頻率響應(yīng)軌跡是否環(huán)繞復(fù)平面（ 原始公約）上的點(diǎn) 1+ 種方法的優(yōu)點(diǎn)之一就是沒有任何分析結(jié)果證明開環(huán)頻率響應(yīng)是必須的：一組測(cè)量點(diǎn)可以在不需要數(shù)學(xué)模型的情況下繪制。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，不像勞斯 - 赫爾維茨判據(jù)，瞬態(tài)響應(yīng)的評(píng)估6 可以直接從 線中依據(jù)增益和 相位容限 中進(jìn)行（這就是如何關(guān)閉軌跡方法的關(guān)鍵點(diǎn)）。 1934 年的論文發(fā)表中報(bào)告了他對(duì)負(fù)反饋放大器發(fā)展的貢獻(xiàn)，以及在頻域的閉環(huán)分析中成為標(biāo)準(zhǔn) [ 在貝爾實(shí)驗(yàn)室里第三個(gè)對(duì)電子系統(tǒng)反饋分析起關(guān)鍵作用的人是 20 世紀(jì) 30 年代從事均衡器研究工作，并且他證明了衰減和相移 在任何一個(gè)可實(shí)現(xiàn)的電路 都有關(guān)聯(lián) [通訊工程建立快速截止和慢速相移的夢(mèng)想確實(shí)只是個(gè)夢(mèng)想。 進(jìn)了增益和相位裕度的概念， 重新劃分了現(xiàn)在傳統(tǒng)的奈奎斯特圖形式的臨界點(diǎn) ?1+ 他還介紹了著名的繪制雙對(duì)數(shù)坐標(biāo) 的 直線近似線性系統(tǒng)的頻率響應(yīng)曲線 。 二戰(zhàn)后立即出版了一本經(jīng)典的著作提出了他的方法 [ 如果通信工程師的工作是典型控制的一個(gè)主要前兆，那么另一個(gè)前兆就是在 20世紀(jì) 30 年代高性能伺服系統(tǒng)的發(fā)展。隨著模擬仿真器越來越多的使用，對(duì)伺服系統(tǒng)的需求越來越普遍，例如用于電力工業(yè)的網(wǎng)絡(luò)分析儀和用于廣泛?jiǎn)栴}的微分分析儀。 20 世紀(jì) 30 年代早期，六積分微分分析儀均在美國(guó)和英國(guó)的不同地方操作。一個(gè)主要的創(chuàng)新中心就是麻省理工學(xué)院 ，一個(gè) 貢獻(xiàn)了設(shè)計(jì)的地方。 1934 年 結(jié)了早幾年伺服系統(tǒng)理論的發(fā)展 [他采用了歸一化曲線，還使用了時(shí)間常數(shù)和阻尼因子等參數(shù)來表征伺服響應(yīng)，但他沒有給出任何穩(wěn)定性分析：盡管他似乎意識(shí)到了 工作，但他（ 像幾乎所有他的同時(shí)代的人 ）似乎沒有意識(shí)到反饋伺服系統(tǒng)和反饋放大器之間的密切聯(lián)系。 20 世紀(jì) 30 年代，美國(guó)的產(chǎn)品逐漸在其他地方聞名。這從戰(zhàn)前的蘇聯(lián)、德國(guó)和法國(guó)有足夠的證據(jù)證明，例如， 成果如果沒有廣泛的傳播就不能為大家所知。 1940 年，例如， 版了一本關(guān)于自動(dòng)化控制的書，書上介紹了逆 [并且在同一年，許多西方國(guó)家提出和討論自動(dòng)化期間，莫斯科舉行了一次會(huì)議 [同樣在俄羅斯，對(duì)非線性動(dòng)力學(xué)開展了大量的工作，在世紀(jì)更替的時(shí)候利用 方法進(jìn)行開發(fā) [然而這些方法在二戰(zhàn)結(jié)束之前并沒有在俄羅斯之外為人所知。 戰(zhàn)和經(jīng)典控制：基礎(chǔ)設(shè)施 雖然在前面部分介紹了主要進(jìn)展部分，但在二戰(zhàn)期間，一門關(guān)于反饋控制的學(xué)科開始出現(xiàn)，使用一系列設(shè)計(jì)和分析技術(shù)來實(shí)現(xiàn)高性能系統(tǒng)，特別是那些防空武器的控制。特別的是，在二戰(zhàn)期間可以看到一些來自電子學(xué)科和電子工程、機(jī)械工程、7 數(shù)學(xué)領(lǐng)域的工程師們聚在一起，并且隨后實(shí)現(xiàn)了一個(gè)共同的框架可以應(yīng)用到所有各種元素的控制系統(tǒng)，達(dá)到了預(yù)期的試驗(yàn) [1]。 20 世紀(jì) 30 年代末期，消防控制問題是軍事研究和發(fā)展的一個(gè)主要問題。雖然不是一個(gè)新的問題，但是空戰(zhàn)的重要性意味著防空武器控制有了新的重要意義。在手動(dòng)控制下，飛行器能被雷達(dá)探 測(cè)到，飛行范圍可以測(cè)量，飛行器的位置可以通過外殼來計(jì)算和預(yù)測(cè)，槍支能瞄準(zhǔn)和射擊。一個(gè)經(jīng)典的系統(tǒng)可能涉及 14 個(gè)運(yùn)營(yíng)商。顯然，自動(dòng)化的方法是高度可取的，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需要進(jìn)行伺服機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)槍瞄準(zhǔn)、控制器的設(shè)計(jì)和跟蹤飛行器統(tǒng)計(jì)可能采取避險(xiǎn)行動(dòng)等一系列詳細(xì)的研究。 在美國(guó)， 政府、產(chǎn)業(yè)和學(xué)術(shù)界的合作 非常密切，并且三個(gè)研究實(shí)驗(yàn)室至關(guān)重要。麻省理工學(xué)院 的 伺服系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室匯集了 其他 項(xiàng)目人， ,為高性能的伺服系統(tǒng)的控制回路設(shè)計(jì)開發(fā)頻域方法。尤其是與 持密切聯(lián)系，一個(gè)在制 導(dǎo)系統(tǒng)有良好記錄的公司，正如上面所說。同時(shí)， 麻省理工學(xué)院的輻射實(shí)驗(yàn)室 最出名的，或許是其在雷達(dá)和遠(yuǎn)距離航海上的工作成果， 動(dòng)追蹤雷達(dá) 支管制 技術(shù)設(shè)計(jì)的進(jìn)一步發(fā)展而工作。第三個(gè)火控發(fā)展的重要機(jī)構(gòu)就是貝爾實(shí)驗(yàn)室，在貝爾實(shí)驗(yàn)室像 樣偉大的人物，跟麻省理工學(xué)院的 行著合作，他們攻克了很多未得到解決的問題， 包括平滑理論和槍瞄準(zhǔn) 預(yù)測(cè)。在戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束時(shí)期，大多數(shù)被稱為經(jīng)典控制的技術(shù)在這些實(shí)驗(yàn)室里被闡述， 20 世紀(jì) 40 年代末一系列論文和教科書中出現(xiàn)了這些新學(xué)科，呈現(xiàn)給更廣泛的工程社區(qū) [ 美國(guó)政府對(duì)控制系統(tǒng)發(fā)展的支持被很好的記錄下來 [1]。 1940 年建立了國(guó)防研究委員會(huì)（ 并且在次年與科學(xué)研究和發(fā)展辦公室（ 并。在帶領(lǐng)下，新機(jī)構(gòu)解決了防空措施問題，因此伺服問題成為了主要優(yōu)先問題。國(guó)防研究委員會(huì)的防衛(wèi)部分專門 用于檢測(cè)、控制和儀器 ，是反饋控制發(fā)展的最重要部分。隨著 建立， 編為師，第 7 師，火控，在 覆蓋可細(xì)分為：基于地面的防空火力控制；機(jī)載火力控制系統(tǒng)；伺服系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸 ； 光測(cè)距儀 ； 消防分析 以及海軍的雷達(dá)火控。 談到英國(guó)，由于二戰(zhàn)的爆發(fā)，各種軍事研究站在有雷達(dá)和炮鋪存在的地方高度活躍，也有政府機(jī)構(gòu)和工業(yè)企業(yè)之間關(guān)系密切，如大都會(huì) - 維克斯，英國(guó)湯姆森 - 休斯頓等等。然而，可以肯定的說，它的整體的協(xié)調(diào)不能像美國(guó)那樣奏效。在英國(guó)，一個(gè)被稱為 機(jī)構(gòu)對(duì)反饋控制系統(tǒng)中理論發(fā)展的轉(zhuǎn)播和其他的研究有重大貢獻(xiàn)。原本在 1942 年非正式地確立了所羅門的倡議的結(jié)果（馬爾文一個(gè)特殊雷達(dá)小組的組長(zhǎng)），作為一個(gè)學(xué)術(shù)團(tuán)體在 1942 年 5 月至 1945 年 8 月進(jìn)行每月一次的例會(huì)。戰(zhàn)爭(zhēng)會(huì)議的結(jié)束包含了美國(guó)的貢獻(xiàn)。 在二戰(zhàn)之前及二戰(zhàn)期間，德國(guó)在軍事和民事應(yīng)用上的控制系統(tǒng)發(fā)展非常成功（例如魚雷和飛行控制）。 1938是導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)展特別重要的時(shí)期， 19368 年初期，測(cè)試和開發(fā)中心在波羅的海沿海岸的佩內(nèi)明德成立，制導(dǎo)和控制的工作能看到工業(yè)行業(yè)、政府和高校的參與。然而，在德國(guó)的控制領(lǐng)域似乎沒有出現(xiàn)過重大的國(guó)家研發(fā)協(xié)調(diào)。高性能伺服系統(tǒng)沒有任何發(fā) 展，因?yàn)檫@些都在美國(guó)和英國(guó)。當(dāng)我們跳出德國(guó)的軍事形勢(shì)來看待問題，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)異乎尋常的關(guān)于控制甚至控制論的意識(shí)。 