第一篇：自動控制原理課程設(shè)計(jì)-雷達(dá)天線伺服控制系統(tǒng)

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雷達(dá)位置伺服系統(tǒng)校正

班級： 0xx班 學(xué)號： xx

姓名： xx 指導(dǎo)老師： x老師

—2011.12

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雷達(dá)位置伺服系統(tǒng)校正

一、雷達(dá)天線伺服控制系統(tǒng)

(一)概 述

用來精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個(gè)過程的反饋控制系統(tǒng)。又稱隨動系統(tǒng)。在很多情況下，伺服系統(tǒng)專指被控制量（系統(tǒng)的輸出量）是機(jī)械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統(tǒng)，其作用是使輸出的機(jī)械位移（或轉(zhuǎn)角）準(zhǔn)確地跟蹤輸入的位移（或轉(zhuǎn)角）。伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和其他形式的反饋控制系統(tǒng)沒有原則上的區(qū)別。它是由若干元件和部件組成的并具有功率放大作用的一種自動控制系統(tǒng)。位置隨動系統(tǒng)的輸入和輸出信號都是位置量，且指令位置是隨機(jī)變化的，并要求輸出位置能夠朝著減小直至消除位置偏差的方向，及時(shí)準(zhǔn)確地跟隨指令位置的變化。位置指令與被控量可以是直線位移或角位移。隨著工程技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了各種類型的位置隨動系統(tǒng)。由于發(fā)展了力矩電機(jī)及高靈敏度測速機(jī)，使伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了直接驅(qū)動，革除或減小了齒隙和彈性變形等非線性因素，并成功應(yīng)用在雷達(dá)天線。伺服系統(tǒng)的精度主要決定于所用的測量元件的精度。此外，也可采取附加措施來提高系統(tǒng)的精度，采用這種方案的伺服系統(tǒng)稱為精測粗測系統(tǒng)或雙通道系統(tǒng)。通過減速器與轉(zhuǎn)軸嚙合的測角線路稱精讀數(shù)通道，直接取自轉(zhuǎn)軸的測角線路稱粗讀數(shù)通道。因此可根據(jù)這個(gè)特征將它劃分為兩個(gè)類型，一類是模擬式隨動系統(tǒng)，另一類是數(shù)字式隨動系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)——雷達(dá)天線伺服控制系統(tǒng)實(shí)際上就是隨動系統(tǒng)在雷達(dá)天線上的應(yīng)用。系統(tǒng)的原理圖如圖1-1所示。

圖1-1 雷達(dá)天線伺服控制系統(tǒng)原理圖

(二)系統(tǒng)的組成

從圖1-1可以看出本系統(tǒng)是一個(gè)電位器式位置隨動系統(tǒng)，用來實(shí)現(xiàn)雷達(dá)天線的跟蹤控制，由以下幾個(gè)部分組成：位置檢測器、電壓比較放大器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)。以上部分是該系統(tǒng)的基本組成，在所采用的具體元件或裝置上，可采用不同的位置檢測器，直流或交流伺服機(jī)構(gòu)等等。

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現(xiàn)在對系統(tǒng)的組成進(jìn)行分析：

1、受控對象：雷達(dá)天線；

2、被測量：角位置?m；

*

3、給定值：指令轉(zhuǎn)角?m；

4、傳感器：由電位器測量?m,并轉(zhuǎn)化為U；

5、控制器：放大器，比例控制；

6、執(zhí)行器：直流電動機(jī)及減速箱。

（三）工作原理

現(xiàn)在來分析該系統(tǒng)的工作原理。由圖1-1可以看出，當(dāng)輸入一個(gè)指定角?m經(jīng)過指令信號電位計(jì)，將角位移轉(zhuǎn)換為電位計(jì)的電壓輸出，電壓經(jīng)過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸出到運(yùn)放的輸入端，在經(jīng)過電壓放大器輸出到電動機(jī)的兩端。驅(qū)動雷達(dá)天線轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)動到指定位置?m*，停止。

*??m?0，則反饋信號為0，不需要調(diào)整。如果??m??m如果??m?0。則經(jīng)過反饋電位計(jì)將角位移信號轉(zhuǎn)換為反饋電壓輸出，進(jìn)行調(diào)整，只要輸入與輸出之間存在角度的差值，則就會有反饋電壓信號的輸出，直至輸出的位置信號等于?m*=?m。

*同理可得：如果給定角?m減小，則系統(tǒng)運(yùn)動方向?qū)⒑蜕鲜銮闆r相反。

二、雷達(dá)天線伺服控制系統(tǒng)主要元部件

（一）位置檢測器

位置檢測器作為測量元件，由指令信號電位計(jì)和反饋電位計(jì)組成位置（角度）檢測器，兩個(gè)電位器均由同一個(gè)直流電源US供電，這樣可將位置直接轉(zhuǎn)換成電量輸出。

在控制系統(tǒng)中,單個(gè)電位器用作為信號變換裝置，其輸出與輸入的函數(shù)關(guān)系為：

u(t)?K0?(t)

式中K0?E?max，是電刷單位角位移對應(yīng)的輸出電壓，稱為電位器傳遞系數(shù)，其中E是電 2

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位器電源電壓，?max是電位器最大工作角。對上式求拉氏變換，并令U(s)?L[u(t)]，?(s)?L[?(t)]，可求得電位器傳遞函數(shù)為：

U(s)?K0

G(s)??(s)可以看出電位器的傳遞函數(shù)是一個(gè)常值，它取決于電源電壓E和電位器最大工作角度?max。電位器可用圖2-1的方框圖表示。

圖2-1 電位器方框圖

其中輸入X(s)就是?(s)，輸出C(s)就是U(s)，G(s)就是K0。我們認(rèn)為反饋電位計(jì)的傳遞函數(shù)與指令信號電位計(jì)的相同

在使用電位器時(shí)要注意負(fù)載效應(yīng)。所謂負(fù)載效應(yīng)就是指在電位器輸出端接有負(fù)載時(shí)所產(chǎn)生的影響。當(dāng)電位器接負(fù)載時(shí)，一般負(fù)載阻抗比較大，所以可以將電位器視為線性元件，其輸出電壓與電刷角位移之間成線性關(guān)系。

（二）電壓比較放大器

電壓比較放大器由1A、2A組成，其中放大器1A僅僅起倒相的作用，2A則起電壓比較和放大作用，其輸出信號作為下一級功率放大器的控制信號，并具備鑒別電壓極性（正反相位）的能力。

電壓比較放大器實(shí)際上是比較元件和一部分放大元件的組合，其職能是把測量元件檢測到的被控量實(shí)際值與給定元件給出的參據(jù)量進(jìn)行比較，求出它們之間的偏差，并經(jīng)過電壓型集成運(yùn)算放大器的放大作用，將偏差信號放大。具體說來就是：

Uct?Kct(U?U)*

其中Kct??R1R0，又因U*?U?e（偏差），所以上式可以寫成Uct?Kcte，對該式兩邊同時(shí)進(jìn)行拉氏變換，可得電壓比較運(yùn)算放大器的傳遞函數(shù)為

G(s)?Uct(s)E(s)?Kct

從式子可以知道電壓比較放大器的傳遞函數(shù)也是一個(gè)常值。電壓比較放大器可以用圖2-2

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所示的方框圖表示：

E(s)G(s)Uct(s)

圖2-2 電壓比較器方框圖

其中G(s)?Kct。

（三）執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)即執(zhí)行元件，它的職能是直接推動被控對象，使其被控量發(fā)生變化。一般用來作為執(zhí)行元件的有控制閥、電動機(jī)、液壓馬達(dá)等。雖然隨著科技的發(fā)展，近些年來，交流電動機(jī)在控制系統(tǒng)特別是調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣，使直流電動機(jī)的地位受到了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。但目前直流電動機(jī)在控制系統(tǒng)中仍占主要地位。對于調(diào)速范圍不大，動態(tài)響應(yīng)要求不高的系統(tǒng)，可以使用普通直流電動機(jī)。對于調(diào)速范圍大，動態(tài)響應(yīng)要求快的系統(tǒng)，特別是伺服系統(tǒng)（隨動系統(tǒng)），則應(yīng)采用直流伺服電動機(jī)。

直流伺服電動機(jī)是專門為控制系統(tǒng)特別是伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造的一種電機(jī)。它的轉(zhuǎn)子的機(jī)械運(yùn)動受輸入電信號控制作快速反應(yīng)。直流伺服電動機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)和基本特征與普通直流電動機(jī)沒有原則區(qū)別，但為了滿足控制系統(tǒng)的要求，在結(jié)構(gòu)和性能上做了一些改進(jìn)，具有如下特點(diǎn)：

1、采用細(xì)長的電樞以便降低轉(zhuǎn)動慣量，其慣量大約是普通直流電動機(jī)的1/3?1/2。

2、具有優(yōu)良的換向性能，在大的峰值電流沖擊下仍能保持良好的換向條件。

3、機(jī)械強(qiáng)度高，能夠承受住巨大的加速度造成的沖擊力作用。

4、電刷一般都安排在幾何中性面上，以確保正、反轉(zhuǎn)特性對稱。

本系統(tǒng)就是采用直流伺服電動機(jī)SM作為帶動負(fù)載運(yùn)動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)中的雷達(dá)天線即為負(fù)載，電動機(jī)到負(fù)載之間通過減速器匹配。

直流伺服電動機(jī)在控制系統(tǒng)中廣泛用作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用來對被控對象的機(jī)械運(yùn)動實(shí)現(xiàn)快速控制，通過簡化處理后的直流伺服電動機(jī)的微分方程為

Tmd?m(t)dt??m(t)?K1ud(t)?K2M(t)

式中M(t)可視為負(fù)載擾動轉(zhuǎn)矩。根據(jù)線性系統(tǒng)的疊加原理，可分別求ud(t)到?m(t)和M(t)到?m(t)的傳遞函數(shù)，以便研究在ud(t)和M(t)分別作用下電動機(jī)轉(zhuǎn)速?m(t)的性能，將他們疊加后，便是電動機(jī)轉(zhuǎn)速的響應(yīng)特性。所以在不考慮負(fù)載擾動轉(zhuǎn)矩的條件下，即M(t)?0

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'時(shí)和在零初始條件下，即?m(0)??m(0)?0時(shí)，對上式各項(xiàng)求拉氏變換，并令?m(s)?L[?m(t)]，Ud(s)?L[ud(t)]，則得s的代數(shù)方程為

(Tms?1)?m(s)?K1Ud(s)

由傳遞函數(shù)的定義，于是有

G(s)??m(s)Ud(s)?K1Tms?1

G(s)便是電樞電壓ud(t)到?m(t)的傳遞函數(shù)，Tm是系統(tǒng)的機(jī)電常數(shù)。

這可以用圖2-4所示的方框圖來表示

圖2-4 直流伺服電動機(jī)方框圖

其中G(s)?K1Tms?1。

設(shè)減速器的速比為i，減速器的輸入轉(zhuǎn)速為n，而輸出轉(zhuǎn)速為n'，則減速器的傳遞函數(shù)為

G(s)?N'(s)N(s)?Kg

其中Kg?1/i。

三、系統(tǒng)的開環(huán)增益的選擇和系統(tǒng)的靜態(tài)計(jì)算

系統(tǒng)的原理框圖可簡化成如圖3-1所示

圖3-1 雷達(dá)天線伺服控制系統(tǒng)原理框圖

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*給定角?m經(jīng)電位器變成給定信號U*，被控量經(jīng)電位器變成反饋信號U，給定信號與反饋信號產(chǎn)生偏差信號e；偏差信號經(jīng)放大器（電壓比較放大器）得到Ud，Ud通過執(zhí)行

*機(jī)構(gòu)（直流伺服電動機(jī)）作用到雷達(dá)天線上，減小偏差，最終實(shí)現(xiàn)?m??m。這就是控制的整個(gè)過程。，在不考慮干擾力矩的條件下，并適當(dāng)?shù)淖儞Q，就會得到雷達(dá)天線伺服控制控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，如圖3-2所示：

圖3-2 雷達(dá)天線伺服控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

*(s)，C(s)就是?m(s)，Kg?1/i。其中R(s)就是?m將方框圖進(jìn)行化簡處理，可得系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)：

G(s)?C(s)R(s)??m(s)?(s)*m?Ks(Tms?1)

其中K?K0KctKdK1Kg。簡化后的系統(tǒng)方框圖如圖3-3所示：

Kw/(Tw*s+1)?（s）k0UKm/(Tm*s+1)W（s）1/Is*?（s）

圖3-3 系統(tǒng)簡化方框圖

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因系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：

