控制器设计论文范例6篇

控制器设计论文范文1

1高速握手

USB2.0设备连接到主机后，主机给设备供电并发送复位信号复位设备，之后设备进入全速模式工作，由图2所示在fullspeed状态检测到SE0(linestate[1:0]=00)持续2.5μs后,高速握手开始，设备控制器进入sendchirp状态，设备向主机发送一个持续时间大于1ms的K(linestate[1:0]=01)信号以检测主机是否支持高速模式。设备进入recvchirp状态并准备接收来自主机的JK序列。主机支持高速并检测到K之后，向设备发送JKJKJK序列以检测设备是否支持高速模式。设备控制器在recvchirp状态成功检测到3对JK序列后高速握手成功，进入到highspeed模式工作；否则，设备以全速模式工作。

2设备挂起

根据USB2.0协议，为了减小功耗，当总线3ms没有动作时，设备需进入挂起（suspend）状态，设备在挂起状态只能消耗小于500μA的电流，并且进入挂起后设备需要保留原来的状态。(1)全速模式挂起:检测到总线状态为SE0达到3ms，设备从fullspeed状态进入suspend状态。(2)高速模式挂起：设备工作在高速模式时，由于高速复位和高速挂起都是发送一个大于3ms的总线空闲信号，因此设备需要区分这两个事件。如图2，处于highspeed状态时，设备检测到总线空闲(SE0)3ms，进入hsrevert状态。之后检测总线状态不为SE0，此后设备挂起。假如在hsrevert状态后还检测到SE0持续100μs,则判断为高速复位，clrtimer2=1。设备状态转换到sendchirp状态，开始设备的高速握手。

3挂起恢复

设备处于挂起状态时，在它的上行口接收到任何非空闲信号时可以使设备恢复工作[5]。(1)全速挂起恢复：设备从挂起状态起检测到的不是持续的J，则恢复到fullspeed状态，以全速模式工作。(2)高速挂起恢复：挂起时保留着高速连接状态，highspeed=1且hssupport=1,挂起恢复需要判断是由总线动作引起还是系统复位引起。设备中测到总线状态为SE0，说明是由复位引起的挂起恢复，设备状态进入sus-preset，然后检测到SE0持续2.5μs后，进入高速握手过程sendchirp状态；反之，检测到挂起恢复信号K，则设备从挂起恢复到高速模式。

4复位检测

集线器通过在端口驱动一个SE0状态向所连接的USB设备发出复位信号。复位操作可以通过USB系统软件驱动集线器端口发出复位信号,也可以在设备端RE-SET信号置1，进行硬件复位。(1)设备是从挂起状态复位：在suspend状态检测到SE0时，设备跳转到suspreset状态，检测总线状态为超过2.5μs的SE0后设备启动高速握手检测，即进入sendchirp状态。(2)设备从非挂起的全速状态复位：设备在检测到2.5μs<T<3.0ms的SE0状态后启动高速握手检测。硬件纵横HardwareTechnique(3)设备从非挂起的高速状态复位：设备在high-speed状态检测到总线上持续时间3.0ms的SE0后，设备状态转换到hsrevert，以移除高速终端并重连D+的上拉电阻，此时为全速连接状态；之后设备需要在100μs<T<875μs的时间内采样总线状态,检测到SE0持续2.5μs后，进入sendchirp状态，开始高速握手过程。

5仿真及验证

控制器设计论文范文2

本文设计的基于以太网的超声检测多轴运动控制系统是在复杂的多轴运动控制技术之上结合了远程通信技术，以此来实现超声检测的远程自动控制。此系统主要由上位机、多轴运动控制器、步进电机驱动器、步进电机、机械执行装置、限位开关和超声探头等组成，其组成框图如图1所示。由上位机LabVIEW控制系统为多轴运动控制器发送运动指令，并由多轴运动控制器将运动信号拆分为步进信号和方向信号，再将这两种电机控制信号发送给步进电机驱动器，步进电机驱动器将其转化为角位移发送给步进电机，使步进电机转动相应个步距角，以达到使步进电机按指令运动的目的。步进电机上安装有机械执行装置，用以固定超声探头，机械执行装置上安有限位开关，以此控制电机的运动范围，当电机运动到限位开关的位置时，限位开关发出限位信号到多轴运动控制器，运动控制器便停止发出使电机运动的脉冲信号。在进行自动超声检测时，Z轴方向机械执行机构上固定的超声检测探头能够在被检测物体的表面按照上位机运动控制算法设计的运动轨迹进行连续检测，并实时向PC机返回探头的位置信息，并将数据采集卡采集的超声信号与探头返回的位置信息建立起对应关系，最终通过上位机的图像处理系统形成超声检测图像，以此来实现物体的超声检测。

2多轴运动控制器的方案设计

多轴运动控制器可以通过远程以太网通信的方式接收上位机的控制信号，向步进电机驱动器发送脉冲信号和方向信号以完成对电机的运动控制。采用ARM9处理器S3C2440搭建硬件平台，配有DM9000A以太网通信芯片使硬件平台具备远程通信的功能。在Linux操作平台上进行控制系统软件功能设计，并采用UDP通信协议实现上位机与运动控制器之间的远程通信［3］。

2．1多轴运动控制器硬件电路设计

本文采用ARM9处理器S3C2440设计了系统中运动控制器的硬件电路部分，并采用DM9000A网络接口控制器设计了运动控制器的以太网接口。运动控制器硬件整体框图如图2所示。运动控制器选用ARM9处理器作为运动控制器的核心芯片可以方便地嵌套Linux操作系统，在操作系统之上实现运动控制器的插补等多轴运动控制算法。选用DM9000A以太网控制芯片实现上位机LabVIEW与运动控制器之间的远程通信，进而实现超声检测的远程自动控制。为了解决步进电机驱动器与主控芯片信号匹配的问题，本文采用光耦器件设计了电压转换模块，负责把主控芯片输出的3．3V电压信号转换至5V电压信号后输入到步进电机驱动器中，同时负责把限位开关发出的24V限位信号转换至3．3V输入到主控芯片中。此外，电路中还搭载了用于存储数据的扩展存储器、以及用于调试的JTAG接口电路和RS232串口电路。

2．2多轴运动控制器软件设计

本课题所用的限位开关为位置可调的限位开关，每个轴有2个限位开关，在每次超声检测前，把每个限位开关调节到被测工件的边缘处，从而使探头移动的范围即为工件所在范围。故此设计运动控制器的软件时便可将限位开关做为边界条件，以此来设计探头的运动范围。其运动控制流程:首先系统初始化，通过上微机控制界面人工控制探头到被测工件的起点，然后X轴正向运动到X轴限位开关处，Y轴正向运动一个探头直径的长度，X轴再反向运动到X轴另一侧的限位开关处，之后Y轴继续正向运动一个探头直径的长度，如此往复运动直至探头到达Y轴的限位开关处，检测结束，探头复位。运动控制软件流程图如图3所示。