1939 年， 大德國(guó)工程師協(xié)會(huì)之一，在控制工程上成立了一個(gè)專家委員會(huì)。早在 1940 年 10 月，該機(jī)構(gòu)的主席 談話內(nèi)容涵蓋了控制工程及其與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和文化之間的關(guān)系 [值得一提的是，該委員會(huì)在戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期依舊召開會(huì)議，并且在 1944 年發(fā)行了主要涉及控制概念和術(shù)語(yǔ)的報(bào)告，還考慮了許多新興學(xué)科的基本問題 。 蘇聯(lián)在戰(zhàn)前對(duì)控制表達(dá)了很濃厚的興趣，主要是為了蘇聯(lián)的五年計(jì)劃經(jīng)濟(jì)背景下的工業(yè)應(yīng)用。 蘇維埃社會(huì)主義共和國(guó)聯(lián)盟 的建設(shè)幾乎沒有受到西方國(guó)家的注意除了幾個(gè)孤立的歷史學(xué)科賬目。值得注意的是， i 1934 年成立，并且 i 1939 年成立（均在蘇聯(lián)科學(xué)院的主持下，蘇聯(lián)科學(xué)院是通過網(wǎng)絡(luò)控制的科學(xué)研究機(jī)構(gòu)）。 20 世紀(jì) 30 年代中期與許多控制設(shè)備的制造商對(duì)應(yīng)，從 西方期刊中翻譯了大量的文章。 初期被損毀，然而，經(jīng)過 件，即一個(gè)典型的蘇聯(lián)人抨擊了一個(gè)偽科學(xué)的研究者，這使得在相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)技術(shù)工作受損 [在 20世紀(jì) 30 年代至 40 年代，俄羅斯的其他主要涉及到控制理論的研究中心（如果不是為了實(shí)際應(yīng)用）是高爾基大學(xué)（現(xiàn)在名 在這里，亞歷山大·安德羅諾夫和同事們?cè)?20 世紀(jì) 30 年代建立了非線性動(dòng)力學(xué)研究中心 [安德羅諾夫在 20 世紀(jì) 40 年代期間與莫斯科經(jīng)常接觸，并且提出了新興的控制理論，包括在高爾基大學(xué)的非線性研究，和在美國(guó)和英國(guó)的開發(fā)。然而，蘇聯(lián)對(duì)于控制工程似乎沒有一個(gè)協(xié)調(diào)的戰(zhàn)時(shí)工作，并且莫斯科的 資本主義受到威脅時(shí)是散亂的。然而，在莫斯科似乎有一個(gè)新興的控制領(lǐng)域，下諾夫哥羅德、列寧格勒、俄羅斯的工人們都極為了解西方的公開文獻(xiàn)。 二次世界大戰(zhàn)與經(jīng)典控制：理論 伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)在 20 世紀(jì) 30 年代的美國(guó)已經(jīng)得到了發(fā)展。在 1940 年，他的同事在麻省理工學(xué)院對(duì)閉環(huán)系 統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)進(jìn)行了細(xì)致的研究，引入了系統(tǒng)運(yùn)算符 1/(1+ 為 分算子 P 的函數(shù)。在 1940年末國(guó)家發(fā)改委和麻省理工之間正在為一系列的伺服項(xiàng)目而草擬合同。其中一個(gè)最重要的貢獻(xiàn)者是 他的博士論文里發(fā)展了經(jīng)典的頻率響應(yīng)方法，并在1943 年以機(jī)密文件的形式發(fā)表，然后在戰(zhàn)爭(zhēng)過后被公開。 導(dǎo)得出單位反饋伺服系統(tǒng)的頻率響應(yīng)為 KG([1+KG(,應(yīng)用 則，介紹了一種新的繪制9 系統(tǒng)響應(yīng)圖的方法，他稱之為 來 線也是受 如述的那樣： 嘗試設(shè)計(jì)出一個(gè)穩(wěn)定的自然頻率高的阻尼高的伺服系統(tǒng)。 [...]他需要一種整定的方法，從傳遞函數(shù)軌跡圖上看， K 的值應(yīng)該是期望的振幅比。作為一種尋找 K 值的輔助手段，他把極坐標(biāo)圖和恒定的振幅曲線重疊在一起。那些曲線呈現(xiàn)出圓形 ..者使用一張印有 不需要再去繪制 因放射實(shí)驗(yàn)室而出名的麻省理工學(xué)院，當(dāng)時(shí)他們正在研究自動(dòng)追蹤雷達(dá)系統(tǒng)。其中一個(gè)重要的創(chuàng)新就是引入了尼克勒斯圖，與 是使用尼克勒斯圖能更加方便地測(cè)量到振幅比的分貝值，把圓型變成了完全不一樣的幾何形態(tài)。 英國(guó)科學(xué)家當(dāng)時(shí)正在探究防控武器的抗干擾和預(yù)知技術(shù)，包括在麻省理工學(xué)院的 及在貝爾實(shí)驗(yàn)室的伯德和香農(nóng)。這項(xiàng)工作涉及到相關(guān)飛行器運(yùn)動(dòng)統(tǒng)計(jì)學(xué)的應(yīng)用。盡管 猜想在 20 世紀(jì) 40 年代初的嘗試和應(yīng)用沒有獲得成功，但是被證明對(duì)以后的發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。 當(dāng)時(shí)在英國(guó)，正規(guī)技術(shù)并不是很先進(jìn)。在 20 世紀(jì) 30 年代，雖然 個(gè)地方從事著槍械控制方面的工作，但是當(dāng)時(shí)的工程師們并不欣賞動(dòng)力學(xué)。雖然他們還在使用諧波響應(yīng)曲線，但是他們也會(huì)不自覺地使用奈奎斯特準(zhǔn)則，直到 20 世紀(jì) 40 年代。在英國(guó)也有其他關(guān)鍵的科學(xué)研究者，如早在 1942 年就使用了逆幅相曲線，并一直推廣他關(guān)于各種私服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在德國(guó)， 加入了關(guān)于閉環(huán)設(shè)計(jì)的研究。 在戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期，許多國(guó)家獨(dú)立地發(fā)展著基本的采樣數(shù)據(jù)控制?？偟膩碚f都是 Z 變換只是名稱不同罷了。與此同時(shí) 英國(guó)研究著時(shí)間序列模型的雙線性變換，然而 用差分方程來模擬這樣的系統(tǒng)。 自 1944 年，由于戰(zhàn)爭(zhēng)的關(guān)系，設(shè)計(jì)技術(shù)的研究成果可以輕而易舉的獲得，其中不單單是美國(guó)和英國(guó)，也有德國(guó)和蘇聯(lián)。在這 10 年里，或許 根軌跡法是加入經(jīng)典控制理論的最后一個(gè)元素了。 代控制理論的出現(xiàn) 現(xiàn)代或者狀態(tài)空間方法控制理論基本 上來自 19世紀(jì)末的工作。正如之前提到的那樣，俄羅斯人按著他們的路線繼續(xù)著他們的研究，特別是在 20 世紀(jì) 20 年代到 20 世紀(jì) 30 年代這一段時(shí)間里在莫斯科和伐爾基 (現(xiàn)在上世紀(jì) 30 年代的俄羅斯的文獻(xiàn)慢慢傳播到西方，但它只是在戰(zhàn)10 后時(shí)期，特別是一頁(yè)一頁(yè)地翻譯蘇聯(lián)的主要期刊介紹，在美國(guó)和其他地方的研究人員開始熟悉蘇聯(lián)文獻(xiàn)。但是相平面法已經(jīng)被西方控制工程師所繼承。第一次出現(xiàn)是在 期的教科書中。冷戰(zhàn)需要控制工程以航空航天 彈道目標(biāo)控制為中心。詳細(xì)和準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，無論線性的還是非線性的都需要被獲得，并且經(jīng)典頻率響應(yīng)和根軌跡正在越來越多地被一些測(cè)量和性能最優(yōu)設(shè)計(jì)方法所代替，比如如減少軌跡或燃料的消耗。高階模型表示為一組一組的狀態(tài)變量的一階方程。比起經(jīng)典的單輸入單輸出系統(tǒng)建模的微分方程狀態(tài)變量允許一個(gè)更復(fù)雜的表示的動(dòng)態(tài)行為。在一般情況下，我們使用矩陣的形式，其中 x 是狀態(tài)變量， u 是輸入 y 是輸出。 x = y = 自動(dòng)控制理論在 20 世紀(jì) 40 年代到 20 世紀(jì) 50 年代的發(fā)展，極大地得到了工程專業(yè)機(jī)構(gòu)的變化和一 系列的國(guó)際會(huì)議的幫助。在美國(guó)，機(jī)械工程師學(xué)會(huì)和美國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)都對(duì)其結(jié)構(gòu)做出了一系列的調(diào)整，以適應(yīng)于日益增加的伺服系統(tǒng)和反饋控制的重要性。在英國(guó)也有類似的變化發(fā)生在英國(guó)的專業(yè)結(jié)構(gòu)，尤其是電氣工程師學(xué)會(huì)，同時(shí)也包含測(cè)量與控制研究所和機(jī)械和化學(xué)工程。關(guān)于這個(gè)課題的第一會(huì)議出現(xiàn)在倫敦和紐約在 20 世紀(jì) 40 年代后期，但第一個(gè)真正的國(guó)際會(huì)議在 1951 年于英國(guó)的克蘭菲爾德。緊跟著就發(fā)生了許多事件，其中最有影響力的是 1956 年 9 月海德堡事件，由德國(guó)兩大工程體的聯(lián)合控制委員會(huì)主辦， 際自動(dòng)控制聯(lián)合會(huì)的成立，在 1957 年的第一次會(huì)議上， 1960 年在莫斯科。