自动控制原理课程设计-雷达天线伺服控制系统

自动控制原理课程设计-雷达天线伺服控制系统（通用2篇）

1.自动控制原理课程设计-雷达天线伺服控制系统 篇一

设计要求：

（1）利用8253定时，8259中断及8255输出实现交通灯模拟控制。

（2）实现能自动控制和手动控制。（3）实现能随时可以调整自动模式的绿灯和红灯时间

设计目的

电子课程设计是电子技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识和实践能力相统一的一个环节，是真正锻炼学生能力的一个环节。交通灯能保证行人过马路的安全,控制交通状况等优点受到人们的欢迎，在很多场合得到了广泛的应用。

交通灯是采用计算机通过编写汇编语言程序控制的。红灯停，绿灯行的交通规则。广泛用于十字路口,车站, 码头等公共场所,成为人们出行生活中不可少的必需品,由于

计算机技术的成熟与广泛应用,使得交通灯的功能多样化,远远超过老式交通灯, 交通灯的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了交通灯的功能。诸如闪烁警示、鸣笛警示，时间程序自动控制、倒计时显示，所有这些，都是以计算机为基础的。还可以根据主、次干道的交通状况的不同任意设置各自的不同的通行时间。或者给红绿色盲声音警示的人性化设计。现在的交通灯系统很多都增加了智能控制环节，比如对闯红灯的车辆进行拍照。当某方向红灯亮时，此时相应的传感器开始工作，当有车辆通过时，照相机就把车辆拍下。

要将交通灯系统产品化，应该根据客户不同的需求进行不同的设计，应该在程序中增加一些可以人为改变的参数，以便客户根据不同的需要随时调节交通灯。因此，研究交通灯及扩大其应用，有着非常现实的意义。设计内容

交通灯控制系统

利用8253定时器、8255等接口，设计一电路，模拟十字路口交通灯控制。要求能实现自动控制和手动应急控制。

具体要求如下：

1)在一个十字路口的一条主干道和一条支干道分别装上一套红、绿、黄三种信号灯。

2)在一般情况下，主干道上的绿灯常亮，而支干道总是红灯。

3)当检测到支干道上来车时，主干道的绿灯转为黄灯，持续4S后，又变为 红灯，同时支干道由红灯变为绿灯。

4）支干道绿灯亮后，或者检测到主干道上来了三辆车，或者虽未来三辆车，但绿灯已经持续了25秒，则支干道立即变为黄灯，同时主干道由红灯变为绿灯。设计要求

在Proteus环境下，结合课程设计题目，设计硬件原理图，搭建硬件电路

软件设计

1、采用模块化程序结构设计软件，可将整个软件分成若干功能模块。

2、画出程序流程图。

3、根据流程图，编写源程序。

4、在Proteus环境下，仿真调试程序 设计原理与硬件电路

要完成本实验，首先必须了解交通路灯的亮灭规律。本实验需要用到实验箱上八个发光二极管中的六个，即红、黄、绿各两个。不妨将L1（绿)、L2（黄）、L3（红）做为南北方向的指示灯，将L4（绿）、L5（黄）、L6（红）做为东西方向的指示灯。而交通灯的亮灭规律为：初始态是两个路口的红灯全亮，之后，东西路口的绿灯亮，南北路口的红灯亮，东西方向通车，延时一段时间后，东西路口绿灯灭，黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，东西路口红灯亮，而同时南北路口的绿灯亮，南北方向开始通车，延时一段时间后，南北路口的绿灯灭，黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，再切换到东西路口方向，重复上述过程。各发光二极管的阳极通过保护电阻接到+5V的电

源上，阴极接到输入端上，因此使其点亮应使相应输入端为低电平。在以上的叙述基础上，本实验添加了东西方向S2、南北方向S3紧急切换按钮各一个，当紧急按钮按下时，相应方向紧急切换为绿灯，以便特种车辆通行。另外，本实验以低电平触发中断申请，表示有特种车通过。