3多轴运动控制系统上位机软件设计

基于以太网的自动超声检测多轴运动控制系统的上位机软件是以LabVIEW开发平台为基础，使用图形G语言进行编写的，主要包括多轴运动控制软件和以太网通信软件。Lab-VIEW是一款上位机软件，其主要应用于仪器控制、数据采集和数据分析等领域，具有良好的人机交互界面［4］。LabVIEW软件中有专门的UDP通信函数提供给用户使用，用户无需过多考虑网络的底层实现，就可以直接调用UDP模块中已经的VI来完成通信软件的编写，因此编程者不必了解UDP的细节，而采用较少的代码就可以完成通信任务，以便快速的编写出具有远程通信功能的上位机控制软件［5］。上位机LabVIEW软件的远程通信模块、运动控制模块以及数据处理模块相互协调配合，共同构成了超声检测多轴运动控制系统的上位机软件。

3．1运动控制软件设计

运动控制系统软件部分主要由运动方式选择、探头位置坐标、运动控制等模块组成，可完成对系统运动方式的选择，运动参数、控制指令的设定以及探头位置信息读取等工作。运动方式选择模块可根据实际需要完成相对运动或是绝对运动两种运动方式的选择，并会依照选择的既定运动模式将X、Y、Z三轴的相应运动位置坐标输出在相应显示栏中，以便进行进一步的参数核对以及设定;运动控制模块可依照检测规则实现对整个系统运动过程的控制，包括:设定相对原点、运行、复位、以及退出等相关操作。相对原点设定可以将探头任意当前位置设为新的原点，并以原点作为下一个运动的起始点，即为探头位置坐标的相对零点，并将此刻相对原点的绝对位置坐标值在文本框中显示出来。运动控制系统软件流程图如图4所示。

3．2以太网通信软件设计

以太网通信模块采用无连接的UDP通信协议，通过定义多轴运动控制器与上位机LabVIEW的以太网通信协议，实现下位机与上位机之间的远程通信。具体设计如下:首先使用“UDPOpenConnection”打开UDP链接，使用“UDPWrite”节点向服务器端相应的端口发送命令信息，然后使用“UDPRead”节点读取服务器端发送来的有效回波数据，用于后期处理，最后应用“UDPCloseConnection”节点关闭连接［6］。以太网通信模块的程序框图如图5所示。

4实验及结果

实验平台由步进电机及其驱动器、上位机控制软件和自主研发的多轴运动控制器构成。在上位机的用户控制界面中，首先输入以太网的IP地址并选择运动方式，然后根据用户的检测需求设定运动速度和运动距离，点击运行后探头即按所设定运行。探头运动过程中还可以选择设定当前位置为原点，探头即按照新的原点重新开始运动。同时，在探头运动时会实时显示探头当前所在位置坐标。模拟开关发送选通超声探头信号并发送脉冲信号激励超声探头发射超声波，FPGA控制A/D转换电路对超声回波信号进行转换，并将数据存入双口RAM，存储完成后向ARM发送信号，ARM接收到采集完成信号将数据通过以太网向上位机发送。上位机的LabVIEW用户控制界面如图6所示。

5结束语

控制器设计论文范文3

【关键词】 变结构故障诊断容错控制一体化设计

目前，控制系统已经管饭的应用至生产生活的各个领域中，包括飞机、航空、冶金、汽车、军事等多个领域，一旦控制系统出现故障，不仅会给生产生活带来不便，甚至可能造成重大的生产安全事故，严重威胁人民的生命财产安全及社会稳定。因此，及时诊断系统故障，设计出一套具有容错功能的控制系统十分必要。

1 变结构飞行棋故障诊断研究中注意的问题

针对变结构飞行器容错系统控制的研究已经取得了一系列的研究成果，主要表现在对变结构飞行器故障诊断研究的现状、容错控制系统的研究现状、一体化设计故障的诊断方法等。然而不能忽略的是，目前的研究仍然存在一定的问题，如对主动容错理论的相关研究不全面，研究方法和设计思路有待深入挖掘，故障参数不稳定等。因此，在变结构飞行器未来的故障诊断研究中必须考虑如下四个方面。

1.1 多对多可容错控制研究

在容错控制律重新调度的主动容错控制中，容错控制器集合和故障模型集合之间并不是单一的对应，而是存在多对多的对应关系，因此通过合理的设计，能够实现具有多对多可容错控制映射特点的容错控制器。为了实现多对多可容错控制，在研究时需要找出容错控制器对应故障模型的规律，并根据此规律寻找出容错控制器的最优化在线策略。

1.2 故障诊断相关研究

变结飞行器的容错控制系统在前期设计期间，已经设置的各项故障的参数标准。一旦飞行器出现故障，各类故障参数能否被跟踪是现阶段研究的重点。此外，当故障参数和前期预设的标准参数出现误差时，要求故障诊断与自适应动态输出反馈容错控制实现一体化控制。

2 故障诊断与控制一体化设计分析

上文分析了变结构飞行器故障诊断及容错控制系统设计过程中需要重点关注的几个问题。然而，在实际工业生产过程中，当故障发生时，仅仅被动的容错控制是远远不够的，能否实现主动容错控制，在故障尚未发生时成功预知故障，并及时排故障时今后容错控制系统的发展方向。理论上，通过有效的故障诊断与控制一体化设计，能够实现主动容错控制。下文通过故障诊断与自适应H∞状态反馈、H∞动态输出反馈、自适应鲁棒H∞容错控制一体化设计三个方面着手，分析变结构飞行器的容错控制一体化设计。

2.1 故障诊断与自适应H∞状态反馈容错控制一体化设计

现阶段，要实现故障参数跟踪十分困难，主要原因是由于在执行器故障诊断与容错控制一体化设计中，存在一定程度的外界干扰，另外，真实的故障参数与故障参数之间存在难以确定的误差。因此，在故障诊断与自适应H∞状态反馈容错控制一体化设计中，需要开展如下四项工作。

一是要设计出一套能够将故障观测器中外界干扰与执行器故障解耦的观测器，并以此推算出含有执行器故障输入的方程。二是要设计出能够自适应故障参数并带摄影限制的函数，结合步骤一中得出的方程，能够基本保证误差维持在一个可控的范围内，并未接下来的故障诊断提供准确的参数参考。三是要根据前两个步骤得出的方程和函数参数值，尽可能的估算出故障参数的范围，设计自适应H∞状态反馈容错控制器。现行矩阵不等式为实现求解次优的容错控制器设计提供了基础，通过量化数学特性，降低系统瘫痪的可能性，并保证对干扰和故障的鲁棒性。四是将设计出的自适应 H∞ 状态反馈容错控制器应用至变结构飞行器中，验证设计的控制系统的有效性。

2.2 故障诊断与自适应H∞动态输出反馈容错控制一体化设计

研究故障诊断与自适应H∞动态输出反馈容错控制的一体化设计需要考虑如下几个问题。一是改进未知输入观测器的设计，在保证将故障观测器中执行器故障与外界干扰解耦的同时，又保证了任意执行器在发生故障后都能被检测到，而且所设计的未知输入观测器的系数矩阵能够保证当故障发生后，故障参数估计误差的动态方程是可控的；二是设计带射影限制的自适应参数估计器跟踪故障参数，保证了估计误差的一致稳定性，给出了估计误差渐进收敛的条件；三是利用故障计参数，设计了自适应H∞动态输出反馈容错控制器，保证执行器发生故障后，系统进行稳定性适应H∞控制的性能指标；接下来给出了一体化设计的故障诊断与自适应H∞动态输出反馈容错控制的实施方案，将原来设计控制器所涉及到的非线性矩阵不等式转化为可解的线性矩阵不等式。