對(duì)卡爾曼的一般理論的控制系統(tǒng)來說莫斯科會(huì)議也許是最有意義的一次會(huì)議，確定了多變量反饋控制和多變量反饋過濾，和最優(yōu)控制的最初的發(fā)展。 在 20 世紀(jì) 50 年代末 60 年代初，可以看到許多關(guān)于動(dòng)態(tài)規(guī)劃和最優(yōu)控制的出版物，對(duì)自動(dòng)控制理論更全面的討論將會(huì)出現(xiàn)在第 9 第 11 和第 10 章。 字計(jì)算機(jī) 20 世紀(jì) 50 年代，數(shù)字計(jì)算機(jī)的引入給自動(dòng)控制帶來了巨大的改變?？刂乒こ淘缫押陀?jì)算設(shè)備聯(lián)系在一起。正如上面說的一樣，伺服系統(tǒng)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力就是模擬計(jì)算的應(yīng)用。但是數(shù)字計(jì)算機(jī)的引入 帶來的最大的變化中，確定頻率響應(yīng)或者根軌跡的模糊設(shè)計(jì)方法，扮演著這一個(gè)不可替代角色。 也有一些關(guān)于數(shù)字計(jì)算機(jī)第一次應(yīng)用于過程控制的一些爭(zhēng)論，但是可以確定的是 煉廠在 1959 年引入了數(shù)字計(jì)算機(jī)，在之后的一年，工廠在 引入了數(shù)字計(jì)算機(jī)，這是最早的兩個(gè)。期初11 的系統(tǒng)是監(jiān)督系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)里獨(dú)立的閉環(huán)被傳統(tǒng)的電、氣、液控制器控制，但是被計(jì)算機(jī)監(jiān)控和優(yōu)化。更專業(yè)的過程控制計(jì)算機(jī)出現(xiàn)在 20 世紀(jì) 60 年代后半期，同時(shí)提供了直接數(shù)字控制 (監(jiān)督控制。在 ，計(jì)算機(jī)本身執(zhí)行離散的控制算法，比如三項(xiàng)控制或其他算法。這樣的計(jì)算機(jī)在當(dāng)時(shí)是相當(dāng)昂貴的，同時(shí)也需要忍受編程方面的問題，在 20 世紀(jì) 70 年代早期，很快就被一些更加便宜的迷你計(jì)算機(jī)所替代，尤其是迪吉多公司 類。但是，在很多的地區(qū)，微處理器取得了最好的 效果?；谖⑻幚砥鞯臄?shù)字控制器很快就發(fā)展起來，因其小巧、可靠、包含許多可供選擇的控制算法、與監(jiān)督計(jì)算機(jī)能夠很好的通信、相對(duì)來說易于通過一個(gè)操作接口來使用編程和診斷工具。微處理器也更容易成為設(shè)備的一部分，比如說可以放在機(jī)器人的手臂，提供一些專門的位置控制。 可編程邏輯控制器 (自動(dòng)控制發(fā)展史中經(jīng)常被忽略。 于替代獨(dú)立的繼電器而被專門開發(fā)出來的，在各種各樣的工業(yè)環(huán)境中用于順序 (和結(jié)合 )邏輯控制。早期的連接板設(shè)備出現(xiàn)在 20 世紀(jì) 60 年代，但是第一款 能是莫迪康公司用于通用馬達(dá)為了替換機(jī)電的繼電 器而研制的一款產(chǎn)品。現(xiàn)代的 供了許多的控制選項(xiàng)，包括了傳統(tǒng)的閉環(huán)控制算法如 時(shí)也包含了邏輯函數(shù)。盡管計(jì)算機(jī)在工業(yè)應(yīng)用的地位越來越高， 用得還是挺廣泛，這歸功于它的穩(wěn)定性和被人們所熟悉。 數(shù)字計(jì)算機(jī)使那些更加高級(jí)的控制技術(shù)成為了可能。在適應(yīng)控制中，算法更具環(huán)境而變化。適應(yīng)控制有著悠久的歷史：所謂增益調(diào)度，比如，當(dāng)控制器的增益隨著一些測(cè)量參數(shù)的變化，在數(shù)字計(jì)算機(jī)之前被使用得很好。 (典型的例子就是飛行控制，高度影響著飛行器的動(dòng)力，因此在設(shè)置增益的時(shí)候需要把高度加入考慮的范圍 )。然而數(shù)字適應(yīng) 控制提供了更多的可能性： 最優(yōu)和魯棒技術(shù)也得到了發(fā)展，在 20 世紀(jì) 60 年代可能最出名的是線性二次高斯 ( H∞ 近似。沒有數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)，旨在優(yōu)化系統(tǒng)的干擾 (根據(jù)一些衡量行為 )，在于此同時(shí)在模型上抵抗誤差，可能只是數(shù)學(xué)上的好奇。 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制的一個(gè)非常不同的方法是把系統(tǒng)行為和控制器算法從純粹的數(shù)學(xué)模型分離出來。例如，在模糊控制中，控制行為是基于模糊的一組規(guī)則表達(dá)的變量。例如： 12 IF to 模糊變量 夠被計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)換成為有效的控制命令。相關(guān)的技術(shù)包括學(xué)習(xí)型控制和基于知識(shí)的控制。前者控制系統(tǒng)會(huì)更具自身環(huán)境學(xué)習(xí)，使用的是人工智能 (響應(yīng)的修改自身的行為。后者使用了一系列的 術(shù)來推算解決方法并提供近似的控制動(dòng)作。 1945 年來社會(huì)技術(shù)環(huán)境 這是一個(gè)簡(jiǎn)短的關(guān)于自動(dòng)控制的調(diào)查，集中講述了技術(shù)上的發(fā)展或者從某些角度上來看也是公共機(jī)構(gòu)的發(fā)展。盡管有許多的詳盡的在某些方面的學(xué)術(shù)研究，但是全面的關(guān)于自動(dòng)控制的社會(huì)歷史至今都還沒有被寫出來。在這里我應(yīng)該只是說明一些自二戰(zhàn)以來主要的趨勢(shì)。 戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期工程和領(lǐng)域都有所發(fā)展，比如手術(shù)的研究，設(shè)計(jì)的方式和對(duì)大規(guī)模復(fù)雜的項(xiàng)目的管理。一些在戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期的研究已經(jīng)正在考慮做更大的規(guī)模。早在 1949年，當(dāng)年秋天的美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)上就有一些前瞻性的評(píng)論， 我們想得更多的是系統(tǒng)的哲學(xué)價(jià)值，是那些能 提高產(chǎn)品品質(zhì)，讓工廠運(yùn)作更協(xié)調(diào)，讓關(guān)于新工業(yè)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)學(xué)得到澄清，讓工業(yè)安全運(yùn)作的價(jià)值。為了在生產(chǎn)過程中避免原材料的浪費(fèi)，人們很快就再次想起這些控制的重要性。生產(chǎn)過程中能源或者電力的花費(fèi)也是控制理論應(yīng)該考慮的重要因素。關(guān)于那些居住在工廠附近地區(qū)的人的健康受法律保護(hù)，反對(duì)大氣污染和水流污染是一個(gè)很嚴(yán)肅的問題，不單單是從人體健康這一方面，也是因?yàn)榄h(huán)境這一方面，這都給自動(dòng)控制的發(fā)展敲響了警鐘。 一些自動(dòng)化新的技術(shù)一方面的確能給社會(huì)帶來巨大的好處，但其他方面更多的是消極的影響。 個(gè)例子寫到： 現(xiàn)代工業(yè)革 命 [...] 至少在操作簡(jiǎn)單和程序決策這點(diǎn)來看使得人類的大腦貶值。當(dāng)然，正如那些嫻熟的木匠、機(jī)械師、裁縫能夠在第一次工業(yè)革命幸存下來一樣，經(jīng)驗(yàn)豐富的科學(xué)家和管理者也能在第二次工業(yè)革命中幸存。然而，第二次革命的完成，使得那些技能水平中等獲中等偏下的人已經(jīng)沒有什么可以讓人值得去花錢的地方了。 13 難能可貴的是，許多在戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期參與了控制系統(tǒng)的開發(fā)的工程師又把目光投向了社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生物系統(tǒng)。作為 制論的補(bǔ)充， 了一本自動(dòng)控制思想在經(jīng)濟(jì)學(xué)中的應(yīng)用，而且在戰(zhàn)爭(zhēng)后 們都參與了生物系統(tǒng)的研究。 在 20 世紀(jì) 50 年代末一個(gè)關(guān)于自動(dòng)控制更具爭(zhēng)議性的應(yīng)用是數(shù)字計(jì)算機(jī)控制(引入，爭(zhēng)論一直圍繞著增加生產(chǎn)的效率與害怕廣泛的失業(yè)。在現(xiàn)在看來，我們依然在討論這個(gè)問題。 他的關(guān)于自動(dòng)化特別是對(duì)于 文章中評(píng)論到： [...]當(dāng)技術(shù)的發(fā)展被看做是政治，也應(yīng)該被看做是政治的時(shí)候，那么關(guān)于進(jìn)步正確的觀念會(huì)變得模糊：這是什么類型的進(jìn)步？進(jìn)步為了誰(shuí)？為什么要進(jìn)步？這種意識(shí)上的不確定，降低了技術(shù)在我們觀念和想象上的強(qiáng)大。 [...] 這種認(rèn)識(shí)不單 單是使我們?nèi)轿坏匾庾R(shí)到了技術(shù)和政治的潛力，而且還擴(kuò)寬了對(duì)于進(jìn)步的老舊思想，用人類實(shí)踐和社會(huì)平等來替換在技術(shù)解放上的簡(jiǎn)單理念。 