?（s）=2K2S(10Tm?5K)?(10?K)S

其中K為開環(huán)增益，Tm為直流伺服電動機(jī)的時(shí)間常數(shù)。選取Tm?0.1s的直流伺服電動機(jī)作為執(zhí)行機(jī)

這是一個(gè)二階系統(tǒng)，在沒有校正設(shè)計(jì)前，取系統(tǒng)的阻尼比為??0.5，代入Tm?0.1，由二階系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)形式有：

?（s）=2K/(10Tm?5K)S?(10?K)/(10Tm?5K)S2

2?Wn?(10?K)/(10Tm?5K)Wn?2K/(10Tm?5K)2計(jì)算得到：K=4.4 系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：

?（s）=0.38S?0.63S2

這可以用系統(tǒng)的參數(shù)方框圖表示，如圖3-4所示：

R(s)0.38?（）s=2S?0.63SC(s)B(s)

圖3-4 系統(tǒng)參數(shù)方框圖

可以看出??1，是一型系統(tǒng)。靜態(tài)位置誤差系數(shù)

Kp?limG(s)H(s)??s?0

得到系統(tǒng)在階躍輸入作用下的穩(wěn)態(tài)誤差

ess?11?limG(s)H(s)s?0?11?Kp?0

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四 系統(tǒng)的動態(tài)分析

（一）時(shí)域分析

在第三章選擇了系統(tǒng)的開環(huán)增益，并進(jìn)行了靜態(tài)計(jì)算，知道了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為0，現(xiàn)在對系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)分析。在典型輸入信號作用下，任何一個(gè)控制系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)都由動態(tài)過程和穩(wěn)態(tài)過程兩部分組成，動態(tài)分析就是對動態(tài)過程的分析。動態(tài)過程又稱過渡過程或瞬態(tài)過程，指系統(tǒng)在典型輸入信號作用下，系統(tǒng)輸出量從初始狀態(tài)到最終狀態(tài)的響應(yīng)過程。由于實(shí)際控制系統(tǒng)具有慣性、摩擦以及其它一些原因，系統(tǒng)輸出量不可能完全復(fù)現(xiàn)輸入量的變化。動態(tài)過程除提供系統(tǒng)穩(wěn)定性的信息外，還可以提供響應(yīng)速度及阻尼情況等信息，這些信息用動態(tài)性能描述。

對本系統(tǒng)而言，在沒有校正設(shè)計(jì)時(shí)，??0.5，可知系統(tǒng)是欠阻尼二階系統(tǒng)。動態(tài)分析具體而言就是確定系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)。因??cos?，于是求得阻尼角為

??arccos??arccos0.5??/3

而阻尼振蕩頻率為

?d??n1??2?0.54(rad/s)

對欠阻尼二階系統(tǒng)各性能指標(biāo)進(jìn)行近似計(jì)算，可得

1、延遲時(shí)間td：

td?1?0.7??6.45

?n2、上升時(shí)間tr：

tr?????d??3.90(s)

3、調(diào)節(jié)時(shí)間ts：

ts?3.5?11.30(s)

??n4、超調(diào)量?%：

?%?e???/1??2?100%?16.3%

由這些計(jì)算出的動態(tài)性能指標(biāo)可以知道，系統(tǒng)并沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求，超調(diào)量

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?%?16.3%?0，調(diào)節(jié)時(shí)間ts?0.7?0.5。系統(tǒng)此時(shí)的單位階躍響應(yīng)曲線如圖4-1所示

Step Response1.41.210.8Amplitude0.60.40.200246810Time(sec)1214161820

圖4-1 系統(tǒng)校正前單位階躍響應(yīng)曲線

從對系統(tǒng)的動態(tài)分析和圖4-1可以看出，如果該系統(tǒng)沒有校正設(shè)計(jì)，則達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，所以為了滿足設(shè)計(jì)要求，必須進(jìn)行校正設(shè)計(jì)

（二）頻域分析 波特圖如下：

Bode DiagramGm = Inf dB(at Inf rad/sec), Pm = 34.1 deg(at 0.561 rad/sec)50403020Magnitude(dB)Phase(deg)100-10-20-30-40-50-90-135-18010-210-110Frequency(rad/sec)0101

五 校正設(shè)計(jì)

所謂校正，就是在系統(tǒng)中加入一些其參數(shù)可以根據(jù)需要而改變的機(jī)構(gòu)或裝置，使系統(tǒng)整個(gè)特性發(fā)生變化，從而滿足給定的各項(xiàng)性能指標(biāo)。目前，在工程實(shí)踐中常用的有三種校

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正方法，分別是串聯(lián)校正、反饋校正和復(fù)合校正。

本系統(tǒng)的校正設(shè)計(jì)采用反饋校正。反饋校正是目前廣泛應(yīng)用的一種校正方式，反饋校正的基本原理是：用反饋校正裝置包圍待校正系統(tǒng)中對動態(tài)性能改善有重大妨礙作用的某些環(huán)節(jié)，形成一個(gè)局部反饋回路（內(nèi)回路），在局部反饋回路的開環(huán)幅值遠(yuǎn)大于1的條件下，局部反饋回路的特性主要取決于反饋校正裝置，而與被包圍部分無關(guān)；適當(dāng)選擇校正裝置的形式和參數(shù)，可以使系統(tǒng)的性能滿足給定指標(biāo)的要求。

本系統(tǒng)采用直流測速發(fā)電機(jī)作為校正裝置，即采用測速反饋控制來實(shí)現(xiàn)校正。直流測速發(fā)電機(jī)的傳遞函數(shù)為

G(s)?U(s)?(s)?Kt

或

G(s)?U(s)?Kts

?(s)將該校正環(huán)節(jié)加到原系統(tǒng)中，可以得到校正后的系統(tǒng)方框圖，如圖5-1所示

K?（s）(Tw*s+1)/Kwk1k0UKm/(Tm*s+1)W（s）1/Is*?（s）

圖5-1 校正后雷達(dá)天線伺服控制系統(tǒng)方框圖

畫簡后得到圖5-2

圖5-2 校正后系統(tǒng)方框圖

由圖5-2得到校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)

?（s）=*44K1/5(22K?1)S?[(50?22K)/5(22K?1)]S2

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由于題目要求Kv?5 即：44K1/5(22K?1)?5

K1是在主前向通路上的開環(huán)放大倍數(shù)，為了方便我們假設(shè)其值為1.?44/5(22K?1)?5

解得：K?0.038 取K?0.01

??（s）?*7.2S?8.2S2

?

2?Wn?8.2Wn?7.22

???1.52Wn?2.7

從實(shí)際考慮，我們知道雷達(dá)天線伺服控制系統(tǒng)的性能應(yīng)該是響應(yīng)速度盡可能快，即調(diào)節(jié)時(shí)間盡可能小，超調(diào)量盡可能小。

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求是系統(tǒng)通過校正設(shè)計(jì)后的單位階躍響應(yīng)無超調(diào)。校正后系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)為：

td?1?0.6?t?0.2?t2?n?0.85

tr?1?1.5?t??t2?n?2.07

其單位階躍響應(yīng)為：

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Step Response10.90.80.70.6Amplitude0.50.40.30.20.10012345Time(sec)678910

均滿足題目要求： 波特圖：

Bode DiagramGm = Inf dB(at Inf rad/sec), Pm = 83.9 deg(at 0.873 rad/sec)40200Magnitude(dB)Phase(deg)-20-40-60-80-100-90-120-150-18010-1100101102103Frequency(rad/sec)

六、校正結(jié)論

本設(shè)計(jì)是雷達(dá)天線伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，伺服控制系統(tǒng)最初用于船舶的自動駕駛、火炮控制和指揮儀中，后來逐漸推廣到很多領(lǐng)域，特別是雷達(dá)天線伺服控制系統(tǒng)。主要討論的是雷達(dá)天線的跟蹤問題。雖然系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，但這只是理論上的設(shè)計(jì)，好多環(huán)節(jié)都采用了理想化的處理，與實(shí)際條件還有一定的區(qū)別。要是進(jìn)行物理設(shè)計(jì)，還有很多方面的問題需要注意和解決。從本質(zhì)上說就的一個(gè)位置隨動系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)中，通過對系統(tǒng)工作原理的分析，進(jìn)行了方案和主要元部件的選擇。對系統(tǒng)的開環(huán)增益和靜態(tài)誤差進(jìn)行了計(jì)算，自 動 控 制 原 理 課 程 設(shè) 計(jì)

對系統(tǒng)進(jìn)行了動態(tài)分析，了解了系統(tǒng)在沒有進(jìn)行校正設(shè)計(jì)時(shí)的動態(tài)性能，最后進(jìn)行了校正設(shè)計(jì)并再次進(jìn)行動態(tài)分析，使系統(tǒng)最終達(dá)到了在單位階躍信號作用下，響應(yīng)無超調(diào)，調(diào)節(jié)時(shí)間ts?0.5s的設(shè)計(jì)要求。

七、設(shè)計(jì)體會

我們組進(jìn)過了兩次大的討論，第一次是我們確定了該系統(tǒng)要達(dá)到的目標(biāo)。在兩個(gè)反饋的作用上產(chǎn)生了一定的分歧，在第二個(gè)反饋的作用上我一直不是很理解，知道我們求出傳遞函數(shù)，才明白，在本次討論中我們分組分工，我組要是負(fù)責(zé)matlab部分，其實(shí)之前對matlab不是很熟悉，在查閱相關(guān)資料，以及自動控制原理書本上的實(shí)例進(jìn)行對比參考能夠基本完成系統(tǒng)校正的實(shí)現(xiàn)，在之前的調(diào)試過程中，我們進(jìn)行了多次的計(jì)算和參數(shù)的選取。第二次討論我們是對各部分的綜合，能夠完整的了解該系統(tǒng)以及校正后的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能。通過本次的課程設(shè)計(jì)也使我學(xué)到了很多知識，在課程學(xué)習(xí)中我第五章和第六章學(xué)的不是很好，這次設(shè)計(jì)師一次完整的復(fù)習(xí)，在課程設(shè)計(jì)中也讓我學(xué)會了分析問題、解決問題的方法，一步學(xué)習(xí)了控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，系統(tǒng)的時(shí)域分析法，系統(tǒng)的校正等方面的知識。學(xué)會了團(tuán)隊(duì)合作的精神以及刻苦鉆研的精神，學(xué)會一些在課本中根本沒有提及到的東西。加強(qiáng)了理論知識與實(shí)踐統(tǒng)一的能力，加強(qiáng)了自己的動手操作能力。同時(shí)，自動控制原理適用于很多領(lǐng)域、應(yīng)用于各行各業(yè)，在做本次設(shè)計(jì)的同時(shí)，也讓我接觸、學(xué)習(xí)了許多其他專業(yè)領(lǐng)域的知識，豐富了自己的知識儲備。當(dāng)然在此過程中很多不懂得地方都有同學(xué)們的幫組，最終能夠了解其功能，實(shí)現(xiàn)校正。

參考文獻(xiàn)

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第二篇：雷達(dá)天線伺服控制系統(tǒng)要點(diǎn)

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概 述

用來精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個(gè)過程的反饋控制系統(tǒng)。又稱隨動系統(tǒng)。在很多情況下，伺服系統(tǒng)專指被控制量（系統(tǒng)的輸出量）是機(jī)械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統(tǒng)，其作用是使輸出的機(jī)械位移（或轉(zhuǎn)角）準(zhǔn)確地跟蹤輸入的位移（或轉(zhuǎn)角）。伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和其他形式的反饋控制系統(tǒng)沒有原則上的區(qū)別。它是由若干元件和部件組成的并具有功率放大作用的一種自動控制系統(tǒng)。位置隨動系統(tǒng)的輸入和輸出信號都是位置量，且指令位置是隨機(jī)變化的，并要求輸出位置能夠朝著減小直至消除位置偏差的方向，及時(shí)準(zhǔn)確地跟隨指令位置的變化。位置指令與被控量可以是直線位移或角位移。隨著工程技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了各種類型的位置隨動系統(tǒng)。由于發(fā)展了力矩電機(jī)及高靈敏度測速機(jī)，使伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了直接驅(qū)動，革除或減小了齒隙和彈性變形等非線性因素，并成功應(yīng)用在雷達(dá)天線。伺服系統(tǒng)的精度主要決定于所用的測量元件的精度。此外，也可采取附加措施來提高系統(tǒng)的精度，采用這種方案的伺服系統(tǒng)稱為精測粗測系統(tǒng)或雙通道系統(tǒng)。通過減速器與轉(zhuǎn)軸嚙合的測角線路稱精讀數(shù)通道，直接取自轉(zhuǎn)軸的測角線路稱粗讀數(shù)通道。因此可根據(jù)這個(gè)特征將它劃分為兩個(gè)類型，一類是模擬式隨動系統(tǒng)，另一類是數(shù)字式隨動系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)——雷達(dá)天線伺服控制系統(tǒng)實(shí)際上就是隨動系統(tǒng)在雷達(dá)天線上的應(yīng)用。系統(tǒng)的原理圖如圖1-1所示。