2.3 故障诊断与自适应鲁棒H∞容错控制一体化设计

上文设计的一体化容错控制器实在估算故障参数的基础上设计的，由于估算的故障参数的不确定性，因此实际操作过程中出现的故障可能远远超出的设计前期计算的范围，需要控制故障参数的控制器不断更换。为了提高估计参数设计容错控制器鲁棒性，需要从以下三个方面着手。

一是提出执行器自检测动态系统辅助诊断系统执行器故障，将执行器自检测动态系统与原被控系统结合组成增广系统，然后在此增广系统上设计未知输入观测器，不仅将故障观测器中外界干扰与执行器故障解耦，而且将各执行器故障相互解耦，同时给出此未知输入观测器存在的充分必要条件；二是设计带射影限制的梯度自适应故障参数估计器，给出故障参数的估计误差的收敛条件以及估计误差的上下界；三是利用故障估计参数和估计误差的上下界，设计自适应鲁棒H∞容错控制器。

3 结语

本文论述的变结构飞行器故障诊断与容错控制系统的一体化涉及涉及的问题还有很多，如当多种故障同时发生时，如何继续有效、科学、准确的判断出故障，如何激励一体化系统中出现的反馈型号，另外系统运行过程中允许出现时滞和实时性的现象。这些问题需要在变结构飞行器容错系统应用中不断吸取经验，不断完善。

参考文献：

[1]周东华，Ding X.容错控制理论及其应用[J].自动化学报，2000，26（6）：788-797.

[2]陈跃鹏，周祖德.广义系统的鲁棒控制与容错控制[M].科学出版社，2010.

控制器设计论文范文4

关键词:非脆弱控制; 非线性时滞系统; LMI

中图分类号:TP13文献标识码:A

1引言

Keel和Bhattacharyya在文献[1]中指出控制器中参数的小扰动有时会破坏闭环系统的稳定性,因此有必要考虑所设计的控制器能承受这种参数增益变化｡ Keel 和Bhattacharyya称这种能承受参数增益变化的控制器为非脆弱控制器(a non-fragile controller)｡关于线性系统的非脆弱控制问题已经很多研究[2,3,7,8]｡为了解决线性系统的非脆弱H∞控制问 题,人们已经研究出了一些重要的方法来设计H∞控制器[2,3,4]｡但是, 到目前为止,还 没有关于非线性时滞系统的非脆弱H∞控制器设计方法的研究｡本文研究一类具有分 离变量的 非线性时滞系统的非脆弱H∞控制问题,并给出了状态反馈和时滞状态反馈的H ∞控制器的设计 方法｡假定反馈增益中存在参数变化,获得了一些用线性矩阵不等式表示的与时滞无关的充 分条件｡最后,数值例子阐述了控制器的设计过程和方法的有效性｡

2问题描述

考虑如下的具有分离变量的不确定非线性时滞系统:

这里x(t)=(x1(t),x2(t),…,xn(t))T∈Rn是系统 的状态向量,u(t)∈Rm是控制输入,ω(t)∈Rq是外部扰动信号,且ω(t )∈L2[0,+∞),z(t)∈Rp是控制输出向量,G(x(t))=(g1 (x1(t)),g2(x2(t)),…,gn(xn(t)))T∈Rn是已知的非 线性向量值函数,A,Ah,B,Bω,C,Ch和D为具有适当维数的实常数矩阵 ,(t)为连续的向量值初始函数,且t∈[-h,0],h>0为系统的时滞常数, ΔA(t),ΔAh(t),ΔC(t)和ΔCh(t)为未知的实矩阵函数,表示时 变参数不确定性,且具有以下形式:

这里M1,M2,N1和N2为适当维数的实常数矩阵,F(t)为Lebesgue可 测的未知时变实矩阵且满足

FT(t)F(t)≤I,t(3)

其中I是具有适当维数的单位矩阵｡

计算技术与自动化2007年3月 第26卷第1期刘碧玉等:具有分离变量的不确定非线性时滞系统的鲁棒非脆弱H∞控制具有分离变量的非线性系统能够模拟一些物理过程,比如连续时间的Hopfield型神经网络 [ 5],而且许多非线性系统能够转化成这种具有分离变量的非线性系统｡例如,利用一些 线性变换可以将Lurie直接控制系统转化成这种非线性系统[6,11]｡

注1当非线性函数gi(xi)=xi时,非线性系统(1)就退化为线性系统｡也 就是说,系统(1)是线性系统的自然推广｡

全文的讨论基于以下假定:

假定1

本文的目的是解决下面问题:

鲁棒非脆弱控制H∞问题 已知常数γ>0,设计具有增益变化的非线性状态反馈控制器

其中K∈Rm×n为状态反馈增益,ΔK是增益变化,且满足如下的范数有界条件

H和E是具有适当维数的实常数矩阵,且满足

使得闭环系统在ω(t)0时是大范围渐近稳定,同时系统在零初始条件下对任意 非零ω(t)∈L2[0,∞)和任意满足( 6)式的F1(t)具有H∞性能,即满足z(t)2

注2以上特性的非脆弱控制问题类似于文献[2,7,8]中所讨论的非脆弱控制问题,只是 本文所讨论的控制器(4)是非线性的状态反馈,而且还有控制器增益变化｡

为了处理参数的不确定性,我们引入下列引理｡

引理1[9]设U,V,W,P和F是适当维数的实矩阵,P>0,FTF≤I, 则有下列结论成立:

3主要结果

3.1H∞性能分析

首先考虑系统∑在未控情形下(即u(t)=0时)的H∞性能｡即考虑如下系统:

∑1∶

类似于上一节的讨论,如果系统∑1在ω(t)0时是大范围渐近稳定的,同时在零初 始值条件下,对任意非零的ω(t)∈L2[0,∞)满足z(t)2

下面的定理给出了系统∑1具有鲁棒H∞性能的充分条件｡

定理1在假定1的条件下,对给定的常量γ>0,如果存在标量ε1>0,ε2>0,矩 阵Λ=dig{α1,α2,…,αn}>0和Q>0使得下式成立,其中

那么系统∑1具有鲁棒H∞性能｡

证明对给定标量γ>0,考虑如下的性能指标:

选取如下形式的Lyapunov-Krasovskii泛函V(xt)

其中,xt=x(t+θ),θ∈[-h,0]｡由假定1和定理1的条件,我们可以判 定 函数V(xt)是正定的｡下面先证明系统∑1在ω(t)=0时是渐近稳定的｡V( xt)沿系统(7)的解在ω(t)=0时的时间导数为:

再根据(2)式和引理1中的结论(Ⅰ),对任意标量ε1>0,有

从而,

另一方面,由(8)式很容易得到

由Schur补可知,不等式(14)等价于

所以,

又由Schur补可知,此不等式成立就意味着Φ

再证系统在零初始值条件下,对任意非零的ω(t)∈L2[0,∞)满足z(t) 2

这里的V(xt)即为(11)式所选取的函数｡因为在零初始值条件下V(xt)| t=0=0,V(xt)|t=∞>0,所以对任意非零的ω(t)∈L2 [0,∞),有

Jzω≤∫∞0[zT(t)z(t)-γ2ωT(t)ω(t)+(xt)]dt(15)

由(8)式很容易得到

ε2I-MT2M2>0

从而由引理1的结论(Ⅱ),可以得到

同时应用(12)式和(16)式,可得到Jzω的上界为其中,

Φ是由(13)式给定的｡

由Schur补,线性矩阵不等式(8)式成立就保证了Ξ

3.2非脆弱H∞控制器设计

这里,我们将给出非脆弱H∞控制问题解存在的充分条件｡将(4),(5),(6)式代入 系统∑中,我们得到闭环系统∑c如下:

∑c∶

定理2在假定1的条件下,对给定的常量γ>0,如果存在标量ε1>0,ε2>0, 矩阵X=dig{β1,β2,其中,Ψ11=AX+XAT+BY+YTBT+Z,Ψ12 =AhX+BY｡则系统∑是非脆弱H∞可控 的,且非脆弱H∞控制器为u(t)=(YX-1+ΔK)[G(x(t))+G (x(t-h))]｡

证明由闭环系统(17)和定理1,可以证明定理2｡

注3定理2给出了具有分离变量的不确定非线性时滞系统的鲁棒非脆弱H∞控制器的一种 设计方 法,而且此控制器的设计是通过求解一个LIM得到的｡值得一提的是,虽然(18)式中 的线 性矩阵不等式中有几个参数和待定矩阵,但仍然能有效地求解,而且不需要进行参数调整｡ 由于鲁棒非脆弱H∞控制器考虑了状态时滞,所以比以前的方法具有较小的保守性｡

4数值例子

在这一节,我们用一个例子来说明上一节的非脆弱控制器的设计方法｡

例1 在系统(1)中,设非线性方程为fi(xi)=x3i,i=1,2,其 中,系数分别为:

满足(2)式和(3)式的不确定矩阵为

目的是设计一个非线性的有记忆状态反馈控制器,并使闭环系统是渐近稳定的,且在零初始 条件下,对给定常数γ=0.5满足z(t)2

H=[0.01,0.02],E=0.30.2

0.40.5.

为了解决非脆弱控制问题,我们利用MATLAB中的LMI工具箱求解线性矩阵不等式(18), 得到如下结果:

因此,由定理2,我们可以得到非线性非脆弱控制器的反馈增益为

K=YX-1=[-0.289968,-0.13622]｡

显然,增益变化受到已知矩阵H和E的限制｡

5结论

控制器设计论文范文5

关键词：临近空间；高超声速飞行器；建模；飞行控制

中图分类号：V448.2 文献标识码：A 文章编号：1673-5048（2013）04-0020-05

ResearchProgressonModelingandControl ofNearSpaceHypersonicFlightVehicles

SHAOLei，LEIHumin，ZHAOZongbao，LIJiong

（TheAirDefenseandAntimissileInstitute，AirForceEngineeringUniversity，Xi’an710051，China）

Abstract：Thedevelopmentofnearspacevehiclesinvolvesthenationalsecurityandthepeacefuluse ofspace，itisoneofthekeytechnologiesofinternationalspacetechnologydevelopmentinpresent.This paperreviewstheresearchadvancesanddevelopmentofnearspacehypersonicflightvehiclesinrecent years，andanalyzesthedynamiccharacteristics，couplingcharacteristicsandvarietiesofuncertaintyproblems.Thepotentialideatodealwiththeseproblemsofmodelingandcontrollingforthenearspacehypersonicflightvehiclesisproposedtoprovideanreferencefortheinterrelatedstudy.

Keywords：nearspace；hypersonicflightvehicles；modeling；flightcontrol

0 引 言

临近空间（NearSpace）一般指距海平面20～100km的空域，处于传统航空器的最高飞行高度和航天器最低轨道高度之间，是当前人类活动较少涉及的空间领域。纵观上个世纪，人类关注的重点是以普通航空飞机为主要飞行器代表的20km以下的空域和以卫星为主要飞行器代表的100km以上的空域，并且这两个区域已经得到了很大的开发和利用，但临近空间空域迄今还未得到很好的开发和利用。随着航空航天技术的飞速发展，临近空间特有的战略意义日益凸显，对临近空间飞行器的发展涉及国家安全与空间和平利用，是目前国际空间技术发展的焦点之一。

在众多的临近空间飞行器中，高超声速飞行器以其显著的军民两用应用价值成为目前临近空间飞行技术的主要研究方向。同时，近年来世界各军事大国在推进技术、结构材料、空气动力和飞行控制等关键技术研究方面积累了丰富经验，对高超声速飞行器未来的发展奠定了基础。

1 高超声速飞行器发展概述

高超声速飞行器，是指飞行马赫数大于5、以吸气式发动机或其组合发动机为主要动力、能在大气层和跨大气层中远程飞行的飞行器。与传统的飞行器不同，高超声速飞行器表现出多任务、多工作模式、大范围高速机动等特点，为完成既定任务，整个飞行过程经历亚声速、跨声速、超声速和高超声速四个阶段，因此大量技术难题亟待解决。

从20世纪80年代初期至今，美国、俄罗斯、英国、法国、德国等国家分别提出各自的研究计划，为研制高超声速飞行器提供各项技术储备，这些计划包括：美国的高超声速技术（HyTech）计划和Hyper-X计划；俄罗斯的多用途航天器系统（MKS）；英国的水平起降单级入轨空天飞机（HOTOL）；德国的两级入轨空天运输系统（SANGER）等。2004年3月美国宇航局（NASA）成功试飞了X-43A验证机[1]，创造了9.8马赫的飞行速度，验证了超声速燃烧冲压发动机的可行性，标志着高超声速飞行器研究领域取得了阶段性的进展；此后，相继发展了X-43B、X-43C、X-51A、HTV-2等验证机，并进行了各种以试验验证为目的的飞行试验，取得了不同程度的成果。

最近几年，国内也逐渐开展了高超声速飞行器关键技术研究，并提出待解决的几项关键技术，包括高超声速技术、高机动飞行技术、长距离空天飞行技术、可靠性技术等。

2 高超声速飞行器建模研究

高超声速飞行器的关键技术包括推进技术、材料技术、空气动力学技术和飞行控制技术等，具有高升阻比特性的乘波构形被认为是高超声速飞行器最好的外形设计，具有广阔的应用前景，已成为世界各国研究的重点。然而，采用乘波构形后飞行器机身与发动机相互融合，即所谓的机体/发动机一体化设计，使得气动、推进与控制作用相互耦合、相互影响，不可分离。因此，在研究高超声速飞行器建模问题时，应充分考虑高超声速飞行的特点以及飞行器的结构特性，以确保建模的可行性。正是基于上述原因，对该类飞行器的建模变得更加困难，该问题逐渐成为越来越多国内外专家关注的焦点。