論和發(fā)展趨勢(shì) 技術(shù)是人類活動(dòng)的一部分，也不能同政治經(jīng)濟(jì)和社會(huì)分離開來。自動(dòng)控制理論作為自動(dòng)化的核心，已經(jīng)給經(jīng)濟(jì)帶來了巨大的效益，使生產(chǎn)技術(shù)、水電供應(yīng)、環(huán)境保護(hù)、信息通信等等領(lǐng)域變得現(xiàn)代化，這些都是不可否認(rèn)的。于此同時(shí)自動(dòng)控制也讓人們對(duì)社會(huì)和現(xiàn)代化企業(yè)的運(yùn)作有了新的認(rèn)識(shí)。自動(dòng)化流程對(duì)人力的要求更低，這也讓在過去的一段時(shí)間里自動(dòng)化已經(jīng)成為了那些依靠大量的勞動(dòng)力來運(yùn)作的社會(huì)的一個(gè)難題。隨著我們向下一代自動(dòng)控制前進(jìn)，一些問題視乎還是得不到很好的解決，比如通訊技術(shù)和控制理論思想在其他新領(lǐng)域中的應(yīng)用。 未來的自動(dòng)控制有可能利用更加 復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，特別需要強(qiáng)調(diào)的是人機(jī)交互系統(tǒng)和人類行為模型，包括決策支持和認(rèn)知工程系統(tǒng)都會(huì)得到的進(jìn)一步的發(fā)展。安全方面在大規(guī)模自動(dòng)化系統(tǒng)中也變得越來越重要，大規(guī)模集成和多樣化人機(jī)交互，也會(huì)呈現(xiàn)更大的意義。 第 I 頁(yè) 摘 要 在焊接的過程中，焊接壓力的大小和焊接的時(shí)間，直接影響著焊接質(zhì)量。本次設(shè)計(jì)主要對(duì)焊接壓力控制系統(tǒng)進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)，并對(duì)控制的方法和原理進(jìn)行討論，最后進(jìn)行調(diào)試實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性和可行性。 焊接壓力控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要分為硬件的設(shè)計(jì)和軟件的設(shè)計(jì)。 硬件的設(shè)計(jì)包括 ： 電源模塊 、 單片機(jī)控制模塊 、 換模塊 、 通信模塊 、 電磁鐵驅(qū)動(dòng)模塊 、 壓力檢測(cè)模塊 。 軟件的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)和 用程序設(shè)計(jì) 。 其中單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)主要是 法的實(shí)現(xiàn)和與外設(shè)的交互 ； 用程序設(shè)計(jì)主要是顯示焊接壓力和串口的收發(fā)。 在本設(shè)計(jì)中 ， 焊接壓力控制系統(tǒng)采用了閉環(huán)控制 ， 具有精度高 、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。其中單片機(jī)使用 制算法充當(dāng)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器， 換模塊作為執(zhí)行器，焊接壓力作為被控對(duì)象，壓力檢測(cè)作為反饋環(huán)節(jié)。控制的具體過程為，首先單片機(jī)獲取焊接壓力值的大小，之后通過與給定值行進(jìn)做差運(yùn)算后得到壓力的誤差值，經(jīng)過 算后得到控制量，單片機(jī)將控制量通過 換然后控制電磁鐵，最后單片機(jī)再次讀取焊接壓力值，這樣就構(gòu)成了一個(gè)反饋控制系統(tǒng)。 單片機(jī)與 之間通過串口進(jìn)行通信 。 為了保證通信的可靠性 ， 本設(shè)計(jì)采用了數(shù)據(jù)幀以及 驗(yàn)機(jī)制 ，即發(fā)送方將數(shù)據(jù)幀進(jìn)行 驗(yàn)后，然后將校驗(yàn)值加入到數(shù)據(jù)幀中一塊發(fā)送，接收方接收到數(shù)據(jù)幀以后，用同樣的方式對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行 后再與接收到的 驗(yàn)值進(jìn)行比較，當(dāng)且僅當(dāng)接收方計(jì)算出的 驗(yàn)值與發(fā)送方發(fā)送過來的 驗(yàn)值一致時(shí)，才能認(rèn)為接收到的數(shù)據(jù)就是發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)。 關(guān)鍵詞 ： 焊接壓力；閉環(huán)控制；單片機(jī)； 法；串口通訊 第 n of of is of by of DA CU is to ID is to to or In a as ID as a DA as is as of to to ID to CU it a CU is In to of a RC to RC RC if if RC is is 目錄 目 錄 1 引言 ...................................................................................................... 1 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ...................................................................................... 1 字壓力控制系統(tǒng)硬件方案 ...........................................................................................字壓力控制系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì) ........................................................................................... 電源模塊 ............................................................................................................................ 單片機(jī)控制模塊 .............................................................................................................. ..................................................................................................................... 電腦通信模塊 ................................................................................................................... 電磁鐵驅(qū)動(dòng)模塊 .............................................................................................................. 壓力檢測(cè)模塊 ...................................................................................................................章小結(jié) .............................................................................................................................. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .................................................................................... 10 片機(jī)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ................................................................................................... 11 接壓力控制 .................................................................................................................. 11 .................................................................................................... 