本实验中断处理程序的应用，最主要的地方是如何保护进入中断前的状态，使得中断程序执行完毕后能回到交通灯中断前的状态。要保护的地方，除了累加器ACC、标志寄存器PSW外，还要注意：一是主程序中的延时程序和中断处理程序中的延时程序不能混用，本实验给出的程序中，主程序延时用的是

R5、R6、R7，中断延时用的是R3、R4和新的R5。第二，主程序中每执行一步经74LS273的端口输出数据的操作时，应先将所输出的数据保存到一个单元中。因为进入中断程序后也要执行往74LS273端口输出数据的操作，中断返回时如果没有恢复中断前74LS273端口锁存器的数据，则显示往往出错，回不到中断前的状态。还要注意一点，主程序中往端口输出数据操作要先保存再输出，例如有如下操作：

MOV A，#0F0H（0）MOVX @R1，A（1）MOV SAVE，A（2）

程序如果正好执行到（1）时发生中断，则转入中断程序，假设中断程序返回主程序前需要执行一句MOV A，SAVE指令，由于主程序中没有执行（2），故SAVE中的内容实际上是前一次放入的而不是（0）语句中给出的0F0H，显示出错，将（1）、（2）两句顺序颠倒一下则没有问题。发生中断时确定方向的绿灯亮10秒，然后返回中断前的状态。

程序及硬件系统调试情况

程序运行结果： 东西路右拐和南北路左拐绿灯点亮5秒，直通到均为红灯 5秒后，黄灯亮3秒钟。此时南北方向仍维持红灯点亮。东西方向直通，为绿灯，南北 方向红灯 黄灯再亮三秒之后，东西路左拐和南北路右拐绿灯点亮 南北方向的黄灯亮3秒钟后，南北方向直通，延时5秒 闭合A口开关，四个路口全红灯，表明紧急状态。

设计总结与体会

经过这两周的课程设计, 做关于交通灯系统设计,我认真查阅资料,学习关于这方面的知识,比如说要了解8086芯片中各个引脚的功能,怎么样去使用8255这个可编程并行接口芯片，怎么样使用8253来定时及输出一定频率的脉冲以及交通有哪些规则.在理论学习的基础上,又下了一次苦工夫,算是明白了设计一个系统的过程;也让我体会到要想成功地设计某个东西,光学好专业知识是不够的,必须要系统的知识,无论在哪方面都要有个明白的概念,只有这样才不至于在设计过程中摸不着头脑,知道去哪些是需要查的资料,还有一点,我觉得我在芯片编程方面,特别是在初始化方面是我最大的困难,或许是我的汇编语言学得不够好,我只

能借助参考资料,查每一条指令的作用与功能,这样一来又巩固了我的对汇编语言的了解.而且在设计中，把死板的课本知识变得生动有趣，激发了学习的积极性。把学过的计算机编译原理的知识强化，能够把课堂上学的知识通过自己设计的程序表示出来，加深了对理论知识的理解。以前对与计算机操作系统的认识是模糊的，概念上的，现在通过自己动手做实验，从实践上认识了操作系统是如何处理命令的，如何协调计算机内部各个部件运行，对计算机编译原理的认识更加深刻。

2.自动控制原理课程设计-雷达天线伺服控制系统 篇二

随着计算机技术的发展,虚拟样机技术在仿真与建模领域迅速发展起来,并在国际上得到了广泛的应用[1]。在ADAMS软件中建立虚拟样机模型后,一般需要反复仿真并修改模型样机模型,这种建模工作花费大量的机时和人工[2]。利用ADAMS / view提供的参数化建模和分析功能可以大大提高分析效率。本文研究雷达天线模型的参数化建模,在参数化思想的指导下,实现了计算机联合仿真,提出了雷达天线模型参数化建模的设计方案。

2雷达天线建模

2. 1 ADAMS虚拟物理模型

雷达天线系统是一直复杂的多刚体系统,采用计算机自动生成其数学模型,不必考虑推导公式的难易程度,这种方法不仅适用于较简单的平面模型, 而且更适用于复杂的三维空间模型[3]。根据雷达天线模型的结构尺寸,在ADAMS软件平台上建立它的虚拟模型,如图1所示。对于雷达天线模型来说,需要在基座与大地之间添加一个固定约束副,在俯仰和方位轴添加一个转动副,同时给模型的俯仰轴和方位轴添加驱动。对该模型进行初步仿真: 驱动俯仰轴以及方位轴,天线可正常转动,此模型运行正常。