在研究初期，NASA公布了一种锥形体刚体模型，并给出了模型的气动布局以及相关气动数据[2]，但该模型反映不出当前研究的乘波体构型飞行器的动力学行为，因此很少被采用。Schmidt等对吸气式高超声速飞行器进行了抽象[3]，基于拉格朗日方法获得了包含气动/推进/弹性耦合特性的动力学解析模型，基于这个解析模型，吸气式高超声速飞行器的气动/推进/弹性耦合特性对飞行动力学和控制的影响被逐步揭示。Bolender等[4]在此基础上经过简化，提出了一种新的吸气式高超声速飞行器非线性纵向动力学一体化解析模型，在纵向平面全面刻画了吸气式高超声速飞行器的动力学行为，能够揭示出高超声速飞行器飞行控制研究所面临的问题。

与此同时，很多学者结合吸气式高超声速飞行器气动/发动机一体化耦合的特点，对高超声速飞行器的各种飞行特性，如攻角特性、升阻特性、发动机特性以及纵向气动特性等进行了研究。文献[5]通过气动力特性给出了高超声速飞行器的数学模型，并研究了飞行器的气动力特性；文献[6-7]采用斜激波理论、普朗特-迈耶关系式及瑞利流原理，估算高超声速飞行器气动力及推进，建立飞行器纵向模态的非线性数学模型；文献[8]结合高超声速气动力学和气动弹性相关理论，建立了非线性纵向模型方程，分析了3种模型不确定性来源：参数、结构以及非结构，建立了非线性不确定模型；文献[9]讨论了坐标系选择、飞行器外形抽象、弹性机身模型建立、空气动力模型建立、超燃冲压发动机系统模型建立以及运动方程推导等需要考虑的问题和可用的方法；与上述偏重理论的研究有所不同，Mirmirani等[10-11]则从工程实用角度出发，研究了吸气式高超声速飞行器的耦合动力学特性，重点研究了吸气式高超声速飞行器气动/推进耦合动力学特性对控制系统设计的影响。这些研究从不同角度对高超声速飞行器的建模问题提供了一种支撑。

从临近空间高超声速飞行器建模方面的国内外研究成果可以看出，现有建模问题多是局限于气动力模型或飞行姿态模型的研究。然而，对于采用机身/发动机一体化布局的临近空间飞行器，弹性/推进/姿态耦合是飞行器运动过程中存在的固有物理联系，临近空间高超声速飞行器由于运行环境非常复杂，气动力、气动力矩和推进特性非线性严重，导致弹性/推进/姿态耦合关系更加复杂，采用现有的飞行姿态建模或气动力建模方法，无法满足三者协调控制的需要，从现有文献看，当前对该问题开展的相关研究较少。因此，深入分析临近空间高超声速飞行器的飞行弹性/推进/姿态耦合机理及特性，充分考虑高超声速飞行器新动力学特性，根据不同任务进行理论和数值仿真分析，对模型进行合理简化将是建立适合高超声速飞行器协调控制模型的一种有效途径。

3 高超声速飞行器控制研究

3.1 高超声速飞行器控制面临的挑战

高超声速飞行器独特的气动外形以及细长结构设计，导致空气动力学、推进系统、结构动力学和高带宽控制系统之间在宽频率域内存在显著的交叉耦合。与传统的飞行器相比，模型的复杂度和非线性度更高，而且高超声速飞行器飞行高度和飞行马赫数跨度范围大，运行空间环境非常复杂，在飞行过程中，飞行器气热特性和气动特性的变化更为剧烈。因此，较常规飞行器，高超声速飞行器飞行控制问题更具有挑战性，主要表现在如下方面：

（1）特殊的气动/推进布局和结构使得高超声速飞行器机体结构的固有振动频率较低，并造成明显的弹性效应，既影响飞行器短周期运动，又使得飞行器变形加剧，导致飞行失控；

（2）机体与发动机的高度一体化设计，必然带来空气动力学与推进系统之间的强烈耦合，限制了飞行器可达到的闭环系统性能，构成对高超声速飞行器飞行控制系统设计的各种约束；

（3）根据激波条件优化，设计出的乘波体外形高超声速飞行器工作在激波面上，具有姿态本质非稳定性；

（4）由于工作条件大范围变化，高低空气动特性差异巨大，导致飞行器动力学特征与模型参数在飞行过程中变化显著，同时控制面的控制效率较亚声速、超声速飞行时低得多，且时滞、气动耦合严重；

（5）现有试验条件无法全面模拟飞行器的工作环境，检测设备不能完全监测试验过程，对高超声速飞行器各种特性的研究存在较大的不确定性。

3.2 控制方法研究

尽管存在较大的挑战，随着各种高超声速飞行器计划的实施，在高超声速飞行器控制器设计方面，近年来，国内外已经开展了大量的理论和工程应用研究，以提高临近空间高超声速飞行器的运动品质，改善其相关控制性能，并取得了相应的研究成果。验证机X-43A采用传统的增益预置方法设计控制器，该方法被工程广泛采用，技术比较成熟，且不受计算机速度的限制[1]；此外，X-43A试飞成功也表明，增益预置方法是目前飞控系统设计的主流方案。但是，当飞行包线范围扩大，外界扰动增强时，基于增益预置方法的控制器存在明显的缺陷，特别是在控制可能发生故障时，该方法需有大量的增益预置表，且切换过程中，参数往往产生突变，严重影响系统的整体性能[12]。

高超声速飞行器飞行条件极为复杂，要想获取其精确的模型信息是很困难，甚至是不可能的。因此，控制器的鲁棒性显得尤为重要，为了能设计出强鲁棒的控制器，在控制器的设计过程中，必须弱化其对模型的依赖，采用某些在线逼近方法来获取被控模型信息，或者应用某种在线补偿方式来克服模型不准确所带来的影响。文献[13]采用经典的鲁棒控制方法为平衡点处的高超声速飞行器线性模型设计控制器，将鲁棒控制系统的设计转化为极小值优化问题；文献[14]针对Bolende和Doman所分析的吸气式高超声速飞行器模型中的参数不确定和未建模动态，基于L1控制理论提出了一种L1自适应控制器；文献[15]将高超声速飞行器模型转化为线性参变（LinearParameter-Varying，LPV）系统，并采用鲁棒变增益的方法设计控制器。

然而，鲁棒控制中优化问题的最好解往往是考虑最坏条件下获得的，优化解一般存在不同程度的保守性，即鲁棒性的获得是以牺牲性能指标为代价的。因此，经典的鲁棒控制方法在实际应用中往往具有一定的局限性。文献[16]采用带有神经网络补偿的非线性动态逆控制方法进行验证机X-33控制器的设计，该方法具有较好的非线性解耦控制能力以及较强的鲁棒性，并且还具有一定的容错重构性能。虽然验证机X-33因多种原因被迫下马，但其控制器的设计过程为今后高超声速飞行控制器的设计提供了一种全新的思路。