壓力值的獲取 ................................................................................................................. ............................................................................................................................ 焊接時(shí)間控制 ................................................................................................................. 液晶顯示 .......................................................................................................................... 串口通訊 ..........................................................................................................................用程序設(shè)計(jì) ....................................................................................... 19 口數(shù)據(jù)的收發(fā) ............................................................................................... 20 接壓力等信息的顯示 ................................................................................... 20 界面的設(shè)計(jì) ................................................................................................... 21 章小結(jié) .............................................................................................................. 22 4 系統(tǒng)樣機(jī)調(diào)試 .................................................................................... 23 A 轉(zhuǎn)換模塊調(diào)試 ............................................................................................................動(dòng)模塊調(diào)試 ....................................................................................................................力檢測(cè)模塊調(diào)試 ...........................................................................................................制效果調(diào)試 .................................................................................................................... 結(jié)論 .................................................................................................... 29 謝 辭 ...................................................................................................... 30 參考文獻(xiàn) .................................................................................................. 31 附錄一 焊接壓力控制系統(tǒng)電路原理圖 ................................................ 32 目錄 附錄二 焊接壓力控制系統(tǒng) ........................................................ 33 附錄三 焊接壓力控制系統(tǒng)主要 C 語(yǔ)言原程序 .................................... 34 附錄四 元件清單 .................................................................................... 51 第 1 頁(yè) 共 50 頁(yè) 1 引言 現(xiàn)如今的的電子產(chǎn)品電路板上的元器件越來越多，元器件與元器件之間的間距也越來越小。沒有一個(gè)性能優(yōu)良的焊線機(jī)，就無法適應(yīng)當(dāng)今電子世間的快速發(fā)展。在焊線機(jī)焊線動(dòng)作的過程中，焊機(jī)壓力的大小和時(shí)間長(zhǎng)短，直接決定了焊接質(zhì)量的好壞。本次設(shè)計(jì)的目的就是穩(wěn)定焊接壓力的大小和控制施加壓力的時(shí)間，對(duì)保證焊接質(zhì)量有著重要的意義。 本設(shè)計(jì)的目標(biāo)是設(shè)計(jì)出一個(gè)數(shù)字式的焊接壓力和時(shí)間控制系統(tǒng)，確保焊線機(jī)在焊接的過程中有穩(wěn)定的壓力和精確的時(shí)間控制，并且能夠?qū)附訅毫M(jìn)行顯示和記錄。 電源輸入為 10％， 50焊接的壓力和施加 壓力的時(shí)間可調(diào) ，并且焊接的壓力和施加壓力的時(shí)間誤差范圍不超過 ± 10％。 2 系統(tǒng) 硬件 設(shè)計(jì) 字 壓力控制系統(tǒng)硬件方案 硬件部分本設(shè)計(jì)采用了分模塊設(shè)計(jì)的方法，根據(jù)系統(tǒng)的需求設(shè)計(jì)出相應(yīng)的模塊，這樣既方便了設(shè)計(jì)，也便于后期的調(diào)試以及日后的升級(jí)改進(jìn)工作。本設(shè)計(jì)按照主要功能分可以設(shè)計(jì)為以下幾個(gè)模塊：電源模塊、單片機(jī)控制模塊、 數(shù)模轉(zhuǎn)換 模塊、電腦通信模塊、電磁鐵驅(qū)動(dòng)模塊、壓力檢測(cè)模塊。綜合以上模塊，可得出系統(tǒng)框圖如圖 2 圖 2字壓力控制系統(tǒng)系統(tǒng)框圖 設(shè)計(jì)的主要思路為：電磁鐵的壓力值通過壓力檢測(cè)模塊就能轉(zhuǎn)化為表征壓力大小數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊 單片機(jī)控制模塊 電磁鐵驅(qū)動(dòng)模塊 電腦通信模塊 壓力 檢測(cè)模塊 電磁鐵 F 電源模塊 第 2 頁(yè) 共 50 頁(yè) 的電壓信號(hào)，然后這個(gè)電壓信號(hào)再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片就轉(zhuǎn)化了成了單片機(jī)能夠處理的數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)就拿這個(gè)數(shù)字信號(hào)與設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行比較，得到偏差信號(hào)。該偏差信號(hào)經(jīng)過調(diào)節(jié)器做 算后，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器將調(diào)節(jié)壓力信號(hào)由數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。由于螺線管線圈中的電流與電磁鐵磁力成正比，通過電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，通過調(diào)節(jié)螺線管中的電流的大小，進(jìn)而控制 電磁鐵磁力大小，達(dá)到穩(wěn)定電磁鐵磁力大小的目的。 單片機(jī)與電腦之間能通過電腦通信模塊進(jìn)行相互通信 ， 單片機(jī)能夠?qū)@取到的壓力大小和系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)定信息上傳到電腦 ， 而電腦也可以發(fā)送相應(yīng)的設(shè)定信息到單片機(jī) 。 為了確保通信的可靠性 ， 軟件部分還需對(duì)通信過程中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀進(jìn)行 即發(fā)送方將數(shù)據(jù)幀進(jìn)行 后將校驗(yàn)值加入到數(shù)據(jù)幀中一塊發(fā)送，接收方接收到數(shù)據(jù)幀以后，用同樣的方式對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行 驗(yàn)，然后再與接收到的 且僅當(dāng)接收方計(jì)算出的 能認(rèn)為接收到的數(shù)據(jù)就是發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)。 