自 動 控 制 原 理 課 程 設(shè) 計(jì) 雷達(dá)天線伺服控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

圖1-1 雷達(dá)天線伺服控制系統(tǒng)原理圖

1.2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

從圖1-1可以看出本系統(tǒng)是一個(gè)電位器式位置隨動系統(tǒng)，用來實(shí)現(xiàn)雷達(dá)天線的跟蹤控制，由以下幾個(gè)部分組成：位置檢測器、電壓比較放大器、可逆功率放大器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)。以上四部分是該系統(tǒng)的基本組成，在所采用的具體元件或裝置上，可采用不同的位置檢測器，直流或交流伺服機(jī)構(gòu)等等。

現(xiàn)在對系統(tǒng)的組成進(jìn)行分析：

1、受控對象：雷達(dá)天線

2、被控量：角位置?m。

3、干擾：主要是負(fù)載變化（f及TL）。

*

4、給定值：指令轉(zhuǎn)角?m。

*

5、傳感器：由電位器測量?m、?m，并轉(zhuǎn)化為U、U*。

6、比較計(jì)算：兩電位器按電橋連接，完成減法運(yùn)算U*?U?e（偏差）。

7、控制器：放大器，比例控制。

8、執(zhí)行器：直流電動機(jī)及減速箱。

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1.3 工作原理

分三種情況考慮：

*1當(dāng)兩個(gè)電位器RP1和RP2的轉(zhuǎn)軸位置一樣時(shí)，給定角?m與反饋角?m相等，所以角差*??m??m??m?0，電位器輸出電壓U*?U，電壓放大器的輸出電壓Uct?0，可逆功率放大器的輸出電壓Ud?0，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n?0，系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)。

**2當(dāng)轉(zhuǎn)動手輪，使給定角?m增大，??m?0，則U>U，Uct?0，Ud?0，電動機(jī)轉(zhuǎn)速n>0，經(jīng)減速器帶動雷達(dá)天線轉(zhuǎn)動，雷達(dá)天線通過機(jī)械機(jī)構(gòu)帶動電位器RP2的轉(zhuǎn)軸，使?m也增大。

*3給定角?m減小，**，電動機(jī)就帶動雷達(dá)天線超著縮小偏差的方向運(yùn)動，只有當(dāng)?m?m??m??m，偏差角??m?0，Uct?0，Ud?0，系統(tǒng)才會停止運(yùn)動而處在新的穩(wěn)定狀態(tài)。雷達(dá)天線伺服控制系統(tǒng)框圖 由實(shí)物圖可畫出系統(tǒng)方框圖，如下

圖3-1 雷達(dá)天線伺服控制系統(tǒng)原理框圖

*給定角?m經(jīng)電位器變成給定信號U*，被控量經(jīng)電位器變成反饋信號U，給定信號與反饋信號產(chǎn)生偏差信號e；偏差信號經(jīng)放大器（電壓比較放大器和可逆功率放大器）得到

*（直流伺服電動機(jī)）作用到雷達(dá)天線上，減小偏差，最終實(shí)現(xiàn)?mUd，Ud通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)??m。這就是控制的整個(gè)過程。

2.1各部分傳函及方塊圖

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2.1.1 位置檢測器

在控制系統(tǒng)中,單個(gè)電位器用作為信號變換裝置，一對電位器可以組成誤差檢測器，空載時(shí)，單個(gè)電位器的電刷角位移?(t)與輸出電壓u(t)的關(guān)系曲線在進(jìn)行理論分析時(shí)可以用直線近似，于是可得輸出電壓為

u(t)?K0?(t)

式中K0?E?max，是電刷單位角位移對應(yīng)的輸出電壓，稱為電位器傳遞系數(shù)，其中E是電位器電源電壓，?max是電位器最大工作角。對上式求拉氏變換，可求得電位器傳遞函數(shù)為

G(s)?U(s)?K0 ?(s)可以看出電位器的傳遞函數(shù)是一個(gè)常值，它取決于電源電壓E和電位器最大工作角度?max。電位器可用圖2-1的方框圖表示。

圖2-1 電位器方框圖

其中輸入X(s)就是?(s)，輸出C(s)就是U(s)，G(s)就是K0。

用一對相同的電位器組成誤差檢測器時(shí)，其輸出電壓為

u(t)?u1(t)?u2(t)?K0[?1(t)??2(t)]?K0??(t)

式中K0是單個(gè)電位器的傳遞系數(shù)；??(t)??1(t)??2(t)是兩個(gè)電位器電刷角位移之差。稱為誤差角。因此，誤差角為輸入時(shí)，誤差檢測器的傳遞函數(shù)與單個(gè)電位器傳遞函數(shù)相同，即為

G(s)?U(s)?K0 ??(s)2.2．2 電壓比較放大器

電壓比較放大器實(shí)際上是比較元件和一部分放大元件的組合，其職能是把測量元件檢測到的被控量實(shí)際值與給定元件給出的參據(jù)量進(jìn)行比較，求出它們之間的偏差，并經(jīng)過電壓型集成運(yùn)算放大器的放大作用，將偏差信號放大。具體說來就是：

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Uct?Kct(U*?U)

其中Kct??R1R0，又因U*?U?e（偏差），所以上式可以寫成Uct?Kcte，對該式兩邊同時(shí)進(jìn)行拉氏變換，可得電壓比較運(yùn)算放大器的傳遞函數(shù)為

G(s)?Uct(s)?Kct E(s)從式子可以知道電壓比較放大器的傳遞函數(shù)也是一個(gè)常值。電壓比較放大器可以用圖2-2所示的方框圖表示

E(s)G(s)Uct(s)

圖2-2 電壓比較器方框圖

其中G(s)?Kct。

2.2.3 可逆功率放大器

本設(shè)計(jì)用到的功率放大器由晶閘管或大功率晶體管組成功放電路，由它輸出一個(gè)足以驅(qū)動電動機(jī)SM的電壓和電流。分析可知，對該環(huán)節(jié)做近似處理，可得

Ud?KdUct

對式子兩邊同時(shí)做拉氏變換，得可逆功率放大器的傳遞函數(shù)為

G(s)?Ud(s)?Kd Uct(s)用圖2-3所示的方框圖表示。

Uct(s)G(s)Ud(s)

圖2-3 可逆功率放大器方框圖

其中G(s)?Kd。

2.2.4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

直流伺服電動機(jī)在控制系統(tǒng)中廣泛用作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用來對被控對象的機(jī)械運(yùn)動實(shí)現(xiàn)快速控制，通過簡化處理后的直流伺服電動機(jī)的微分方程為

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Tmd?m(t)??m(t)?K1ud(t)?K2M(t)dt式中M(t)可視為負(fù)載擾動轉(zhuǎn)矩。根據(jù)線性系統(tǒng)的疊加原理，可分別求ud(t)到?m(t)和M(t)到?m(t)的傳遞函數(shù)，以便研究在ud(t)和M(t)分別作用下電動機(jī)轉(zhuǎn)速?m(t)的性能，將他們疊加后，便是電動機(jī)轉(zhuǎn)速的響應(yīng)特性。所以在不考慮負(fù)載擾動轉(zhuǎn)矩的條件下，即M(t)?0'時(shí)和在零初始條件下，即?m(0)??m(0)?0時(shí)，對上式各項(xiàng)求拉氏變換，并令?m(s)?L[?m(t)]，Ud(s)?L[ud(t)]，則得s的代數(shù)方程為

(Tms?1)?m(s)?K1Ud(s)

由傳遞函數(shù)的定義，于是有

G(s)??m(s)K1 ?Ud(s)Tms?1G(s)便是電樞電壓ud(t)到?m(t)的傳遞函數(shù)，Tm是系統(tǒng)的機(jī)電常數(shù)。

這可以用圖2-4所示的方框圖來表示

圖2-4 直流伺服電動機(jī)方框圖

其中G(s)?K1。Tms?12.2.5減速器

設(shè)減速器的速比為i，減速器的輸入轉(zhuǎn)速為n，而輸出轉(zhuǎn)速為n'，則減速器的傳遞函數(shù)為

G(s)?N'(s)?Kg N(s)其中Kg?1/i。

2.3系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)圖

在不考慮干擾力矩的條件下，并適當(dāng)?shù)淖儞Q，就會得到雷達(dá)天線伺服控制控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，如圖3-2所示

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圖3-2 雷達(dá)天線伺服控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

*其中R(s)就是?m(s)，C(s)就是?m(s)，Kg?1/i。

將方框圖進(jìn)行化簡處理，可得系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)

G(s)?C(s)?m(s)K ?*?R(s)?m(s)s(Tms?1)其中K?K0KctKdK1Kg。簡化后的系統(tǒng)方框圖如圖3-3所示

圖3-3 系統(tǒng)簡化方框圖

從實(shí)際考慮，我們知道雷達(dá)天線伺服控制系統(tǒng)的性能應(yīng)該是響應(yīng)速度盡可能快，即調(diào)節(jié)時(shí)間盡可能小，超調(diào)量盡可能小。

3.系統(tǒng)傳遞函數(shù)

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求是系統(tǒng)通過校正設(shè)計(jì)后的單位階躍響應(yīng)無超調(diào)，且調(diào)節(jié)時(shí)間ts?0.5s。因系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為

G(s)?K

s(Tms?1)其中K為開環(huán)增益，Tm為直流伺服電動機(jī)的時(shí)間常數(shù)。選取Tm?0.1s的直流伺服電動機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由開環(huán)傳遞函數(shù)求得系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)

?(s)?K/TmG(s)?1?G(s)s2?1s?KTmTm由上式可以得到閉環(huán)特征方程為

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s2?1Ks??0 TmTm這是一個(gè)二階系統(tǒng)，在沒有校正設(shè)計(jì)前，取系統(tǒng)的阻尼比為??0.5，代入Tm?0.1，由二階系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)形式有

2??n?1?10 Tm?n2?K?10K Tm計(jì)算得到?n?10rad/s。系統(tǒng)的開環(huán)增益為

K?10(rad/s)2

系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為

G(s)?K10 ?s(Tms?1)s(0.1s?1)這可以用系統(tǒng)的參數(shù)方框圖表示，如圖3-4所示

圖3-4 系統(tǒng)參數(shù)方框圖 系統(tǒng)性能分析

4.1系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能分析

可以看出??1，是一型系統(tǒng)。靜態(tài)位置誤差系數(shù)

Kp?limG(s)H(s)??

s?0得到系統(tǒng)在階躍輸入作用下的穩(wěn)態(tài)誤差

ess?4.2系統(tǒng)動態(tài)性能分析

11??0

1?limG(s)H(s)1?Kps?0對本系統(tǒng)而言，在沒有校正設(shè)計(jì)時(shí)，??0.5，可知系統(tǒng)是欠阻尼二階系統(tǒng)。動態(tài)分析

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具體而言就是確定系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)。因??cos?，于是求得阻尼角為

??arccos??arccos0.5??/3

而阻尼振蕩頻率為

?d??n1??2?8.66(rad/s)

對欠阻尼二階系統(tǒng)各性能指標(biāo)進(jìn)行近似計(jì)算，可得

1、延遲時(shí)間td：

td?1?0.7??1?0.7?0.5?0.135

10?n2、上升時(shí)間tr：

tr???????/3??0.24(s)?d8.663、調(diào)節(jié)時(shí)間ts：

ts?3.5?3.5?0.7(s)

0.5?10??n4、超調(diào)量?%：

?%?e???/1??2?100%?16.3%

由這些計(jì)算出的動態(tài)性能指標(biāo)可以知道，系統(tǒng)并沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求，超調(diào)量?%?16.3%?0，調(diào)節(jié)時(shí)間ts?0.7?0.5。系統(tǒng)此時(shí)的單位階躍響應(yīng)曲線如圖4-1所示