基于这种思想，近年来，鲁棒自适应控制方法已经被应用于复杂、未知和不确定的非线性动态系统控制中，依靠状态变量进行反馈，通过所设计的自适应律来调节参数、抑制扰动，改善控制系统的性能。多数研究人员采用动态逆方法进行自适应控制，首先对系统进行反馈线性化，然后结合其他自适应控制方法进行鲁棒自适应控制设计[17-18]，但在这种方法中，不但反馈矩阵的计算量大而且难以实现。为此，一些学者尝试采用其他非线性控制设计方法从不同的角度进行高超声速飞行器控制器的设计。如文献[19]针对结构模态和执行器动力学的不确定，以姿态和速度跟踪为目标设计了一种自适应LQ控制器；文献[20]针对飞行航迹角动力学的非最小相位特性、推进和气动之间存在强耦合特性，通过建立一种简化模型，提出了一种兼备自适应性和鲁棒性的设计方法；文献[21]基于Lyapunov方法分别对内外环进行控制器设计，给出了控制器设计方法。

3.3 存在的问题

尽管近年来高超声速飞行器控制研究工作受到广泛重视，但大部分研究局限于单独针对飞行姿态控制或气动力控制展开。普通低速航空器中飞行姿态对气动力和气动力矩的影响关系比较明确，通过气动总体设计可保证飞行器的稳定性和操纵性满足规定要求。然而，高超声速飞行器独特的机身/推进一体化布局及其独特气动外形，使得高超声速飞行器存在严重的弹性、非线性以及气动不确定性，给飞行控制系统的设计提出了诸多难题，使得一些常用的控制方法不适于或者很难应用于这类飞行器。主要表现在：

（1）多数线性控制研究基于某几个工作点的线性化模型设计局部控制器，通过增益调度方法可对飞行器在一定飞行区域范围内控制，但无法满足强耦合、大非线性条件下高超声速飞行器大跨度机动飞行控制的需求；

（2）非线性控制过于依赖反馈线性化方法，由于对模型结构的要求，在设计中通常忽略了弹性效应，然而由行器刚体运动与弹性运动之间存在显著耦合，只基于刚体模型设计的控制系统会由于严重的模型不匹配而引起系统稳定性问题；

（3）智能控制主要利用先验知识和数值仿真建立运动参数和控制量之间的映射关系，控制器结构复杂不利于理论上分析控制系统稳定性，只能依靠非线性仿真验证；

（4）多数控制忽略了机体弹性效应，或者通常将弹性效应作为高频摄动不确定性处理，然而高超声速飞行器的高带宽控制系统动态和低频结构模态之间不再具有频带分离现象，这种交叉耦合极易导致控制与结构的耦合失稳，只基于刚体模型的控制设计难以保证系统的稳定性[15]。

综上所述，高超声速飞行器特殊的动力学特性使得飞行控制设计面临的问题复杂多样，为保证高超声速飞行器在复杂的飞行条件下，拥有稳定的飞行特性、良好的控制性能及强鲁棒性能，需要对其动力学特性、耦合特性以及各种不确定性进行深入研究和分析，选择合理的控制结构，进行飞行器弹性/推进/姿态协调控制研究，在其飞行控制系统设计过程中引入新的控制方法和控制手段[22]。

参考文献：

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[3]BilimoriaKD，SchmidtDK.IntegratedDevelopmentof theEquationsofMotionforElasticHypersonicFlightVehicles[J].JournalofGuidance，Control，andDynamics，1995，18（1）：73-81.

[4]BolenderMA，DomanDB.NonlinearLongitudinalDynamicalModelofanAir-BreathingHypersonicVehicle[J].JournalofSpacecraftandRockets，2007，44（2）：374387.

[5]MirmiraniM，KuipersM，LevinJ，etal.FlightDynamic CharacteristicsofaScramjet-PoweredGenericHypersonicVehicle[C]//ProceedingsofAmericanControlConference，USA，2009：2525-2532.

[6]刘燕斌，陆宇平.高超声速飞行器建模与控制的一体化设计[J].宇航学报，2009，30（6）：2176-2181.

[7]刘燕斌，陆宇平.面向控制研究的高超声速飞行器气动力与动力一体的建模新方法[J].宇航学报，2011，28（1）：31-36.

[8]曲鑫，任章，宋剑爽，等.基于扰动观测器的高超飞行器建模及控制[J].上海交通大学学报，2011，45（2）：272-276.

[9]唐硕，祝强军.吸气式高超声速飞行器动力学建模研究进展[J].力学进展，2011，41（2）：187-200.

[10]MirmiraniM，WuC，ClarkA，etal.ModelingforControlofaGenericAirbreathingHypersonicVehicle[C]//AIAAGuidance，Navigation，andControlConferenceand Exhibit，SanFrancisco，California，2005，AIAA2005-6256.

[11]ClarkA，WuC，MirmiraniM，etal.Developmentofan Airframe-PropulsionIntegratedGenericHypersonicVehicleModel[C]//44thAIAAAerospaceSciencesMeeting andExhibit，Reno，Nevada，2006，AIAA2006-218.

[12]刘亚.复杂非线性系统的智能自适应重构控制[D].南京：南京航空航天大学，2003.

[13]LohsoonthornP，JonckheereE，DalzellS.Eigenstructure vsConstrainedH∞DesignforHypersonicWingedCone[J].JournalofGuidance，Control，andDynamics，2001，24（4）：648-658.

[14]LeiYu，CaoChengyu，CliffE，etal.DesignofanL1AdaptiveControllerforAir-BreathingHypersonicVehicleModelinthePresenceofUnmodeledDynamics[C]//AIAAGuidance，NavigationandControlConferenceand Exhibit，HiltonHead，SouthCarolina，2007，AIAA 2007-6527.

[15]葛东明.临近空间高超声速飞行器鲁棒变增益控制[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2011.

[16]JohnsonMD，CaliseAJ，JohnsonEN.FurtherEvaluationofanAdaptiveMethodforLaunchVehicleFlight Control[C]//AIAAGuidance，Navigation，andControl ConferenceandExhibit，Providence，RI，AIAA2004-5016.

[17]Holm-HansenB，LeeHP，YoussefHM.Neuro-FuzzyDynamicInversionControlforaHypersonicCruise Vehicle[C]//AIAAGuidance，Navigation，andControl Conference，Toronto，OntarioCanada，AIAA2010-7868.

[18]HaojianXu，MirmiraniMD，IoannouPA.Adaptive SlidingModeControlDesignforaHypersonicFlightVehicle[J].JournalofGuidance，Control，andDynamics，2004，27（5）：829-838.

[19]MatthewK，MajdedinM，PetrosI，etal.AdaptiveControlofanAeroelasticAirbreathingHypersonicCruiseVehicle[C]//AIAAGuidance，Navigation，andControl ConferenceandExhibit，HiltonHead，SouthCarolina，2007.

[20]FiorentiniL，SerraniA，BolenderMA，etal.Nonlinear Robust/AdaptiveControllerDesignforanAir-Breathing HypersonicVehicleModel[R].AIAA2007-6329，2007.