字 壓力控制系統(tǒng) 模塊 設(shè)計(jì) 源模塊 電源模塊的主要功能為 ： 為系統(tǒng)提供安全可靠的電源 ，輸出 有直流 52V。 本設(shè)計(jì)中電源要求輸入為 10%，頻率為 50出則需要一個(gè)直流 5力傳感器、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊供電，以及需要一個(gè)直流 12慮到市場(chǎng)上雙輸出變壓器比較容易獲得，可而外加入一個(gè) 考慮到如上需求，電源模塊總體思路可定為降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓這 4個(gè)步驟，總體思路如圖 2 圖 2源模塊總體思路圖 各 個(gè) 步驟的作用如下 ： 降壓：將電網(wǎng)提供的 220 整流 ：由于二極管具有單向?qū)щ娦裕哉?fù)變化的交流電壓經(jīng)過二極管以后將變?yōu)閱蜗蛎}動(dòng)電壓。 濾波 ：減小脈動(dòng)電壓的波動(dòng)，使得輸出電壓波動(dòng)沒那么起伏。 穩(wěn)壓 ：利用電路的調(diào)整作用使輸出電壓穩(wěn)定。 第 3 頁(yè) 共 50 頁(yè) (一 ) 穩(wěn)壓電路 ， 采用 的是 用于各種電源穩(wěn)壓電路，輸出穩(wěn)定性好、使用方便、輸出過流、過熱自動(dòng)保護(hù)。其輸入電壓的范圍是 出電壓范圍是 典型值是 12V，最大輸出電流為 似 ， 只是它輸出電壓為 要注意的是 ， 在設(shè)計(jì)時(shí)需要著重考慮 。 (二 ) 整流以及濾波電路 ， 采用的是電容濾波的單相不可控整流電路 。 該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且易于實(shí)現(xiàn)，經(jīng)常用于單相交流輸入的場(chǎng)合。常用于計(jì)算機(jī)、電飯鍋等家電產(chǎn)品中，期整流部分就是如圖 2 u 1 u 2i 2C 當(dāng)空載的時(shí)候，輸出電壓最大， ???? = √2??2 。 當(dāng)負(fù)載大時(shí) ， 輸出電壓最小 ， ???? = 2 。 當(dāng) (3~5 2)? ?? 的時(shí)候 , ???? ≈ 2 。 (三 ) 整流電路的參數(shù)計(jì)算。 濾波電容的電容值的確定： 選用的電磁鐵一般的工作電流在 200右就能得到滿意的電磁吸力 ， 加上單片機(jī)系統(tǒng)的工作電流 ， 可以認(rèn)為 250由此可得單相不可控橋式整流電路中的負(fù)載 0歐計(jì)算。由此可得濾波電容的電容值 C = ??? = 0 = 1000了防止自激振蕩，在穩(wěn)壓器輸入端一般要再接一個(gè) 為了消除高頻噪聲，輸出端也需要接一個(gè) 1 為了防止因負(fù)載電流的變化而導(dǎo)致輸出電壓變化過大，所以輸出端需要并上一個(gè)電容來存儲(chǔ)和釋放電荷。一般 10070可以了。 第 4 頁(yè) 共 50 頁(yè) 電源變壓器變比的確定： 由于 ???? ≈ 2 ，由于 所以計(jì)算 得到 ??2 = / = 12?? 所以選用的變壓器變比為 220:12。 (四 ) 5 本設(shè)計(jì)采用 一款 壓斬波芯片 ，把之前獲得的 12V 電源降壓到5V， 該芯片輸入電壓范圍為 開關(guān)頻率為 性穩(wěn)定，且效率高，外圍電路也相對(duì)簡(jiǎn)單。 (五 ) 電源部分總體設(shè)計(jì)。 電源部分總體設(shè)計(jì)如圖 2示 ，變壓器采用的是 220V 輸出雙 12V 輸出，輸出分別接到電壓插座 在插座 負(fù) 125源工作后 3個(gè) 圖 2源部分總體設(shè)計(jì)原理圖 片機(jī)控制模塊 單片機(jī)控制模塊的主要功能為 ： 實(shí)現(xiàn) 制算法 、 實(shí)現(xiàn)液晶顯示 、 實(shí)現(xiàn)與電腦通信 、 實(shí)現(xiàn)按鍵的輸入 。 本設(shè)計(jì)采用的是 一款 8 位的 微型控制器 ，該控制器使用的是經(jīng)典的 核 ，但與傳統(tǒng)的 51 單片機(jī)相比， 512 字節(jié)的 8有內(nèi)部 能，多出一個(gè)定時(shí)器 直接通過串口下載程序。完成能夠勝任本次設(shè)計(jì)的需求。 引腳 圖如圖 2 第 5 頁(yè) 共 50 頁(yè) 圖 2(一 ) 單片機(jī)控制器的引腳分配。 單片機(jī)的引腳分配需要考慮到硬件的擺放情況和硬件所需要的功能，來進(jìn)行合理的分配，引腳分配如表 2 表 2單片機(jī)引腳分配情況 引腳 用途 引腳 用途 602液晶屏數(shù)據(jù)線 602液晶屏 10 按鍵 “左” 輸入 602液晶屏 E 鍵“上”輸入 602液晶屏 12 按鍵“下”輸入 口接收 鍵 “右”輸入 口發(fā)送 22(二 ) 液晶顯示。 1602液晶屏使用簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，一次能顯示 32個(gè)字符、數(shù)字、符號(hào)等，自帶字庫(kù)，通信協(xié)議簡(jiǎn)單。 1602顯示屏如圖2 第 6 頁(yè) 共 50 頁(yè) 圖 2602 顯示屏 (三 ) 按鍵輸入。 按鍵使用的是獨(dú)立按鍵 ，相對(duì)于矩陣鍵盤來說，獨(dú)立鍵盤占用 會(huì)多一些，但是編程上會(huì)相對(duì)簡(jiǎn)單。 本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了 4 個(gè)按鍵， 分別為 “ 上 ”、“下”、“左”、“右”鍵。按下“左”或者“右”鍵的時(shí)候，液晶屏上的光標(biāo)會(huì)在可以設(shè)置的參數(shù)下面左右移動(dòng)。按下“上”或者“下”鍵的時(shí)候，可以對(duì)參數(shù)進(jìn)行加減操作。當(dāng)同時(shí)按下“左”和“右”鍵的時(shí)候，則執(zhí)行調(diào)節(jié)任務(wù)。 數(shù)模轉(zhuǎn)換顧名思義就是把數(shù)字量轉(zhuǎn)變成模擬量，本設(shè)計(jì)采用了 位轉(zhuǎn)換芯片， 腳圖如圖 2 位轉(zhuǎn)換芯片，具有模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換功能，其特性如下： ·單獨(dú)供電。 · 6V。 ·低待機(jī)電流。 ·通過 輸出。 ·通過 3個(gè)硬件地址引腳尋址。 ·采樣率由 線速率決定。 ·有 4路可配置單端或差分的模擬輸入。 ·自動(dòng)增量頻道選擇。 ·模擬電壓范圍從 d ·內(nèi)置跟蹤保持電路。 · 8。 ·通過 1路模擬輸出實(shí)現(xiàn) 圖 2與單片機(jī)之間通信的接口為 線接口 ， 只需要 使用 單片機(jī) 2 個(gè) 即可，也不需要而外的外圍器件就能正常工作，使用方便。本設(shè)計(jì)中只用到了 第 7 頁(yè) 共 50 頁(yè) 模轉(zhuǎn)換功能 ， 其中 的極限輸出電流為 正負(fù) 20 腦通信模塊 單片機(jī)與電腦之間的通信是通過串口。由于單片機(jī)系統(tǒng)電平為 平，邏輯 0為 0V～ 邏輯 1為大于等于 而電腦串口是 邏輯 0為 +3V～+15V， 邏輯 1為 電平是不匹配的不能之間通信，需要做電平轉(zhuǎn)換。 電平轉(zhuǎn)換有許多種方法 ， 直接使用 一款電平轉(zhuǎn)換芯片 ， 或者用分立件搭建 。 兩種方法無本質(zhì)差別 ， 本設(shè)計(jì)采用分立件搭建電平轉(zhuǎn)換電路 。電平轉(zhuǎn)換電路如圖 2 圖 2平轉(zhuǎn)換電路圖 當(dāng) 送數(shù)據(jù)時(shí) ， 若發(fā)送邏輯 0，則 壓為 0V， 這時(shí)三極管 9012 導(dǎo)通，會(huì)得到一個(gè)略微小于 5V 的電壓，在 也就認(rèn)為接收到了邏輯 0。若 ，這 壓為 5V，這時(shí)三極管 9012是截止的，因?yàn)?3V～二極管 通 ， 電容 電 ， 上負(fù)下正 ，電容的作用會(huì)保持一段時(shí)間，而電位與電容 上極板電位是等同的，所以 壓也會(huì)在 為 接收到了邏輯 1。 當(dāng) 送數(shù)據(jù)時(shí) ， 若發(fā)送邏輯 1，則 壓為 三極管 9013顯然是截止的， 單片機(jī)這端就認(rèn)為接收到了邏輯 1。若 ，折 V～ 15V， 此時(shí)三極管 9013導(dǎo)通， V，在單片機(jī)這端就認(rèn)為接收到了邏輯 1。 磁鐵驅(qū)動(dòng)模塊 本設(shè)計(jì)采用的電磁鐵為樂清軒睿寧電器有限公司生產(chǎn)的 電吸盤，型號(hào)為用過程中工作的電流范圍為 0300以選用 一 第 8 頁(yè) 共 50 頁(yè) 款三極管來驅(qū)動(dòng) ，該三極管最大集電極電流為 3A，集電極 0V，放大倍 數(shù)大約為 300，驅(qū)動(dòng)原理圖如圖 2 圖 2磁鐵驅(qū)動(dòng)原理 圖 圖中并聯(lián)在電磁鐵兩端的二極管 ， 起到保護(hù)作用 。因?yàn)殡姶盆F為典型的感性負(fù)載，當(dāng)突然斷電的時(shí)候 會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較大的反電勢(shì) ，這個(gè)時(shí)候該 二極管就會(huì)導(dǎo)通 ， 從而保護(hù)了電路 。 