圖4-1 系統(tǒng)校正前單位階躍響應(yīng)曲線

從對系統(tǒng)的動態(tài)分析和圖4-1可以看出，如果該系統(tǒng)沒有校正設(shè)計(jì)，則達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，所以為了滿足設(shè)計(jì)要求，必須進(jìn)行校正設(shè)計(jì)。

自 動 控 制 原 理 課 程 設(shè) 計(jì) 校正設(shè)計(jì)

所謂校正，就是在系統(tǒng)中加入一些其參數(shù)可以根據(jù)需要而改變的機(jī)構(gòu)或裝置，使系統(tǒng)整個(gè)特性發(fā)生變化，從而滿足給定的各項(xiàng)性能指標(biāo)。目前，在工程實(shí)踐中常用的有三種校正方法，分別是串聯(lián)校正、反饋校正和復(fù)合校正。

本系統(tǒng)的校正設(shè)計(jì)采用反饋校正。反饋校正是目前廣泛應(yīng)用的一種校正方式，反饋校正的基本原理是：用反饋校正裝置包圍待校正系統(tǒng)中對動態(tài)性能改善有重大妨礙作用的某些環(huán)節(jié)，形成一個(gè)局部反饋回路（內(nèi)回路），在局部反饋回路的開環(huán)幅值遠(yuǎn)大于1的條件下，局部反饋回路的特性主要取決于反饋校正裝置，而與被包圍部分無關(guān)；適當(dāng)選擇校正裝置的形式和參數(shù)，可以使系統(tǒng)的性能滿足給定指標(biāo)的要求。

本系統(tǒng)采用直流測速發(fā)電機(jī)作為校正裝置，即采用測速反饋控制來實(shí)現(xiàn)校正。直流測速發(fā)電機(jī)的傳遞函數(shù)為

G(s)?U(s)?Kt ?(s)或

G(s)?U(s)?Kts ?(s)將該校正環(huán)節(jié)加到原系統(tǒng)中，可以得到校正后的系統(tǒng)方框圖，如圖5-1所示

圖5-1 校正后雷達(dá)天線伺服控制系統(tǒng)方框圖

畫簡后得到圖5-2

圖5-2 校正后系統(tǒng)方框圖

由圖5-2得到校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)

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G(s)?K10 ?s(Tms?1?KKt)s(0.1s?1?10Kt)進(jìn)一步得到校正后的系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程

s2?(10?100Kt)s?100?0

其中Kt為與測速發(fā)電機(jī)輸出斜率有關(guān)的測速反饋系數(shù)，校正設(shè)計(jì)的主要目的就是確定反饋系數(shù)，以達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。

前面已經(jīng)提到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求是通過校正設(shè)計(jì)后系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)無超調(diào)，且調(diào)節(jié)時(shí)間ts?0.5s。我們知道對于二階系統(tǒng)要想無超調(diào)量，則校正后阻尼比?t?1。而且本系統(tǒng)要求盡可能快的響應(yīng)，所以取阻尼比?t?1。進(jìn)而有2?t?n?10?100Kt，?n2?100，于是可以計(jì)算出

Kt?0.1

由于

2s2?2??n??n?(s?1/T1)(s?1/T2)

當(dāng)阻尼比為1時(shí)，T1?T2，所以得

2T1?T2?1/?n?0.1(s)

根據(jù)過阻尼二階系統(tǒng)動態(tài)性能指標(biāo)的近似計(jì)算，可得校正后系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)為

td?1?0.6?t?0.2?t2?n1?1.5?t??t2?1?0.6?0.2?0.18(s)

10tr??n?1?1.5?1?0.35(s)10ts?4.75T1?0.475(s)

調(diào)節(jié)時(shí)間ts?0.475?0.5，無超調(diào)量，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

自 動 控 制 原 理 課 程 設(shè) 計(jì) 結(jié)

論

本設(shè)計(jì)是雷達(dá)天線伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，伺服控制系統(tǒng)最初用于船舶的自動駕駛、火炮控制和指揮儀中，后來逐漸推廣到很多領(lǐng)域，特別是雷達(dá)天線伺服控制系統(tǒng)。主要討論的是雷達(dá)天線的跟蹤問題。雖然系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，但這只是理論上的設(shè)計(jì)，好多環(huán)節(jié)都采用了理想化的處理，與實(shí)際條件還有一定的區(qū)別。要是進(jìn)行物理設(shè)計(jì)，還有很多方面的問題需要注意和解決。從本質(zhì)上說就的一個(gè)位置隨動系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)中，通過對系統(tǒng)工作原理的分析，進(jìn)行了方案和主要元部件的選擇。對系統(tǒng)的開環(huán)增益和靜態(tài)誤差進(jìn)行了計(jì)算，對系統(tǒng)進(jìn)行了動態(tài)分析，了解了系統(tǒng)在沒有進(jìn)行校正設(shè)計(jì)時(shí)的動態(tài)性能，最后進(jìn)行了校正設(shè)計(jì)并再次進(jìn)行動態(tài)分析，使系統(tǒng)最終達(dá)到了在單位階躍信號作用下，響應(yīng)無超調(diào)，調(diào)節(jié)時(shí)間ts?0.5s的設(shè)計(jì)要求。

自 動 控 制 原 理 課 程 設(shè) 計(jì) 體

會

通過本次的課程設(shè)計(jì)也使我們學(xué)到了很多知識，不僅使我們對自動控制原理的了解和理解更加深刻了，而且也讓我們學(xué)會了分析問題、解決問題的方法，我了解了雷達(dá)天線伺服控制系統(tǒng)的工作原理，并進(jìn)一步學(xué)習(xí)了控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，系統(tǒng)的時(shí)域分析法，系統(tǒng)的校正等方面的知識。讓我們學(xué)會了分析問題、解決問題的方法鞏固了所學(xué)的知識，學(xué)會了如何利用圖書館的資源。學(xué)會了團(tuán)隊(duì)合作的精神以及刻苦鉆研的精神，學(xué)會一些在課本中根本沒有提及到的東西。加強(qiáng)了理論知識與實(shí)踐統(tǒng)一的能力，加強(qiáng)了自己的動手操作能力。同時(shí)，也讓我接觸了很多書本之外的知識，大大地豐富了我們的見聞，拓寬了我們的視野。由于，自動控制原理適用于很多領(lǐng)域、應(yīng)用于各行各業(yè)，在做本次設(shè)計(jì)的同時(shí)，也讓我們接觸、學(xué)習(xí)了許多其他專業(yè)領(lǐng)域的知識，豐富了我們的知識儲備。但由于本人的所學(xué)和水平有限，難免出現(xiàn)一些問題和錯(cuò)誤，還望老師予以批評指正。

自 動 控 制 原 理 課 程 設(shè) 計(jì)

參考文獻(xiàn)

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第三篇：微機(jī)原理課程設(shè)計(jì)——洗衣機(jī)控制系統(tǒng)

微機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)題目：設(shè)計(jì)者:專業(yè) : 班級 : 學(xué)號 :

洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電氣工程及其自動化 1

一

課程設(shè)計(jì)的意義

1.1 洗衣機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r概述

1．洗衣機(jī)的發(fā)展史

洗衣服是每個(gè)家庭都無法逃避的家庭勞動。洗衣機(jī)的出現(xiàn)給人們的生活帶來了相當(dāng)大的方便，它的普及大大降低了大多數(shù)家庭的體力勞作。

1858年，美國人漢密爾頓·史密斯制成了第一臺洗衣機(jī)。1874年，美國人比爾·布萊克斯發(fā)明了第一臺人工攪動式洗衣機(jī)，使得“手洗時(shí)代”受到了挑戰(zhàn)。1910年美國人研制出了第一臺電動式洗衣機(jī)。1922年美國瑪塔依格公司生產(chǎn)出了第一臺攪拌式洗衣機(jī)。1932年美德克斯航空公司研制成功了第一臺前裝式滾筒式洗衣機(jī)，這臺機(jī)衣機(jī)能夠使洗滌、漂洗、脫水三個(gè)步驟在同一個(gè)滾中操作。與此同時(shí)，世界各地也相繼出現(xiàn)了洗衣機(jī)。洗衣機(jī)工業(yè)快速迅猛地發(fā)展起來。

1937年第一臺自動洗衣機(jī)問世。1955年日本研制出波輪式洗衣機(jī)。60年代日本出現(xiàn)了半自動洗衣機(jī)。70年代生產(chǎn)出了波輪式套桶全自動洗衣機(jī)。70年代后期以電腦控制的全自動洗衣機(jī)在日本問世。80年代“模糊控制”開始應(yīng)用于洗衣機(jī)中，使得洗衣機(jī)能夠通過模糊控制使洗衣機(jī)操作更加簡單，實(shí)現(xiàn)智能化。近半個(gè)多世紀(jì)里，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，全自動洗衣機(jī)技術(shù)得到廣范的應(yīng)用，其年總產(chǎn)量及社會普及率均以達(dá)到相當(dāng)高的水平。

2．我國洗衣機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀

洗衣機(jī)在中國起步較晚，1978年才開始正式生產(chǎn)家用洗衣機(jī)。隨著改革開放的不斷深入，經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長，人民生活水平的普遍提高，人們對于洗衣機(jī)的認(rèn)識也在不斷發(fā)展，進(jìn)入80年代后，中國洗衣機(jī)行業(yè)一直保持著旺盛的發(fā)展形勢。目前，洗衣機(jī)在我國城市甚至廣大農(nóng)村已得到大范圍的普及。中國洗衣機(jī)市場正處于快速更新?lián)Q代階段，市場潛力巨大，隨著家用電器的自動化、智能化發(fā)展，人們對于洗衣機(jī)的期望也越來越高。1983年，中國洗衣機(jī)產(chǎn)量由1978年的400臺增至365萬臺。此后全國各處都大規(guī)模的引進(jìn)國外先進(jìn)洗衣機(jī)技術(shù)。中國的洗衣機(jī)發(fā)展突飛猛進(jìn)，先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)、吸收和創(chuàng)新，極大地促進(jìn)了中國洗衣機(jī)的生產(chǎn)能力和產(chǎn)業(yè)質(zhì)量。經(jīng)過三十年的發(fā)展，我國的洗衣機(jī)年產(chǎn)量已位于世界第一，將近為世界總年產(chǎn)量的四分之一。

1.2課程設(shè)計(jì)的意義

課程設(shè)計(jì)進(jìn)一步鍛煉同學(xué)們在微機(jī)原理應(yīng)用方面的實(shí)際工作能力。計(jì)算機(jī)科學(xué)在應(yīng)用上得到飛速發(fā)展，因此，學(xué)習(xí)這方面的知識必須緊密聯(lián)系實(shí)際：掌握這方面的知識更要強(qiáng)調(diào)解決實(shí)際問題的能力。學(xué)會面對一個(gè)實(shí)際問題，如何去自己收集資料，如何自己去學(xué)習(xí)新的知識，如何自己去制定解決問題的方案并通過實(shí)踐不斷地去分析和解決前進(jìn)道路上的問題?！段C(jī)原理與接口技術(shù)》課程是我們電氣工程及其自動化專業(yè)本科生必修的一門技術(shù)基礎(chǔ)課程。通過該課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生對微機(jī)系統(tǒng)有一個(gè)全面的了解、掌握常規(guī)芯片的使用方法、掌握簡單微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟硬的設(shè)計(jì)方法。

二

洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容

系統(tǒng)設(shè)計(jì)并建立一個(gè)由微機(jī)控制的洗衣機(jī)控制系統(tǒng)，并完成： 1．給水和排水的自動控制。2．用戶定時(shí)時(shí)間的設(shè)定。3．電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。

4．各種定時(shí)和故障報(bào)警電路。5．定時(shí)開、關(guān)機(jī)的控制。6．三分鐘延時(shí)啟動的保護(hù)。

7．設(shè)計(jì)相應(yīng)的A/D、D/A、鍵盤、顯示接口和傳感器測量水位電路，可在線鍵盤參數(shù)設(shè)置、定時(shí)檢測、顯示、報(bào)警，其中控制輸出部分采用模擬量或開關(guān)量進(jìn)行控制。

8，寫出相應(yīng)工作原理，編寫程序及程序流程圖。

希望實(shí)現(xiàn)的功能：智能檢測

待洗衣物的智能檢測是智能洗衣機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)智能的關(guān)鍵技術(shù)之一。智能檢測利用了模糊控制原理，根據(jù)各類傳感器提供的洗滌物狀態(tài)和洗衣機(jī)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行模糊推理。通過各類傳感器對布量、布質(zhì)、溫度、濁度的檢測來確定洗滌過程中的洗滌水位，洗滌時(shí)間，漂洗次數(shù)，排水時(shí)間，脫水時(shí)間等等。三