控制器设计论文范文6

指导老师：戴胜坤

设计要求：1、安装资料及要求。包括：平面图；用电负荷情况；供电电源情况；气象及水文资料等。

2、选子：位置、型号的选择

3、土建施工

4、设备安装

课题二、小电流接地系统的故障选线的研究

指导老师：戴胜坤 地故障时，故障特点不是非常明显，故障选线就显得很有必要，所以，要求学生

比较详细的了解国内外小电流接地系统故障选线的研究现状和研究方法，对现有

的选线方法进行总结并加以改进，找到适合的故障选线的方法；3、 利用ATP的仿真软件对小电流接地系统进行仿真；4、撰写毕业论文。

课题三、64点温度监测与控制系统的设计

指导老师：游佳

设计内容：64点温度监测与控制系统针对室温环境下的温度监控，如大型机组的轴温，大型变压器油温，化学反应过程，环境测试等。控制核心采用微处理器或单片机，监测64点温度，温度范围0～100℃，采用半导体温度传感器AD590，按矩阵方式切换输入信号。输出8路开关控制信号和2路PWM模拟信号（具备PID控制能力）。同时要求利用微处理器或单片机的已有通讯接口或其它工业控制网络实现数据上传和控制。

设计要求：1.总体方案设计，需要提出至少两种切实可行的方案，并加以比较，选择一种最优方案；

2.根据总体方案设计硬件电路，需要有理论依据，有分析计算过程，选择的主要元件要有原理和说明，所有元件必须有型号和参数；

3.软件设计，使用汇编语言或C语言编成。主要软件必须能在设计制作的硬件电路上正确运行 ，且能够显示被测试对象的温度；

4.制作硬件电路，调试硬件和软件，完成温度检测与测试点切换，实现温度上传并在屏幕上显示或存盘；

5.撰写毕业论文，严格按照毕业论文标准，论文引用其它文章和相关技术资料不得多于40%。

课题四、 用8051单片机设计一交通信号灯模拟控制系统的设计

指导老师：潘纹

一、设计任务与要求：

用单片机8051设计一个十字路口的红、绿、黄交通信号灯控制系统，要求如下：

1）用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。考虑到学生设计时的难度，只考虑一条道路相对的两个方向，每个方向有红、绿、黄三个灯。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，每隔30秒红绿灯交替变化。在每次由绿灯亮变成红灯亮或者由红灯亮变成绿灯亮的交替变化转换时要求黄灯闪烁5秒，给行驶中的车辆有时间停靠到禁行线之外。

2）能实现正常的计时显示功能。用倒计时方法显示红灯、绿灯、黄灯还需亮的时间。

3）能实现控制器总清零功能。 按下某个键后，系统实现总清零，计数器由初始状态开始计数，对应状态的指示灯亮。 二、根据设计任务与要求：画出设计总电路图，写出设计程序。

课题五、单片机步进电机控制器的设计

指导教师：游佳

设计要求:1.用MCS-51单片机,通过软件编程,设计一个步进电机控制器。要求能对步进电机实现正、反转及速度控制，同时能对步进电机进行位置控制，即能控制步进电机从一个位置精确地运行到另一个位置。

课题六、传感器在机电一体化系统中的应用及发展的研究

指导老师：周小薇

论文要求：1.了解传感器在机电一体化系统中的作用及地位

2.机电一体化系统中常用传感器的类型、特点、结构及用途等

3.如何为机电一体化系统选择传感器（举例说明）

4.机电一体化系统中常用传感器的发展

相关知识：本课题要求学生综合《传感器技术》《机电一体化技术》《控制电机》等相关知识进行编写。

课题七、水轮机制动系统的设计

指导老师：周小薇

设计要求：

掌握一定的电气控制技术的基础知识，可以利用PLC进行编程，并且对气压传动和液压传动有一定的了解。还要求能够运用基本的绘图软件进行绘图。

设计内容：

本设计共有三个部分：电气控制部分、流体控制部分、PLC编程部分。

（一）电气控制部分设计任务： 2.24点制动闸动作后向PLC发出制动成功或复位信号

3.压力站气路压力数显示向PLC发出4～20mA的模拟信号

4.根据PLC传送来的4～20mA的模拟信号，显示相应的转速。

（二）流体控制部分设计任务：

采用节流阀控制流量，水份分离器净化空气，两个三通换向阀分别控制汽缸的上、下腔；气液混用三通球阀进行气、油的转换控制，多块压力表可直接读数等。

（三）PLC编程部分设计任务：

根据给出的梯形图进行编程。

课题八、毕业设计题目：恒压供水系统设计

指导教师：黄卫庭

构成：PLC系统、变频器、检测保护电路、转速测量等环节

要求：1、采用PWM变频调速

2、有具体结构图及外形图

3、选用元器件合适

4、有控制电路图、主电路原理图、PLC程序框图和清单

[注意：选题要结合实际供水工作。要求写明本设计所涉及的分析方法或技术手段（如定性、定量分析的方法）；要求有学生独立的见解，设计内容要详细写明具体步骤]。

课题九、两种液体混合的设计

指导老师：叶俊 一、控制要求

1．初始状

此时各阀门关闭，容器是空的。 SL1=SL2=SL3=OFF

M＝OFF

二、起动操作

按下起动按钮，开始下列操作： (2)液体B流入，液面达到SL1时，YV2=OFF，M＝ON，开始搅拌；

(3)混合液体搅拌均匀后（设时间为l0s），M＝OFF，YV3＝ON，放出混合液体；

(4)当液体下降到名 SL2时，SL2从ON变为OFF，再过20s后容器放空，关闭YV3，YV3=OFF，完成一个操作周期；

(5)只要没按停止按钮，则自动进入下一操作周期。·

三、停止操作

按一下停止按钮，则在当前混合操作周期结束后，才停止操作，使系统停止于初始状态。

四、要求：用欧姆龙型PLC技术设计

课题十、机械手控制的设计

指导老师：叶俊

一、机械手工作过程，且每次循环动作均从原位开始。

二、控制要求

1．在传输带A端部，安装了光电开关PS，用以检测物品的到来。当光电开关检测到物品时为ON状态。

2.机械手在原位时，按下起动按钮，系统起动，传送带A运转。当光电开关检测到物品后，传送带A停。

3．传输带A停止后，机械手进行一次循环动作，把物品从传送带A上搬到传送带B(连续运转）上。

4.机械手返回原位后，自动再起动传送带A运转，进行下一个循环。

5．按下停止按钮后，应等到整个循环完成后，才能使机械手返回原位，停止工作。

6.机械手的上升／下降和左移／右移的执行结构均采用双线圈的二位电磁阀驱动液压装置实现，每个线圈完成一个动作。

7.抓紧／放松由单线圈二位电磁阀驱动液压装置完成，线圈通电时执行抓紧动作，线圈断电时执行放松动作。

8.机械手的上升、下降、左移、右移动作均由极限开关控制。

9.抓紧动作由压力继电器控制，当抓紧时，压力继电器动合触点闭合。放松动作为时间控制（设为2s）。

要求：用欧姆龙型PLC技术设计

课题十一、建立机械全自动洗衣机的工作电路模型

指导老师：方玮

结构：由电动程控器、水位开关、安全开关（盖开关）、排水选择开关、 不排水停机开关、贮水开关、漂洗选择开关、洗涤选择开关等组成。工作原理：通过各种开关组成控制电路，来控制电动机、进水阀、排水电磁铁及蜂鸣器的电压输出，使洗衣机实现程序运转。