假定流過集電極的最大電流為 300極管 電流放大倍數(shù)為 300，三極管基極 模轉(zhuǎn)換器輸出的最大電壓為 5V，則此時(shí)基極電流為 1所需要的最小基極電阻為 ?????????? = 5?? ?1???? = Ω 所需的最大基極電流為 ?????????? = 300????300 = 1???? 力檢測(cè)模塊 壓力傳感器采用的是市面上常見的稱重傳感器，如圖 2示。其測(cè)量原理是在彈性敏感元件上粘貼電阻應(yīng)變片，應(yīng)力的變化就轉(zhuǎn)化成了壓力的變化，從而變成電阻值變化，然后再通過差動(dòng)電橋?qū)㈦娮璧淖兓D(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱淖兓? 圖 2重壓力傳感器 第 9 頁(yè) 共 50 頁(yè) 該傳感器將電阻應(yīng)變片分別安放到了直流電橋相鄰的兩個(gè)橋臂，從而構(gòu)成了差動(dòng)直流電橋，如圖 2示 。給 1和 3之間施加 5后讀取 2 與 4之間的電壓差，然后與傳感器上的重量進(jìn)行相應(yīng)的換算后，就能獲 得獲取到傳感器上的壓力值的大小了。 圖 2重壓力傳感器的 差動(dòng)直流電橋（半橋式） 為了采集壓力傳感器輸出的電壓差 ，本設(shè)計(jì)采用了 一款模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 。其引腳定義及描述如圖 2 圖 24 位 A/其他的 A/片相比， 內(nèi)時(shí)鐘振蕩器，有著強(qiáng)抗干擾性、高集成度、快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。而且價(jià)格便宜，因此制作高精度電子秤的成本也相應(yīng)得到降低。無需對(duì) 行編程 ，與單片機(jī)通信只需要用到時(shí)鐘和數(shù)據(jù)這兩個(gè)管腳。有 兩個(gè)輸入通道可供選擇 ，輸入信號(hào)進(jìn)入通道以后會(huì)進(jìn)過一個(gè)內(nèi)部的低噪聲增益可編程放大器，進(jìn)而放大輸入信號(hào)提高靈敏度。內(nèi)部可編程放大器的增益為 128 或者 64，當(dāng)增益為 64時(shí)，最大差分輸入信號(hào)的幅度為± 40當(dāng)增益為 128時(shí)，則為± 20道 增益固定為 32。 。 需外接器件就能使用內(nèi)部的時(shí)鐘振蕩器。 開機(jī)初始化過程比較簡(jiǎn)單歸功于 其有上電自動(dòng)復(fù)位功能。 第 10 頁(yè) 共 50 頁(yè) 應(yīng)用方案如圖 2示 。 圖 2章小結(jié) 本章描述了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)部分，采用了模塊化設(shè)計(jì)，這里說的模塊化設(shè)計(jì)，即將產(chǎn)品的一些要素放到一起，于是就構(gòu)成了一個(gè)新的“組合”，這個(gè)“組合”可以看做一個(gè)整體，也可以與其他要素進(jìn)行組合，增加新的功能構(gòu)成新的“組合”，于是就能產(chǎn)生多種不同的產(chǎn)品。不僅方便了設(shè)計(jì)，而且極大方便了后期的調(diào)試工作。 3 系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì) 焊接壓力控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)總體分為兩個(gè)方面 ，分別 是單片機(jī)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和 在單片機(jī)系統(tǒng)軟件方面 ，要求單片機(jī)能夠控制焊接壓力的大小和時(shí)間，以及能夠與電腦的應(yīng)用程序進(jìn)行交互；在 求應(yīng)用程序能直觀地反應(yīng)出焊接壓力的變化，以及能夠設(shè)置單片機(jī)的一些控制參數(shù)。 本次設(shè)計(jì) 選 用的單片機(jī)為 供選擇的編程語(yǔ)言有 C 語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言，也被稱為“機(jī)器語(yǔ)言的助記符”，有著效率高、代碼執(zhí)行速度快等優(yōu)點(diǎn)，但如果工程量比較大，又摻有復(fù)雜運(yùn)算、浮點(diǎn)運(yùn)算、非線性方程等，匯編語(yǔ)言恐怕很難勝任開發(fā)任務(wù) 了。然而相對(duì)于匯編語(yǔ)言來說， 發(fā)效率高、便于移植等優(yōu)點(diǎn)，因此能勝任工程大的編程任務(wù)。所以本次設(shè)計(jì)采用 成軟件發(fā)開任務(wù)。集成開發(fā)環(huán)境為 用程序開發(fā) 使用的編程語(yǔ)言為 C++， 以及使用 Qt 完成 據(jù)官方描述， 其設(shè)計(jì) 理念 就是 通過 個(gè)應(yīng)用程序框架 使得 使開發(fā)人員能夠輕易地和快速地完成開發(fā)任務(wù) 。 行 ， 支持 第 11 頁(yè) 共 50 頁(yè) S X。 跨不同嵌入式操作系統(tǒng)和桌面去部署我們的應(yīng)用程序，我們無須重新編寫源代碼，只需進(jìn)行一次應(yīng)用程序開發(fā)。 片機(jī)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 焊接壓力控制系統(tǒng)的 單片機(jī) 軟件部分主要需要實(shí)現(xiàn)的功能如下 ： 焊接壓力的控制。其中包括 力的獲取、 焊接時(shí)間的控制。其中包括定時(shí)器的靈活運(yùn)用； 液晶顯示 。其中包括界面的設(shè)計(jì)和說明以及處理按鍵的輸入； 串口通訊 。其中包括通過串口上傳數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)； 單片機(jī)系統(tǒng)軟件框圖如圖 3 主程序串口通訊焊接壓力控制焊接時(shí)間控制液晶顯示圖 3片機(jī)系統(tǒng)軟件框圖 接壓力控制 焊接壓力控制的最終目的是 “穩(wěn)、準(zhǔn)、快”。 “穩(wěn)”指的是壓力控制系統(tǒng)要具有穩(wěn)定性，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是控制系統(tǒng)中最重要的問題，無所謂穩(wěn)定性就無所謂控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)在使用的過程中難免會(huì)收到干擾，撤除干擾后系統(tǒng)還能恢復(fù)原來的平衡狀態(tài)，就稱系統(tǒng)具有穩(wěn)定性。 “準(zhǔn)”指的是壓力控制系統(tǒng)要具有準(zhǔn)確性，即壓力的最終穩(wěn)態(tài)值應(yīng)該與期望值一致，若無法做到與期望值一致，則應(yīng)該讓穩(wěn)態(tài)誤差盡量的小。 “快”指的是壓力控制系統(tǒng)要具有快速性，即應(yīng)該盡快的把壓力的大小調(diào)節(jié)到期望的數(shù)值上，而且最大 震蕩幅度也要符合要求。 為了達(dá)到上述目的 ，正確 地選用控制器 和選擇使用開環(huán)還是閉環(huán)控制方式，成為了一個(gè)關(guān)鍵性的問題。 控制系統(tǒng)中的控制器，采用的基本控制規(guī)律不外乎比例、微分、積分等，或者是這三者的一些組合，如比例積分控制（ 比例微分積分控制（ 制等，以此來對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行有效的控制，現(xiàn)在這種條件技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，應(yīng)用范圍廣泛。 本次設(shè)計(jì)采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn) 節(jié)運(yùn)算，來實(shí)現(xiàn)對(duì)焊機(jī)壓力的控制。所謂 第 12 頁(yè) 共 50 頁(yè) 調(diào)節(jié)運(yùn)算是指根據(jù)目標(biāo)值與輸入值之間的偏差，對(duì)這個(gè)偏差進(jìn)行比例、積分、微分運(yùn)算，運(yùn)算出來的結(jié)果用來控制執(zhí)行器。焊機(jī)壓力控制框圖如圖 3控制的具體過程為，首先獲取壓力值的大小，之后通過與給定值行進(jìn)做差運(yùn)算后得到壓力的誤差值，經(jīng)過 算后得到控制量，單片機(jī)將控制量通過 換然后控制電磁鐵，構(gòu)成了一個(gè)反饋控制系統(tǒng)。 換P I D 運(yùn)算壓力給定值+ 機(jī)壓力控制框圖 不同于開環(huán)控制系統(tǒng)，反饋控制系統(tǒng)是根據(jù)偏差來實(shí)施控制的，不管是什么原因使被控量與期望 值產(chǎn)生誤差，為了使被控量與期望值保持一致，調(diào)節(jié)器必定會(huì)執(zhí)行一個(gè)相應(yīng)的動(dòng)作去消除或者減小這個(gè)誤差。可以說，反饋控制系統(tǒng)能夠抵制任何擾動(dòng)對(duì)被控量的干擾，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，而且還具有較高的控制精度。 