2. 2模型的参数化

进行参数化建模时,首先确定影响样机性能的关键输入值,选择合适的方法对虚拟物理模型进行参数化。本文主要运用了参数化点坐标及设计变量两种方法来进行雷达天线模型的参数化,其中主要对天线高频箱以及叉臂的厚度进行参数化,部分参数化信息见图2。

2. 3控制ADAMS模型

在模型中除了添加约束之外,还需要创建单分量力矩、状态变量,定义模型的输入输出变量。在本天线模型中将力矩作为俯仰轴和方位轴的输入状态变量,定义天线转动的俯仰轴的角度、角速度以及角加速度,将方位轴的角度、角速度以及角加速度作为输出状态变量。

3 ADAMS和MATLAB的联合仿真

3. 1联合控制方案

ADAMS和MATLAB的联合控制是在ADAMS中建立虚拟模型,由ADAMS输出描述系统方程的有关参数,MATLAB根据ADAMS输出的信息建立控制系统并进行仿真。在计算过程中ADAMS与MATLAB进行数据交换,由ADAMS的求解器求解系统方程,由MATLAB求解控制方程,共同完成整个控制过程的计算[4]。联合仿真中数据交换过程如图3所示。

3. 2控制系统模型

雷达天线系统伺服电机一般采用的永磁直流电动机,永磁直流电动机的电枢可以等效为电阻Ra和电感La,Eb表示转子转动时在电枢中产生的反电动势。对永磁直流电机的电枢电压方程、电动机力矩平衡方程、电动机力矩方程和反电动势方程[5]施加零初始条件,并进行拉氏变换,可以得到如下方程组:

根据以上电机系统模型,在MATLAB /Simulink中建立雷达天线伺服电机控制系统模型。图4所示的结构动态图描述了系统各个模块传递函数之间的关系。

4仿真结果

联合仿真得到的曲线如图5、图6所示,图5为俯仰轴阶跃响应仿真曲线,图6为方位轴阶跃响应仿真曲线。该雷达天线俯仰轴伺服系统上升时间tr为0.144s,峰值时间tp为0.371s,超调量σ为0,调节时间ts为0.371s,稳态误差ess为0.0018rad。方位轴伺服系统的上升时间tr为0.2s,峰值时间tp为0.41s,超调量σ为3.03%,调节时间ts为0.54s,稳态误差ess为0.0008rad。俯仰轴及方位轴伺服系统的上升时间、峰值时间、调整时间都比较短,系统的响应是较快,对阶跃信号的响应超调量也很小,因而系统相对稳定。同时,稳态误差也很小说明其复现精度也很好。整个系统的快速性,稳定性以及准确性均达到要求。

5综述

本文运用ADAMS和MATLAB两款仿真软件对雷达天线伺服系统进行了联合仿真。运用多刚体动力学原理与分析软件建立了虚拟样机机构; 根据雷达天线的结构参数,完成了雷达天线在ADAMS环境下的建模; 设计了ADAMS和MATLAB两款软件的联合控制方案; 通过联合仿真结果,分析了非线性环节对雷达天线系统的影响。

参考文献

[1]王国强,张进平,马若丁.虚拟样机技术及其在ADAMS上的实践[M].西安:西北工业大学出版社,2002.

[2]郑建荣等.ADAMS虚拟样机技术入门与提高[M].北京:机械工业出版社,2003.

[3]李素兰,黄进,段宝岩.一种雷达天线伺服系统结构与控制的集成设计研究[J].机械工程学报,2010,46(19):140-146.

[4]衣袖帅,黄志刚,孙明涛.ADAMS和MATLAB联合仿真技术应用[J].北京工商大学学报(自然科学版),2009,5(27):14-21.