總體設(shè)計(jì)方案

3.1 洗衣機(jī)系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)思想

圖 1洗衣機(jī)示意圖

洗衣機(jī)的系統(tǒng)（1）．滌脫水系統(tǒng)

它主要有盛水桶，洗滌桶和波輪組成。盛水桶又稱為外桶，主要用來盛放洗滌液。盛水桶固定在鋼制底板上，通過4根吊桿懸掛在洗衣機(jī)箱體上。電動機(jī)，離合器，排水閥等部件都裝在桶底下面。洗滌桶又稱為脫水桶或者離心桶，也稱為內(nèi)桶，它的主要功能是用來盛放衣物，在洗滌或漂洗時(shí)配合波輪完成洗滌或漂洗功能，在脫水時(shí)便成為離心式的脫水桶。波輪是全自動洗衣機(jī)中對衣物產(chǎn)生機(jī)械作用的主要部件。按波輪的形狀來分，基本上有小波輪（直徑在160mm左右）的渦卷式水流和大波輪（直徑在300mm左右）新水流兩類。

（2）．進(jìn)水系統(tǒng)

波輪式全自動洗衣機(jī)的進(jìn)排水系統(tǒng)都采用了電磁閥控制。為了對桶內(nèi)的水位進(jìn)行檢測和控制，洗衣機(jī)上都安裝有水位控制器（水位開關(guān)）。波輪式全自動套桶洗衣機(jī)使用最多的水位開關(guān)是空氣壓力式開關(guān)，主要有氣壓傳感器裝置，控制裝置及電觸點(diǎn)開關(guān)3部分組成，用來監(jiān)視水位的高低。此外電磁閥分進(jìn)水和排水電磁閥，進(jìn)水電磁閥是洗衣機(jī)上的自動進(jìn)水開關(guān)，它受水位開關(guān)動斷觸點(diǎn)的控制。而排水電磁閥是全自動洗衣機(jī)上的自動排水裝置，同時(shí)還起改變離合器工作狀態(tài)。進(jìn)水、排水電磁閥是采用電流流過線圈形成磁場的原理，洗衣機(jī)電磁閥在進(jìn)，排水時(shí)使用，220V交流電壓與電磁閥線圈接通，形成磁場，電磁線圈吸合。自

動打開香蕉閥門，洗衣機(jī)里的水就順著管道流出去了。斷電后，電磁閥線圈失去電流，磁場消失，電磁鐵松開，橡膠閥門自動關(guān)閉，洗衣機(jī)里的水就流不出去了。

(3)．動機(jī)及傳動系統(tǒng)

波輪式全自動套桶洗衣機(jī)的電動機(jī)及傳動系統(tǒng)主要由電動機(jī)和離合器組成，離合器又有普通離合器和減速離合器兩種。其中普通離合器用在采用小波輪的套桶洗衣機(jī)上，這種洗衣機(jī)在洗滌或者漂洗時(shí)波輪的轉(zhuǎn)速和脫水時(shí)離心桶的轉(zhuǎn)速相同，目前各種大波輪新水流套桶洗衣機(jī)普遍采用減速離合器，它在洗滌，漂洗時(shí)波輪的轉(zhuǎn)速較慢，而脫水時(shí)離心桶的轉(zhuǎn)速較快。電動機(jī)同時(shí)作為洗滌和脫水時(shí)的動力源，普遍采用主，副繞組完全對稱的電容式電動機(jī)。

洗衣機(jī)的基本工作原理

洗衣機(jī)的洗滌原理是由模擬人工洗滌衣物發(fā)展而來的，即通過翻滾、摩擦、水的沖刷等機(jī)械作用以及洗滌劑的表面活化作用，將附著在衣物上的污垢除掉，以達(dá)到洗凈衣物的目的?，F(xiàn)今，大多數(shù)的全自動洗衣機(jī)都使用以單片機(jī)為核心的控制電路來控制電動機(jī)、數(shù)碼顯示管、進(jìn)水閥、排水閥及蜂鳴器的電壓輸出，使洗衣機(jī)根據(jù)程序運(yùn)轉(zhuǎn)。而在設(shè)計(jì)全自動洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)時(shí)，要把握好洗滌、漂洗和脫水的時(shí)間：

(1).洗滌時(shí)間

有人認(rèn)為，洗滌時(shí)間越長，衣物就洗得越干凈。其實(shí)不然，如果洗滌時(shí)間超過一定的限度，衣物不但不會隨洗滌時(shí)間的延長而提高洗凈度，反而會加速衣物的磨損，還會造成能源的浪費(fèi)。實(shí)驗(yàn)證明，洗衣機(jī)（波輪式洗衣機(jī)）的最佳洗滌時(shí)間為5～10分鐘，最長也不應(yīng)超過15分鐘。

(2).漂洗時(shí)間

在漂洗剛開始的3分鐘時(shí)間內(nèi)，殘留在衣物上的表面活性劑脫落最快。此后，活性劑脫落趨緩，漂洗10分鐘后活性劑幾乎不再脫落。一般采用貯水方式漂洗，每次3分鐘，漂洗2～3次就可以了。

(3).脫水時(shí)間

電動機(jī)高速地轉(zhuǎn)動洗滌桶，水份就會由于離心力而脫離衣物被甩出去。脫水時(shí)間一般為2～3分鐘，時(shí)間太短會造成脫水不夠徹底，太長又可能會損壞衣物。

總體設(shè)計(jì)思想

首先構(gòu)思系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定好系統(tǒng)大致的硬件組成及其結(jié)構(gòu)，其次根據(jù)系統(tǒng)的各個(gè)功能把軟件分為幾個(gè)不同的模塊。依次實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的功能，最后把各個(gè)模塊組合起來已完成整個(gè)系統(tǒng)的功能。3.2 洗衣過程流程圖

3.3 設(shè)計(jì)流程圖

弄清系統(tǒng)的需求根據(jù)系統(tǒng)的需求設(shè)計(jì)出相應(yīng)的硬件電路在確定系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，把軟件劃分為各個(gè)模塊調(diào)試各個(gè)模塊，并組成一個(gè)完整的系統(tǒng)

四

硬件設(shè)計(jì)

4.1 硬件設(shè)計(jì)概要

用Intel的8086作為控制芯片，配合其他接口電路及配套的芯片組成洗衣機(jī)的控制電路。主要用到8255串行通行芯片，74LS137三線八線譯碼器發(fā)出片選信號，AD0809以及DA0832模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片。用一個(gè)電位計(jì)和AD0809模擬水量信號，DA0832和LM324運(yùn)放最和來控制直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和停止。此外還用到了4*4掃描鍵盤作為輸入設(shè)備，兩個(gè)共陰數(shù)碼管作為顯示設(shè)備。詳情見各個(gè)芯片的介紹。

4.2 所用到的芯片及其各自功能說明 4.2.1芯片列表

8086，8284，74LS138，8255，AD0809，DA0832，74LS02，LM324 4.2.2 8086的功能簡介

Intel 8086是一個(gè)由Intel于1978年所設(shè)計(jì)的16位微處理器芯片，是x86架構(gòu)的鼻祖。不久，Intel 8088就推出了，擁有一個(gè)外部的8位數(shù)據(jù)總線，允許便宜的芯片用途。它是以8080和8085(它與8080有組合語言上的原始碼兼容性)的設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，擁有類似的寄存器組，但是數(shù)據(jù)總線擴(kuò)充為16位。總線界面單元(Bus Interface Unit)透過6字節(jié)預(yù)存(prefecth)的隊(duì)列(queue)喂指令給執(zhí)行單元(Execution Unit)，所以取指令和執(zhí)行是同步的，8086 CPU有20條地址線，可直接尋址1MB的存儲空間，每一個(gè)存儲單元可以存放一個(gè)字節(jié)（8位）二進(jìn)制信息。為了便于對存儲器進(jìn)行存取操作，每一個(gè)存儲單元都有一個(gè)惟一的地址與之對應(yīng)，其地址范圍用十進(jìn)制表示為0～1048575，用十六進(jìn)制表示為00000H～FFFFFH。

Intel 8086擁有四個(gè)16位的通用寄存器，也能夠當(dāng)作八個(gè)8位寄存器來存取，以及四個(gè)16位索引寄存器(包含了堆棧指標(biāo))。資料寄存器通常由指令隱含地使用，針對暫存值需要復(fù)雜的寄存器配置。它提供64K 8 位元的輸出輸入(或32K 16 位元)，以及固定的向量中斷。大部分的指令只能夠存取一個(gè)內(nèi)存位址，所以其中一個(gè)操作數(shù)必須是一個(gè)寄存器。運(yùn)算結(jié)果會儲存在操作數(shù)中的一個(gè)。

Intel 8086有四個(gè) 內(nèi)存區(qū)段(segment)寄存器，可以從索引寄存器來設(shè)定。區(qū)段寄存器可以讓 CPU 利用特殊的方式存取1 MB內(nèi)存。8086 把段地址左移 4 位然后把它加上偏移地址。大部分的人都認(rèn)為這是一個(gè)很不好的設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@樣的結(jié)果是會讓各分段有重疊。盡管這樣對組合語言而言大部分被接受(也甚至有

用)，可以完全地控制分段，使在編程中使用指針(如C 編程語言)變得困難。它導(dǎo)致指針的高效率表示變得困難，且有可能產(chǎn)生兩個(gè)指向同一個(gè)地方的指針擁有不同的地址。更壞的是，這種方式產(chǎn)生要讓內(nèi)存擴(kuò)充到大于 1 MB 的困難。而 8086 的尋址方式改變讓內(nèi)存擴(kuò)充較有效率。

在這個(gè)系統(tǒng)中，8086作為整個(gè)系統(tǒng)的主控芯片，用來控制協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的工作。

4.2.3

8284的功能簡介

向8086CPU提供外部的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號，并把時(shí)鐘信號進(jìn)行功率放大。

4.2.3 74LS138的功能簡介

74LS138 為3 線－8 線譯碼器，共有 54/74S138和 54/74LS138 兩種線路結(jié)構(gòu)型式，其工作原理如下：

當(dāng)一個(gè)選通端（E3）為高電平，另兩個(gè)選通端（E1)和/(E2)）為低電平時(shí)，可將地址端（A、B、C）的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對應(yīng)的輸出端以低電譯出。

利用 E1、E2和E3可級聯(lián)擴(kuò)展成 24 線譯碼器；若外接一個(gè)反相器還可級聯(lián)擴(kuò)展成 32 線譯碼器。

若將選通端中的一個(gè)作為數(shù)據(jù)輸入端時(shí)，74LS138還可作數(shù)據(jù)分配器，在該系統(tǒng)中，74LS138用來產(chǎn)生各芯片的片選信號。

4.2.4 8255的功能簡介

8255特性

(1)一個(gè)并行輸入/輸出的LSI芯片,多功能的I/O器件,可作為CPU總線與外圍的接口.(2)具有24個(gè)可編程設(shè)置的I/O口,即使3組8位的I/O口為PA口,PB口和PC口.它們又可分為兩組12位的I/O口,A組包括A口及C口(高4位,PC4~PC7),B組包括B口及C口(低4位,PC0~PC3).A組可設(shè)置為基本的I/O口,閃控(STROBE)的I/O閃控式,雙向I/O3種模式;B組只能設(shè)置為基本I/O或閃控式I/O兩種模式,而這些操作模式完全由控制寄存器的控制字決定.8255引腳功能

RESET:復(fù)位輸入線，當(dāng)該輸入端處于高電平時(shí)，所有內(nèi)部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成輸入方式。

CS:芯片選擇信號線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí),即/CS=0時(shí),表示芯片被選中，允許8255與CPU進(jìn)行通訊;/CS=1時(shí),8255無法與CPU做數(shù)據(jù)傳輸.RD:讀信號線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí),即/RD=0且/CS=0時(shí),允許8255通過數(shù)據(jù)總線向CPU發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即CPU從8255讀取信息或數(shù)據(jù)。

WR:寫入信號，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí),即/WR=0且/CS=0時(shí),允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫入8255。

D0～D7:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線，8255與CPU數(shù)據(jù)傳送的通道，當(dāng)CPU 執(zhí)行

輸入輸出指令時(shí)，通過它實(shí)現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的讀/寫操作，控制字和狀態(tài)信息也通過數(shù)據(jù)總線傳送。