所以主程序應(yīng)體現(xiàn)閉環(huán)控制的特點(diǎn) ，主程序流程圖如圖 3 開始初始化定時(shí)器初始化串口初始化液晶獲取當(dāng)前壓力值P 算 輸出控制信號(hào)更新液晶屏上傳界面數(shù)據(jù)接收串口消息圖 3程序流程圖 第 13 頁(yè) 共 50 頁(yè) 先計(jì)算出目標(biāo)值與當(dāng)前的壓力的差值稱之為誤差 ；將這個(gè)誤差與誤差和進(jìn)行加法運(yùn)算 ， 此時(shí)應(yīng)該注意的是 誤差和的數(shù)據(jù)范圍，若超出誤差和的數(shù)據(jù)范圍，應(yīng)當(dāng)采取措施避免數(shù)據(jù)溢出導(dǎo)致計(jì)算出錯(cuò)；令前一次的誤差（ 2]）等于上一次的誤差（ 1]），令上一次的誤差等于當(dāng)前誤差，然后計(jì)算出微分誤差（ 根據(jù)比例調(diào)節(jié)系數(shù)（ 當(dāng)前誤差可以計(jì)算出比例控制的控制量，根據(jù)積分調(diào)節(jié)系數(shù)（ 誤差和可以計(jì)算出積分控制的控制量，根據(jù)微分調(diào)節(jié)系數(shù)（ 微分誤差可以計(jì)算出微分控制的控制量，最后把這三相的數(shù)據(jù)相加就能獲得 制的控制量。 開始計(jì)算得到誤差的值e r r o D 誤差和 + = e r r o r e v E r r o r = la s t E r r o 力值的獲取 欲獲取壓力的大小 ，則 需要讀取 款 A/于壓力傳感器一般是線性的，所以可以使用多組轉(zhuǎn)換結(jié)果和實(shí)際物體的重量，來計(jì)算出A/ 例：假設(shè)砝碼 1 的質(zhì)量為 砝碼 2 的質(zhì)量為 將砝碼 1和砝碼 2分別放置到壓力傳感器上，獲取得到的 A\及當(dāng)傳感器上沒有物體時(shí)，此時(shí)獲得的 A\當(dāng)一個(gè)物體放置到壓力 傳感器 上時(shí) ， A\求該物體的質(zhì)量 解：如圖 3，假設(shè)斜率為 K，使用逐差法得 第 14 頁(yè) 共 50 頁(yè) 圖 3換結(jié)果與質(zhì)量關(guān)系圖 K = ( ??1?0??1???0+??2???1??2???1 ) 2? 所以被測(cè)物體的質(zhì)量 (v3??? 在程序設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)該注意的是轉(zhuǎn)換結(jié)果是一個(gè) 24 位的有符號(hào)數(shù)，所以需要使用一個(gè) 4 字節(jié)即 32 位的長(zhǎng)整型去存儲(chǔ)。為了保留轉(zhuǎn)換結(jié)果的符號(hào)，方便單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算，可以先使用一個(gè)無符號(hào)長(zhǎng)整型去保存轉(zhuǎn)換結(jié)果，然后將結(jié)果左移 8位后賦予一個(gè)有符號(hào)的長(zhǎng)整型，然后將這個(gè)有符號(hào)的除以 256即可。 單片機(jī)與 換芯片 間的通信是通過 線協(xié)議 。本次設(shè)計(jì)只使用了 A 轉(zhuǎn)換功能 ， 所以只用到 線協(xié)議中發(fā)送部分 。 單片機(jī) （主機(jī)） 給 機(jī)） 發(fā)送字節(jié)的一般步驟為 ：?jiǎn)纹瑱C(jī) 產(chǎn)生 發(fā)送 器件地址字節(jié)；校驗(yàn)應(yīng)答；發(fā)送 驗(yàn)應(yīng)答；發(fā)送需要轉(zhuǎn)換的數(shù)值；主機(jī)產(chǎn)生停止 號(hào)，并釋放總線。 器件地址字節(jié)的高 4位（第 4固定為 1001B；其最低位（第 0 位）如果是1的話表示讀操作，如果是 0的話表示寫操作；第 3器件地址位 由原理圖可知 地址為 000B。地址字節(jié)如圖 3示。所以可以得出使用 能需要發(fā)送的地址字節(jié)為 10010000B（ 0 圖 3節(jié) 控制字節(jié)的第 7 位和第 3 位固定為 0；其第 6 位如果為 1 表示啟用模擬量輸出，如果為 0 則禁止模擬量輸出；其第 5表示模擬量輸入方式的選擇 ， 00 表示 4 通道單獨(dú)輸入， 01表示 3通道差分輸入， 10表示 2個(gè)單獨(dú)輸入和 1個(gè)差分輸入， 11表質(zhì)量 轉(zhuǎn)換結(jié)果 v0 v1 v2 g1 第 15 頁(yè) 共 50 頁(yè) 示 2 個(gè)差分輸入；第 2 位表示自動(dòng)遞增，如果為 1 則自動(dòng)遞增 A/D 通道號(hào) ； 第 1\D 輸入的通道號(hào) 。 如圖 3示 。所以可以得出使用 能需要發(fā)送的控制字節(jié)命令可以為 01000000B（ 0 圖 3由硬件原理圖可知參考電壓 V，模擬地 V， 所以可以得出輸出電壓 ?????????? = 5256∑???? ×2??7??=接時(shí)間控制 焊接的時(shí)間控制使用的是 52 單片機(jī)的定時(shí)器 2，該定時(shí)器可配置為 3 種工作模式，即 16位自動(dòng)重裝載定時(shí)器模式、 16位捕獲模式、串口接收或者發(fā)送的波特率發(fā)生器。定時(shí)器 2的控制寄存器 表 3定時(shí)器 2的控制寄存器 7 5 3 1 。在定時(shí)器 2 溢出的時(shí)候會(huì)被硬件置 1。特別的當(dāng)定時(shí)器 2 用 第 16 頁(yè) 共 50 頁(yè) 作波特率發(fā)生器時(shí)，該位不會(huì)置 1。在溢出時(shí)，必須軟件將 。 外部捕獲標(biāo)志位。當(dāng)使用捕獲模式時(shí)，外部信號(hào)輸入引腳（ 一個(gè)下降沿，則會(huì)將 ，并進(jìn)入中斷服務(wù)程序。 當(dāng) 時(shí)，定時(shí)器 2的溢出脈沖就做為串行口的接收時(shí)鐘。 當(dāng) 時(shí)，定時(shí)器 2的溢出脈沖就作為串行口的發(fā)送時(shí)鐘。 的啟動(dòng)位。當(dāng) 時(shí)，定時(shí)器 2開始工作。 C/數(shù) /定時(shí)器模式選擇位。 捕獲 /重裝選擇位。當(dāng) 1 時(shí)，選擇定時(shí)器 2 為捕獲模式。當(dāng)時(shí)，定時(shí)器 2為自動(dòng)重裝載模式。 應(yīng)當(dāng)注意的是 存器的地址為 0要檢查 個(gè)頭文件中是否添加了 如果沒有定義的話 ， 可以 在 2 0即可。 本次設(shè)計(jì) 需要將定時(shí)器 2 作為一個(gè) 16 位的自動(dòng)從裝載定時(shí)器來使用 ，所以可以將 置為 0此時(shí) 只需要在初始化的時(shí)候賦予 時(shí)器初始值，當(dāng)定時(shí)器溢出就會(huì)自動(dòng)使 用方便且誤差小。 由于采用的晶振的頻率為 要定時(shí)的時(shí)間為 1 毫秒，配置定時(shí)器為自動(dòng)從裝載向上計(jì)數(shù)模式，則計(jì)算可得需要計(jì)數(shù) ，所以得出定時(shí)器初始值為655364614，即 0若設(shè)定的焊接時(shí)間大于 0，則在定時(shí)器中斷服務(wù)程序中會(huì)將設(shè)定的焊接時(shí)間減 1。若焊接時(shí)間等于 0，則停止當(dāng)前的控制任務(wù)。 晶顯示 2個(gè)字符，分為兩行每行可以顯示 16個(gè)字符，其界面設(shè)計(jì)如圖 3 L E D 16022 4 0 . 5 g 1 0 . 0 s 1 8 82 4 0 . 0 g 3 0 . 0 s A U 第 17 頁(yè) 共 50 頁(yè) 第一行的“ 表示當(dāng)前焊接壓力的大小為 第一行的 “ 示當(dāng)前剩余的焊接時(shí)間為 第一行的 “ 188”表示當(dāng)前 88。 第二行的 “ 示設(shè)定的焊接壓力大小為 第二行的 “ 示設(shè)定的焊接時(shí)間為 第二行的 “ 示為自動(dòng)調(diào)節(jié)模式。 有些數(shù)字下面有下劃線 ， 表示的是該位可以更改 。 例如 ， 當(dāng)光標(biāo)位于第二行“ 數(shù)字 2 下面時(shí)也就是“ 如果按下按鍵“上”，則數(shù)字 “ 會(huì)變成“ 也就是說把焊接壓力更改為了 果此時(shí)按下按鍵“右”，則光標(biāo)會(huì)移動(dòng)到右邊的一個(gè)數(shù)字 4下面。同理按鍵“下”和按鍵“左”。 如果光標(biāo)位于第二行 “ 個(gè)位置的時(shí)候，按下按鍵“上”或者“下”，則可以將自動(dòng)模式修改為手動(dòng)模式，這個(gè)時(shí)候?qū)@示“ 可以按下按鍵“右”定位光標(biāo)到第一 行最后一個(gè)數(shù)字處，更改 到手動(dòng)調(diào)節(jié)的目的。 如果同時(shí)按下按鍵 “ 左 ” 和按鍵 “ 右 ”， 則把設(shè)定的焊接時(shí)間和焊接壓力設(shè)置到相應(yīng)的控制參數(shù) ， 即執(zhí)行 了 一次調(diào)節(jié)任務(wù) 。 口通訊 口的使用方法與傳統(tǒng)的 51 單片機(jī)幾乎完全一樣，不同的是 52 單片機(jī)可以使用定時(shí)器 1和定時(shí)器 2作為波特率發(fā)生器。 本設(shè)計(jì)采用 8 位數(shù)據(jù)位， 1 位起始位， 1 位停止位的通信格式，波特率選用19200以將串行口配置為方式 1即 10 位異步收發(fā)器（ 8位數(shù)據(jù)）模式。方式 1波特率的計(jì)算公式如下： 波特率 = (2???????? 32? )×(??1 溢出率 ) 所以計(jì)算出 ， 出率為 307200 次每秒。那么 出一次就是需要1/307200 秒，因?yàn)槎〞r(shí)器 1 計(jì)數(shù)一次需要的時(shí)間為 12/11059200 秒 ，所以定時(shí)