主要内容：进水控制电路，电动机控制电路，排水系统电路等。

要求：结合洗衣机的工作过程，给出以上电路模型号并说明原理，论文不少于5000字

课题十二、工厂变配电所的设计

指导老师：居剑文

一、设计的要求

根据设计课题的技术指标和给定条件，能够独立而正确地进行方案认证和设计计算，要求概念清楚，方案合理，方法正确，步骤完整。

要求会查阅有关参考资料和手册等

要求学会选择有关元件和参数

要求学会编制有关电气系统图和编制元件明细表

要求学会编写设计说明书

二、设计说明书的内容

负荷计算及无功功率补偿计算。

变配电所所址和型式的选择。

变电所主变压器台数、容量及类型的选择（配电所设计不含此内容）。

变电所主结线方案的设计

短路电流的计算

变配电所一次设备的选择

变配电所二次回路方案的选择及继电保护装置的选择与整定

变电所防雷保护与接地装置的设计

编写设计说明书及主要设备材料清单

10、绘制变电所主结线图、平面图和必要的剖线图、二次回路图及其它的施工图样。

课题十三、电缆－架空混合线路的继电保护问题的研究

指导老师：方玮 研究现状，了解目前电缆－架空混合线路的保护的配置的方法，优缺点，并根据

电缆的特点，架空线路的特点，提出适合于混合线路的保护的方案；

3、 提出适合于电缆－架空混合线路的继电保护的方案； 4、撰写毕业论文。

课题十四、铰链四杆机构的运动特性分析

指导老师：潘纹

设计任务与要求

1）对铰链四杆机构中的曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构三种基

本类型的运动特性进行分析。

2）每种类型各举一个日常生活中常见的实例，画出其基本图表。对每种

类型要求用falsh或者authorware等做一个能动的形象逼真的例子。如吊起重物的起重机、运动的火车的机轮、椭圆仪、翻箱机、机械手爪等。

课题十五、数控铣床及加工中心产品加工工艺设计

指导老师：倪祥明 课题十六、机械手直线运动液压系统的制作

指导教师：黄国祥

目的：实现机械手水平、垂直两个方向的机械运动

任务：1、系统方案的设计与计算；液压泵、液压阀等技术参数的选择；液压辅助部件的选择与购买。

2、液压缸的加工制作。

3、液压系统的安装与调试。

4、电路系统的安装。

5、技术资料整理与电子文档的制作。

要求： 1、分组布置任务，每组可以是1人以上。

2、电子文档要求打印，字数不少于5000字。

3、现场展览制作产品，参加答辩。

课题十七、“中国结”造型设计

指导教师：张蓉

1.毕业设计的基本任务

着重提高在CAD/CAM软件应用方面的实践技能，树立严谨的科学作风，培养综合运用理论知识解决实际问题的能力。通过创建中国结造型设计、市场推广、资料整理等环节，初步掌握应用CAD/CAM进行工业造型设计的方法和基本技能。

2.毕业设计的基本要求

通过毕业设计各环节的实践，应达到如下要求：

灵活运用所学Pro/e软件创建“中国结”,打印出造型设计步骤和造型图；

对造型出来的“中国结”进行包装设计。如用Photoshop或3dmax等软件进行包装，打印出用于市场推广的效果图；

写出500字左右的论文小结

培养一定自学能力和独立分析问题、解决问题能力；

通过毕业设计实践，树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的工作作风，并培养自己具有一定的生产观点、经济观点、全面观点及团结协作的精神。

3.“中国结”造型参考图：

（造形和尺寸自定义）

课题十八、“福娃”造型设计

指导教师：罗进生

1.毕业设计的基本任务

着重提高在CAD/CAM软件应用方面的实践技能，树立严谨的科学作风，培养综合运用理论知识解决实际问题的能力。通过创建“福娃”造型设计、市场推广、资料整理等环节，初步掌握应用CAD/CAM进行工业造型设计的方法和基本技能。

2.毕业设计的基本要求

通过毕业设计各环节的实践，应达到如下要求：

灵活运用所学Pro/e软件创建“福娃”,打印出造型设计步骤和造型图；

对造型出来的“福娃”进行包装设计。如用Photoshop或3dmax等软件进行包装，打印出用于市场推广的效果图；

写出500字左右的论文小结；

培养一定自学能力和独立分析问题、解决问题能力；

通过毕业设计实践，树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的工作作风，并培养自己具有一定的生产观点、经济观点、全面观点及团结协作的精神。

3.“福娃”造型参考图：

课题十九、大功率高频直流开关电源的设计

指导老师： 倪涛

通过该题目的设计,加强电力电子的学习和理解，系统学习开关电源的设计方法，综合运所学过的知识,培养独立工作，解决实际问题的能力，为走向工作岗位打一定的基础

内容：

按技术参数设计一台直流开关电源

主要技术参数：

输入电压：三相交流380V 输入频率：50HZ

输 出：恒流50安 输出电流变动范围：0---50安连续可调

输出电压：0—60伏

要求：

1.按要求分阶段写文字材料；

2. 3.论文要按要求格式打印；

4.独立完成

设计步骤：

1.阅读国内外有关 2.选定开关电源集成控制器，学习其工作原理、应用方法；

3.主电路方案选择，要有技术经济比较；

4.主电路设计；

5.元器件的设计、计算、选择；

6.控制电路、保护电路的设计；

7.打印论文

课题二十、三层楼电梯PLC控制系统设计与调试

指导老师：倪涛

设计内容： 1、不允许同时有两层楼要求停电梯；

2、当二层不需要停时，能越过二层直接到达所需楼层。

要求：

分阶段写文字材料；

2、 3、论文要按要求格式打印；

4、独立完成

步骤：

1、设计I/O配线表。

2、设计出电梯控制的梯形图。

3、写出指令表。

4、用编程器输入指令。

调试运行。

课题二十一、车辆出入库管理PLC系统设计

指导老师：杨芳

内容：编制一个用PLC控制的车辆出入库管理梯形图控制程序,控制要求如下:

1、入库车辆前进时,计数器加1,后退则减1.

2、出库车辆前进时计数器减1,后退则加1.

3、要求有显示屏指示车库内车辆的实际数目.

要求：

1.根据题意设计显示电路，并按图连接。

2.画PLCI/O接口连线图，并按图连接。

3.编制梯形图及指令语句表。

4.完成系统调试，实现控制要求。

课题二十二、水塔水位控制PLC系统设计

指导老师：杨芳

内容：1、保持水池的水位在S3——S4之间，当水位低于S3，则打开阀门进水，水位到达S4时，则关闭阀门。 水塔水位控制面板

要求：1.根据题意设计显示电路，并按图连接。

2.画PLCI/O接口连线图，并按图连接。

3.编制梯形图及指令语句表。

4.完成系统调试，实现控制要求。

课题二十三、用PRO/E软件进行玩具造型设计

指导教师：罗进生

要求：利用软件进行实体造型，写出具体造型步骤。步骤清晰合理，造型思路明确。可以自己设计玩具形状，分析所设计玩具市场前景。

参考图样：

课题二十四、基于PROE软件的机械制图三维模型库开发及应用

指导老师：李广坤