PA0～PA7:端口A輸入輸出線，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。

PB0～PB7:端口B輸入輸出線，一個(gè)8位的I/O鎖存器，一個(gè)8位的輸入輸出緩沖器。

PC0～PC7:端口C輸入輸出線，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。端口C可以通過工作方式設(shè)定而分成2個(gè)4位的端口，每個(gè)4位的端口包含一個(gè)4位的鎖存器，分別與端口A和端口B配合使用，可作為控制信號輸出或狀態(tài)信號輸入端口。'

A0,A1:地址選擇線,用來選擇8255的PA口,PB口,PC口和控制寄存器.當(dāng)A0=0,A1=0時(shí),PA口被選擇;

當(dāng)A0=0,A1=1時(shí),PB口被選擇;

當(dāng)A0=1,A1=0時(shí),PC口被選擇;當(dāng)A0=1.A1=1時(shí),控制寄存器被選擇

4.2.5 AD0809的功能簡介

1、ADC0809 是8 位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。它由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存譯碼器、一個(gè)A/D 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成（見圖1）。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8 路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE 端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。

2、AD0809 的工作原理

IN0－IN7：8 條模擬量輸入通道

ADC0809 對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是0－5V，若信號太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。

地址輸入和控制線：4條

ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A，B，C 三條地址線的地址信號進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B 和C 為地址輸入線，用于選通IN0－IN7 上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。

C B A 選擇的通道

0 0 0 IN0

0 0 1 IN1

0 1 0 IN2

0 1 1 IN3 0 0 IN4 0 1 IN5 1 0 IN6 1 1 IN7

數(shù)字量輸出及控制線：11 條

ST 為轉(zhuǎn)換啟動信號。當(dāng)ST 上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST 應(yīng)保持低電平。EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng)EOC 為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE＝1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7－D0 為數(shù)字量輸出線。

CLK為時(shí)鐘輸入信號線。因ADC0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ，VREF（＋），VREF（－）為參考電壓輸入。

4.2.6 DA0832芯片的功能簡介

DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個(gè)DA芯片以其價(jià)格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。

DAC0832的主要特性參數(shù)如下：

分辨率為8位；

電流穩(wěn)定時(shí)間1us；

可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；

只需在滿量程下調(diào)整其線性度；

單一電源供電（+5V～+15V）；

低功耗，200mW。DAC0832結(jié)構(gòu)：

D0～D7：8位數(shù)據(jù)輸入線，TTL電平，有效時(shí)間應(yīng)大于90ns(否則鎖存器的數(shù)據(jù)會出錯(cuò))；

ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效；

CS：片選信號輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效；

WR1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的邏輯組合產(chǎn)生LE1，當(dāng)LE1為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換，LE1的負(fù)跳變時(shí)將輸入數(shù)據(jù)鎖存；

XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號輸入線，低電平有效，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效；

WR2：DAC寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由WR1、XFER的邏輯組合產(chǎn)生LE2，當(dāng)LE2為高電平時(shí)，DAC寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化，LE2的負(fù)跳變時(shí)將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入DAC寄存器并開始D/A轉(zhuǎn)換。

IOUT1：電流輸出端1，其值隨DAC寄存器的內(nèi)容線性變化；

IOUT2：電流輸出端2，其值與IOUT1值之和為一常數(shù)；

Rfb：反饋信號輸入線，改變Rfb端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度；

Vcc：電源輸入端，Vcc的范圍為+5V～+15V；

VREF：基準(zhǔn)電壓輸入線，VREF的范圍為-10V～+10V；

AGND：模擬信號地

DGND：數(shù)字信號地 DAC0832的工作方式：

根據(jù)對DAC0832的數(shù)據(jù)鎖存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三種工作方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。

4.2.7 LM324芯片功能簡介

LM324系列器件為價(jià)格便宜的帶有真差動輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號來表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。

LM324的引腳排列圖

LM324的特點(diǎn)： 1.短跑保護(hù)輸出 2.真差動輸入級

3.可單電源工作：3V-32V 4.低偏置電流：最大100nA 5.每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器。6.具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ堋?.共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源 8.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列 9.輸入端具有靜電保護(hù)功能 4.3 硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)原理圖及其說明

微機(jī)總線擴(kuò)展鍵盤DB譯碼電路并行接口功放電路電機(jī)驅(qū)動電路排水閘驅(qū)動電路進(jìn)水閘驅(qū)動電路AB門開關(guān)定時(shí)器A/D時(shí)鐘電路水位傳感器啟動按鈕及電路IRQiDBIRQjIRQk

圖4.3-1系統(tǒng)總體框架。圖4.3-2系統(tǒng)硬件電路

五

軟件設(shè)計(jì)

5.1 流程圖及其說明

正傳washytpe秒并刷新數(shù)碼管開始判斷按下啟動鍵FalseTure停轉(zhuǎn)5秒秒并刷新數(shù)碼管設(shè)置洗衣方式其他反轉(zhuǎn)washtype秒秒并刷新數(shù)碼管FalseWashtype=151從鍵盤讀一個(gè)數(shù)據(jù)2Washtype=10停轉(zhuǎn)5秒秒并刷新數(shù)碼管修改顯示參數(shù)更新剩余時(shí)間設(shè)置洗衣時(shí)間設(shè)置定時(shí)洗衣時(shí)間判斷到達(dá)定時(shí)時(shí)間TureFalse判斷到達(dá)洗衣時(shí)間TureTure排水并顯示當(dāng)前水量False進(jìn)水打開并顯示當(dāng)前水量False判斷水排干Ture判斷水滿甩干，電機(jī)加速正傳2分鐘漂洗若干次并甩干，流程同上故障 服務(wù)中斷程序有故障標(biāo)志嗎？False結(jié)束，電機(jī)停轉(zhuǎn)，三分鐘開機(jī)保護(hù)14

說明：軟件可以分為10大塊，分別為主程序、鍵盤掃描子程序、參數(shù)設(shè)置子程序、延時(shí)子程序、顯示子程序、進(jìn)水子程序、排水子程序、甩干子程序、停止及開機(jī)延時(shí)保護(hù)子程序組成。其中，進(jìn)水、洗衣、排水為一次洗衣的三個(gè)不同狀態(tài)，由相應(yīng)的子程序來控制電機(jī)的運(yùn)動和進(jìn)水排水。它們的關(guān)系如圖5.1-2.主程序參數(shù)設(shè)置進(jìn)水洗衣排水甩干停止及開機(jī)保護(hù)鍵盤掃描延時(shí)顯示 圖5.1-2

5.2 源程序及其說明

CODE SEGMENT

ASSUME

CS:CODE

WASHTIME DW

20H

WASHTYPE DW

08H

ONTIME DW

00H

TIME DW

0

ADPORT EQU

0010H

ORG

1000H

IOCONPT EQU

0FF2BH

IOAPT EQU

0FF28H

IOBPT EQU

0FF29H

IOCPT EQU

0FF2AH

ORG

10E0H

DAPORT EQU

0020H

ORG

10A0H

MAIN PROC

;鍵盤參數(shù)設(shè)置

MOV

AL,01H

CALL

CONVERS

CALL

DISP

;顯示01，提示輸入洗衣時(shí)間

CALL

KEY

MOV

DL,10

MUL

DL

MOV

WASHTIME,AX

CALL

KEY

CBW

ADD

WASHTIME,AX

K1: MOV

AL,02

;顯示02;提示選擇洗衣方式

CALL

CONVERS

CALL

DISP

CALL

KEY

CMP

AL,2

JA

K1

CMP

AL,1

JB

K1

CMP

AL,1

JE

RUOXI

CMP

AL,2

JE

QIANGXI

RUOXI: MOV

WASHTYPE,08H

JMP

NEXT

QIANGXI: MOV

WASHTYPE,0FH

NEXT: MOV

AL,03

;顯示3，提示輸入定時(shí)時(shí)間

CALL

CONVERS

CALL

DISP

CALL

KEY

MOV

DL,10

MUL

DL

MOV

ONTIME,AX

CALL

KEY

CBW

ADD

ONTIME,AX

MOV

CX,ONTIME

LOOP

K2

K2: CALL

DELAY

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

ADD

AX,WASHTIME

ADD

AX,WASHTIME

ADD

AX,WASHTIME

MOV

TIME,AX

CALL

STEP1

;洗衣

MOV

CX,WASHTIME

LOOP

WASH

CALL

STEP3

CALL

SHUAIGAN

CALL

STEP1

;漂洗

MOV

CX,WASHTIME

LOOP

WASH

CALL

STEP3

CALL

SHUAIGAN

CALL

STEP1

;漂洗

MOV

CX,WASHTIME

LOOP

WASH

CALL

STEP3

CALL

SHUAIGAN

CALL

STOP

;洗衣完成，三分鐘啟動保護(hù)

JMP

MAIN

MAIN ENDP;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;WASH;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

WASH PROC

PUSH

AX

PUSH

BX

PUSH

CX

PUSH

DX

MOV

DX,DAPORT

DACON1: MOV

AL,0FFH

OUT

DX,AL

MOV

CX,WASHTYPE

LOOP

W1

W1: CALL

DELAY

DACON2: MOV

AL,80H

OUT

DX,AL

MOV

CX,8H

LOOP

W2

W2: CALL

DELAY

DACON3:

MOV

AL,00H

OUT

DX,AL

MOV

CX,WASHTYPE

LOOP

W3

W3: CALL

DELAY

MOV

AL,80H

OUT

DX,AL

MOV

CX,8H

LOOP

W4

W4: CALL

DELAY

DEC

TIME

MOV

AX,TIME

CALL

CONVERS

CALL

DISP

POP

DX

POP

CX

POP

BX

POP

AX

RET

WASH ENDP

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;STEP1;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

STEP1 PROC

;判斷水位

PUSH

AX

PUSH

BX

PUSH

CX

PUSH

DX

ADCONTORL: CALL

FORMAT

ADCON: MOV

AX,00

MOV

DX,ADPORT

OUT

DX,AL

DELAYS: LOOP

DELAYS

MOV

DX,ADPORT

MOV

DX,ADPORT

IN

AL,DX

PUSH

AX

CALL

CONVERS

CALL

DISP

POP

AX

CMP

AL,0EEH

JAE

LA

CALL

JINSHU

LA: MOV

DX,IOCONPT;水滿，關(guān)水

MOV

AL,89H

OUT

DX,AL

MOV

DX,IOCPT

IN

AL,DX

AND

AL,0FEH

PUSH

AX

MOV

DX,IOCONPT

MOV

AL,80H

OUT

DX,AL

MOV

DX,IOCPT

POP

AX

OUT

DX,AL

POP

DX

POP

CX

POP

BX

POP

AX

RET

STEP1 ENDP;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;JINSHU;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

JINSHU

PROC

;控制進(jìn)水

PUSH

AX

PUSH

BX

PUSH

CX

PUSH

DX

MOV

DX,IOCONPT

MOV

AL,89H

OUT

DX,AL

MOV

DX,IOCPT

IN

AL,DX

OR

AL,01H

PUSH

AX

MOV

DX,IOCONPT

MOV

AL,80H

OUT

DX,AL

MOV

DX,IOCPT

POP

AX

OUT

DX,AL

POP

DX

POP

CX

POP

BX

POP

AX

JMP

ADCON

JINSHU

ENDP;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;XIANSHI;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

CONVERS:

;字符轉(zhuǎn)換

PUSH

AX

PUSH

BX

PUSH

CX

PUSH

DX

MOV

AH,AL

AND

AL,0FH

DISP:

DISP0:

DISP1:

MOV

BX,077AH MOV

DS:[BX],AL INC

BX MOV

AL,AH AND

AL,0F0H MOV

CL,04H SHR

AL,CL MOV

DS:[BX],AL POP

DX POP

CX POP

BX POP

AX RET

;顯示 PUSH

AX PUSH

BX PUSH

CX PUSH

DX MOV

DX,077FH MOV

AH,20H MOV

CX,00FFH MOV

BX,DX MOV

BL,DS:[BX] MOV

BH,0H PUSH

DX MOV

DX,0FF22H MOV

AL,CS:[BX+1060H] OUT

DX,AL MOV

DX,0FF21H MOV

AL,AH OUT

DX,AL LOOP

DISP1 POP

DX

DEC

DX

SHR

AH,01H

JNZ

DISP0

MOV

DX,0FF22H

MOV

AL,0FFH

OUT

DX,AL

POP

DX

POP

CX

POP

BX

POP

AX

RET

DATA1:

0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,88H,83H,0C6H,0AH

DB

86H,8EH,0FFH,0CH,89H,0DEH,0C7H,8CH,0F3H,0BFH

FORMAT:

;顯示初始化

PUSH

AX

PUSH

BX

PUSH

CX

PUSH

DX

MOV

BX,0

MOV

WORD PTR DS:[BX+077AH],0000H

ADD

BX,2

MOV

WORD PTR DS:[BX+077AH],0009H

ADD

BX,2

MOV

WORD PTR DS:[BX+077AH],0008H

POP

DX

POP

CX

POP

BX

POP

AX

RET;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;STEP3;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

STEP3 PROC

;判斷水是否排干?

PUSH

AX

PUSH

BX

PUSH

CX

PUSH

DX ADCON1TORL: CALL

FORMAT

ADCON1: MOV

AX,00

MOV

DX,ADPORT

OUT

DX,AL

MOV

CX,0500H

DB

DELAYSS: LOOP

DELAYSS

MOV

DX,ADPORT

IN

AL,DX

PUSH

AX

CALL

CONVERS

CALL

DISP

POP

AX

CMP

AL,08H

JBE

LAA

CALL

PAISHU

LAA: MOV

DX,IOCONPT;排干，停止排水

MOV

AL,89H

OUT

DX,AL

MOV

DX,IOCPT

IN

AL,DX

AND

AL,0FDH

PUSH

AX

MOV

DX,IOCONPT

MOV

AL,80H

OUT

DX,AL

MOV

DX,IOCPT

POP

AX

OUT

DX,AL

POP

DX

POP

CX

POP

BX

POP

AX

RET

STEP3 ENDP

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;PAISHU;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

PAISHU PROC

;控制進(jìn)水

PUSH

AX

PUSH

BX

PUSH

CX

PUSH

DX

MOV

DX,IOCONPT

MOV

AL,89H

OUT

DX,AL

MOV

DX,IOCPT

IN

AL,DX

OR

AL,02H

PUSH

AX

MOV

DX,IOCONPT

MOV

AL,80H

OUT

DX,AL

MOV

DX,IOCPT

POP

AX

OUT

DX,AL

POP

DX

POP

CX

POP

BX

POP

AX

JMP

ADCON1

PAISHU ENDP;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;SHUAIGAN;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

SHUAIGAN PROC

PUSH

AX

PUSH

BX

PUSH

CX

PUSH

DX

MOV

DX,DAPORT

MOV

AL,0FFH

OUT

DX,AL

MOV

CX,80H

LOOP

SHUA1

SHUA1: CALL

DELAY

MOV

AL,80H

OUT

DX,AL

POP

DX

POP

CX

POP

BX

POP

AX

RET

SHUAIGAN ENDP;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;DELAY;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

DELAY:

POP

DX

POP

CX

POP

BX

POP

AX

MOV

CX,0FFFFH

DELAY1: LOOP

DELAY1

PUSH

AX

PUSH

BX

PUSH

CX

PUSH

DX

RET;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;STOP;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

STOP PROC

PUSH

AX

PUSH

BX

PUSH

CX

PUSH

DX

MOV

CX,0FFFFH

LOOP

DE

DE: CALL

DELAY

POP

DX

POP

CX

POP

BX

POP

AX

RET

STOP ENDP;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;鍵盤掃描;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

KEY: PUSH

AX

PUSH

BX

PUSH

CX

PUSH

DX

MOV

AL,0FFH

MOV

DX,0FF22H

OUT

DX,AL

MOV

BL,00H

MOV

AH,0FEH

MOV

CX,08H

KEY1: MOV

AL,AH

MOV

DX,0FF21H

OUT

DX,AL

SHL

AL,01H

MOV

AH,AL

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

MOV

DX,0FF23H

IN

AL,DX

NOT

AL

NOP

NOP

AND

AL,0FH

JNZ

KEY2

INC

BL

LOOP

KEY1

JMP

KEY

KEY2: TEST

AL,01H

JE

KEY3

MOV

AL,00H

JMP

KEY6

KEY3: TEST

AL,02H

JE

KEY4

MOV

AL,08H

JMP

KEY6

KEY4: TEST

AL,04H

JE

KEY5

MOV

AL,10H

JMP

KEY6

KEY5: TEST

AL,08H

JE

KEY

MOV

AL,18H

KEY6: ADD

AL,BL

CMP

AL,10H

JNC

FKEY

MOV

BL,AL

MOV

BH,0H

MOV

AL,BYTE PTR DS:[BX+DATA2]

POP

DX

POP

CX

POP

BX

POP

AX

FKEY: RET

DATA2: DB

07H,04H,08H,05H,09H,06H,0AH,0BH

DB

01H,00H,02H,0FH,03H,0EH,0CH,0DH;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

CODE ENDS

END

MAIN 收獲、體會

在這次微機(jī)的課程設(shè)計(jì)中進(jìn)一步熟悉的匯編語言的編程方法，借助現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，解決問題，不讓問題遺留到下一天，極大地加快的進(jìn)度，也讓我們對匯編有了更深一層的認(rèn)識，并且還讓我們初步領(lǐng)略到計(jì)算機(jī)控制的魅力，可謂一舉多得。

課程設(shè)計(jì)是我們從書本到實(shí)踐非常關(guān)鍵的一步，當(dāng)代大學(xué)生動手創(chuàng)新能力是社會所急需的，正因如此我們應(yīng)該加強(qiáng)對自身動手實(shí)踐能力的鍛煉。當(dāng)今社會計(jì)算機(jī)科學(xué)在應(yīng)用上得到飛速發(fā)展，因此，學(xué)習(xí)知識必須緊密聯(lián)系實(shí)際：掌握這方面的知識更要強(qiáng)調(diào)解決實(shí)際問題的能力。要著重學(xué)會面對一個(gè)實(shí)際問題，如何去自己收集資料，如何自己去學(xué)習(xí)新的知識，如何自己去制定解決問題的方案并通過實(shí)踐不斷地去分析和解決前進(jìn)道路上的一切問題，最終到達(dá)勝利的彼岸。

課程設(shè)計(jì)中我們不僅培養(yǎng)了我們的實(shí)踐能力，也培養(yǎng)了我們發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。在學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)過程中我查詢了相關(guān)資料，也學(xué)習(xí)到了很多東西。感謝老師的諄諄教導(dǎo)和學(xué)校給我們提供了這么一次機(jī)會。

參考文獻(xiàn)

微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用，戴梅萼，清華大學(xué)出版社

第四篇：論文 相控陣?yán)走_(dá)天線的工作原理及應(yīng)用

相控陣?yán)走_(dá)天線的工作原理及其應(yīng)用

Xx（魯東大學(xué) 物理學(xué)院 09級物理一班 2xxxxxxxxxxxx）

摘要：本文應(yīng)用惠更斯菲涅耳原理以及平面衍射光柵原理簡要的分析了相控陣?yán)走_(dá)天線的工作原理，并簡要說明了實(shí)際相控陣?yán)走_(dá)的工作原理及其優(yōu)點(diǎn)。最后舉例說明了相控陣?yán)走_(dá)天線的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：相控陣；相位差；天線；

PHased array radar antenna working principle and its applicatio

LuHan

(Lu dong university Physics institute 09 level physics class20092312579)Abstract: this paper applied the huygensI型SAR天線為集中饋電的相控陣（下圖）。它工作于C頻段，峰值功率為5000W的波導(dǎo)窄片縫隙相控陣天線孔徑面積為15m×1.5m, 質(zhì)量300kg。方位方向上32個(gè)數(shù)字式鐵氧體移相器可靈活地改變天線的波束指向和形狀，使RadarsatП的天線陣面采用了T/R組件是一部接受和發(fā)射雙通道，幅度和相位皆能數(shù)字控制的多極化、超分辨成像的固態(tài)游園【2】 相控陣微帶天線。

Radarsat-I 的天線陣面

五、結(jié)束語

相控陣?yán)走_(dá)是當(dāng)今最先進(jìn)的軍事技術(shù)之一，在某種程度上來說它影響了當(dāng)今新軍事技術(shù)革命的發(fā)展方向。雖然存在一些不足之處，但我們有理由堅(jiān)信：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，建立在物理基石上的相控陣?yán)走_(dá)將會得到不斷的完善。在未來，不論是軍事斗爭上還是民用事業(yè)上，相控陣?yán)走_(dá)必定會發(fā)揮它不可替代的巨大作用。參考文獻(xiàn)：

【1】相控陣?yán)走_(dá)技術(shù) 張光義、趙玉潔 編著

【2】相控陣?yán)走_(dá)天線 束咸榮、何炳發(fā)、高鐵 著

【3】光學(xué)教程 第四版 姚啟鈞 原著 華東師大光學(xué)教材編寫組改編

第五篇：雷達(dá)陣列天線介紹

■開課目的

“陣列天線分析與綜合”是電子信息工程專業(yè)電磁場與微波通信方向的專業(yè)選修課程。課程的任務(wù)是使學(xué)生掌握陣列天線的基本理論、基本分析與綜合方法，掌握單脈沖陣列、相控陣掃描天線的基本理論和概念、以及陣列天線的優(yōu)化設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，為今后從事天線理論研究、工程設(shè)計(jì)和開發(fā)工作打下良好的基礎(chǔ)。

■課程要求

● 約有五次作業(yè) ● 考核

平時(shí)成績占20％。包括平時(shí)作業(yè)，出勤情況。期末考試成績占80％(一頁紙開卷)

雷達(dá)陣列天線簡介

1、“AN/SPY—1”S波段相控陣?yán)走_(dá)

是海軍“宙斯盾”(Aegis)武器系統(tǒng)中的一部分，由RCA公司研制。它有四個(gè)相控陣孔徑，提供前方半空間很大的覆蓋范圍。

接收時(shí)它使用帶68個(gè)子陣的饋電系統(tǒng)，每個(gè)子陣包含64個(gè)波導(dǎo)輻射器，總共有68×64＝4352個(gè)單元。

發(fā)射時(shí)，子陣成對組合，形成32個(gè)子陣，每個(gè)子陣128個(gè)單元，總共32×128＝4096輻射單元。

移相器為5位二進(jìn)制鐵氧體移相器，直接向波導(dǎo)輻射器饋電。為了避免相位量化誤差引起的高副瓣電平，后來移相器改為7位二進(jìn)制移相器，合成的相控陣由強(qiáng)制饋電功分網(wǎng)絡(luò)饋電，輻射單元也改為4350個(gè)，單脈沖的和、差波瓣及發(fā)射波束均按最佳化設(shè)計(jì)。

AN/SPY—1天線正在進(jìn)行近場測試(RCA公司電子系統(tǒng)部提供)目前該系統(tǒng)安裝在導(dǎo)彈巡洋艦上

導(dǎo)彈巡洋艦上的AN/SPY—1系統(tǒng)

2、愛國者(PATRIOT)多功能相控陣?yán)走_(dá)

是Raytheon公司為陸軍研制的一種多功能相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)。其天線系統(tǒng)使用光學(xué)饋電的透鏡陣列形式。和差波瓣分別通過單脈沖饋源達(dá)到最佳?？讖匠蕡A形，包含大約5000個(gè)單元，采用4位二進(jìn)制鐵氧體移相器和波導(dǎo)型輻射器單元。它安裝在車輛上，并可平疊以便于運(yùn)輸。

愛國者多功能相控陣?yán)走_(dá)天線(Raytheon公司提供)

3、機(jī)載預(yù)警和控制系統(tǒng)(AWACS)世界上第一個(gè)具有超低副瓣的作戰(zhàn)雷達(dá)天線是由西屋電氣公司為AWACS系統(tǒng)研制的。它取得成功后，便有很多產(chǎn)品緊隨其后，而且常常得到比規(guī)定的副瓣電平還要低的副瓣。AWACS雷達(dá)天線是波導(dǎo)窄邊縫隙陣列，有4000多個(gè)縫隙單元。該系統(tǒng)可用于空中監(jiān)視的預(yù)警機(jī)，如下圖所示。它在可一起轉(zhuǎn)動的圓形天線罩內(nèi)做機(jī)械旋轉(zhuǎn)，在垂直面上用28個(gè)鐵氧體精密移相器實(shí)現(xiàn)相控掃描。

AWACS預(yù)警機(jī)雷達(dá)天線波導(dǎo)窄邊縫隙陣列(西屋公司提供)

4、電子捷變雷達(dá)

西屋電氣公司以前為機(jī)載應(yīng)用研制了這種X波段相控陣?yán)走_(dá)。后來此系統(tǒng)演化為B1－B轟炸機(jī)上的AN/APQ—164雷達(dá)，如下圖所示。該圖顯示正在裝配的這種雷達(dá)天線，它有1526個(gè)圓波導(dǎo)口輻射單元，組成的陣列為橢圓形孔徑，每個(gè)單元都帶有可逆鐵氧體移相器，可以實(shí)現(xiàn)空間二維掃描。該系統(tǒng)有形成波束變化的靈活性，其口徑相位的變化可以實(shí)現(xiàn)尖銳的筆形波束、余割平方波束、垂直扇形波束。極化可從垂直極化改變?yōu)閳A極化。這是通過每個(gè)單元的可開關(guān)的法拉第旋轉(zhuǎn)器結(jié)合鐵氧體?/4薄片來實(shí)現(xiàn)。天饋系統(tǒng)還包括故障定位和隔離系統(tǒng)，還有檢測、校驗(yàn)系統(tǒng)，這可通過合成信號的變化來確定合適的相位分布(校正饋電系統(tǒng)的誤差)，檢驗(yàn)激勵(lì)幅度，并檢查極化分集的功能。

正在裝配的AN/APQ—164相控陣?yán)走_(dá)天線(西屋公司提供)

5、多功能電掃描自適應(yīng)雷達(dá)(MESAR)

這是一部具有挑戰(zhàn)性的S波段固態(tài)相控陣?yán)走_(dá)，它由英國海軍部研究中心和Plessey雷達(dá)公司共同研制。陣面為1.8m×1.8m孔徑，共有918個(gè)波導(dǎo)型輻射單元，如下圖所示。采用4位二進(jìn)制移相器，功率放大器為分立器件，有22％的帶寬，2W輸出功率。接收時(shí)信號在模塊中被前置放大和移相，并在波束形成器中聚集成16個(gè)子陣，每一子陣都有各自的接收機(jī)，這些接收機(jī)的輸出用8位A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字化，提供強(qiáng)大的自適應(yīng)置零能力。

MESAR固態(tài)相控陣?yán)走_(dá)天線(Plessey公司提供)

6、AN/TPS-70多波束陣列雷達(dá)

這是一種不用移相器相控掃描的低副瓣陣列，在方位上為低副瓣波束并采用機(jī)械旋轉(zhuǎn)掃描，在俯仰面上實(shí)現(xiàn)多個(gè)波束以覆蓋空間較大的范圍。天線使用36根水平波導(dǎo)管，每根波導(dǎo)管上有94個(gè)縫隙以形成主瓣寬度為1.6o的方位窄波束。在俯仰面上，發(fā)射時(shí)激勵(lì)22根波導(dǎo)管，產(chǎn)生20o的俯仰波束，該波束為賦形波束，低仰角時(shí)的增益高，高仰角時(shí)的增益低；接收時(shí)來自全部36根波導(dǎo)的能量結(jié)合在一起產(chǎn)生6個(gè)同時(shí)波束以覆蓋0～20o的仰角范圍。6個(gè)波束的仰角寬度從最低波束的2.3o變化到6o。這6個(gè)波束均有自己的接收機(jī)，通過比較這些波束中的能量可提供仰角的單脈沖信息。

同時(shí)多波束的優(yōu)點(diǎn)是，在強(qiáng)雜波環(huán)境中它能提供實(shí)現(xiàn)信號處理功能所需的時(shí)間。該雷達(dá)可運(yùn)輸。其作用距離240英里，有3MW的峰值功率和5KW的平均功率。該雷達(dá)及其改型已在全世界廣泛使用。

AN/TPS-70多波束陣列雷達(dá)天線(西屋公司提供)

7、AN/TPQ-37武器定位雷達(dá)

又稱火力搜索雷達(dá)，為美軍陸軍裝備，由休斯(Hughes)飛機(jī)公司研制。用來探測炮彈彈道，并反向?qū)ふ移浒l(fā)射點(diǎn)。該雷達(dá)使用有限掃描相控陣，它能在方位上提供寬掃描角，在仰角上提供有限的掃描角，有限掃描范圍將大大減少移相器數(shù)目。系統(tǒng)只使用360個(gè)二極管移相器，每個(gè)移相器控制陣列垂直線上的6個(gè)輻射單元。其峰值功率為4KW，平均功率為165W。

該雷達(dá)為單脈沖體制，其饋電網(wǎng)絡(luò)可形成和波束、方位差波束和俯仰差波束，饋電網(wǎng)絡(luò)由空氣帶狀線和波導(dǎo)功分器組成。天線尺寸8×12×2(ft)3。在美國和其他國家和地區(qū)，以裝備了數(shù)十套這種雷達(dá)。

AN/TPQ-37武器定位雷達(dá)(Hughes公司提供)

8、鋪路爪(Pave Paes)雷達(dá)

該雷達(dá)由Raytheon公司研制。它用于提供彈道導(dǎo)彈的預(yù)警，也可實(shí)現(xiàn)對衛(wèi)星的跟蹤，它是超高頻(UHF)固態(tài)相控陣?yán)走_(dá)。一套系統(tǒng)包含孔徑相互傾斜120o的兩部雷達(dá)，可提供240o的總觀察范圍，它可檢測到3000英里處的10m2的目標(biāo)。

鋪路爪超高頻固態(tài)相控陣?yán)走_(dá)天線(Raytheon公司提供)

9、丹麥眼鏡蛇(Cobra Dane)雷達(dá)

是Raytheon公司研制的一部龐大的L波段相控陣?yán)走_(dá)，它是為收集國外洲際導(dǎo)彈試驗(yàn)情報(bào)而研制和部署的，其雷達(dá)天線如下圖所示。它有一些與眾不同的特性，它是一種稀疏陣列，直徑為95ft，共有34768個(gè)單元，其中15360個(gè)單元是有源單元，其余是無源單元。有源單元分成96個(gè)子陣，每個(gè)子陣有160個(gè)輻射器。發(fā)射時(shí)由行波管饋電，加到天線上的總峰值功率為15.4MW，其頻帶寬度為200MHz，有2.5ft的距離分辨能力，以探測目標(biāo)的尺寸和形狀。

丹麥眼鏡蛇L波段相控陣?yán)走_(dá)天線(Raytheon公司提供)

10、“朱迪”眼鏡蛇雷達(dá)

是一種獨(dú)特的大型相控陣?yán)走_(dá)，由Raytheon公司為美國空軍研制。用以收集國外彈道導(dǎo)彈實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)。他安裝在美國艦船“膫望島”的轉(zhuǎn)臺上，如下圖所示。陣列直徑為22.5ft，包含12288個(gè)單元，由16個(gè)行波管饋電

美國艦船“膫望島”上的“朱迪”眼鏡蛇大型可旋轉(zhuǎn)相控陣?yán)走_(dá)天線

(Raytheon公司提供)

11、空中預(yù)警機(jī)雷達(dá)

又叫機(jī)載搜索雷達(dá)。最初是為遠(yuǎn)程偵察機(jī)探測艦艇研制的，第二次世界大戰(zhàn)后期美海軍研制了幾種機(jī)載預(yù)警雷達(dá)，用來探測艦艇雷達(dá)天線探測不到的低空飛行的飛機(jī)。在增大對空、對海面目標(biāo)的最大探測距離方面，機(jī)載雷達(dá)的優(yōu)勢是顯而易見的。因?yàn)楹Ｃ嫔细叨葹?00ft的天線，其雷達(dá)視線距離只有12英里，而高度為10000ft的飛機(jī)，雷達(dá)視線距離為123英里。

日本神風(fēng)突擊隊(duì)的襲擊造成美國多艘哨艦的損失，激發(fā)了機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的設(shè)想，后來這種系統(tǒng)發(fā)展成為一種用于洲際防空的邊界預(yù)警巡邏機(jī)。

下圖為航空母艦的艦載E－2C預(yù)警機(jī)。

E－2C預(yù)警機(jī) 12、3D雷達(dá)概念

又叫三坐標(biāo)雷達(dá)，這種雷達(dá)可同時(shí)測量目標(biāo)的3個(gè)基本位置坐標(biāo)(距離，方位和仰角)。3D雷達(dá)是一種警戒雷達(dá)，其天線在方位上機(jī)械旋轉(zhuǎn)，以測量目標(biāo)的距離和方位，在仰角上掃描一個(gè)或多個(gè)波束，或者通過鄰接的固定仰角波束來獲得目標(biāo)的仰角。

按照怎樣形成仰角波束和怎樣在仰角上的掃描波束，3D雷達(dá)可分為堆積多波束雷達(dá)，頻掃雷達(dá)、相掃雷達(dá)，機(jī)械掃描雷達(dá)和數(shù)字波束形成雷達(dá)。

13、S713Martello堆積多波束3D雷達(dá)

它是L波段可移動的包含8個(gè)波束的堆積多波束雷達(dá)，如下圖所示。其平面陣列高10.6m，寬6.1m，共有60行，每行32個(gè)輻射單元，裝有60個(gè)接收機(jī)用以把接收到的射頻信號下變頻為中頻。方位波束寬度為2.8o，機(jī)械旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為3圈/秒。仰角上，發(fā)射時(shí)為余割平方方向圖，覆蓋范圍30 o，接收時(shí)形成并處理8個(gè)堆積窄波束。發(fā)射峰值功率為3MW，平均功率8KW。這種雷達(dá)為警戒雷達(dá)。對100英里處的小型戰(zhàn)斗機(jī)，其測高精度達(dá)1000ft(約300m)。

S713Martello堆積多波束3D雷達(dá)(Marconi公司提供)

14、AN/SPS－52C頻掃3D雷達(dá)

頻率掃描雷達(dá)是指天線輻射波束指向隨頻率改變而改變的雷達(dá)。應(yīng)用于空中監(jiān)視任務(wù)的3D雷達(dá)技術(shù)之一是頻率掃描。頻掃陣列是利用一段波導(dǎo)傳輸線的相位頻率相關(guān)特性來掃描筆形波束。饋電波導(dǎo)在陣列的一側(cè)折疊成蛇形狀，對波導(dǎo)行波陣進(jìn)行耦合饋電，如下圖所示。改變發(fā)射或接收頻率在口徑上產(chǎn)生不同的相位變化剃度，從而使天線輻射波束指向發(fā)射偏轉(zhuǎn)。實(shí)際應(yīng)用的頻掃陣列天線如下圖所示的AN/SPS-52C雷達(dá)天線。

頻掃雷達(dá)的測量精度比不上堆積多波束雷達(dá)和相掃單脈沖雷達(dá)。其原因之一是為了控制波束指向需要改變系統(tǒng)工作頻率，從而導(dǎo)致目標(biāo)回波幅度的波動，降低了多波束目標(biāo)回波中可用的目標(biāo)角度信息的質(zhì)量。

具有蛇形波導(dǎo)饋電的波導(dǎo)窄變縫隙陣列及AN/SPS-52C艦載頻掃3D雷達(dá)

(Hughes公司提供)

15、AN/FPS－117相掃3D雷達(dá)

方位上采用機(jī)械旋轉(zhuǎn)掃描，仰角上采用相控掃描來進(jìn)行目標(biāo)的三坐標(biāo)定位，是3D雷達(dá)測高技術(shù)中最為靈活的雷達(dá)?？梢院拖鄴哧嚵幸黄鹗褂玫臏y高技術(shù)包括各種相參同時(shí)波束轉(zhuǎn)換技術(shù)(單脈沖、和相位干涉等)，以及幅度比較順序波束轉(zhuǎn)換技術(shù)。相控陣?yán)走_(dá)在當(dāng)今武器市場中變得越來越普遍，這要?dú)w因于目標(biāo)和環(huán)境的威脅不斷地升級和變化。

AN/FPS－117固定站固態(tài)相掃3D雷達(dá)(通用電氣公司提供)AN/FPS－117是典型的S波段相掃3D雷達(dá)，如上圖所示。其天線為平面陣列，共有44行帶狀線饋電的水平振子，每行有30個(gè)單元。44行中的每一行包含它自己的固態(tài)收發(fā)組件。該收發(fā)組件由峰值功率為1KW的固態(tài)發(fā)射機(jī)、集成電源、低噪聲接收機(jī)、移相器、收發(fā)開關(guān)和邏輯控制單元組成，且全部安裝在天線上。平面陣列的饋源結(jié)構(gòu)在接收時(shí)可產(chǎn)生雙軸單脈沖波束集，即一個(gè)和波束與兩個(gè)差波束。一個(gè)附加的列饋為最低角波束位置提供了特殊的低仰角測高能力。饋源產(chǎn)生一對和波束被小心地放置在某仰角上并作為單脈沖對其進(jìn)行處理，采用此技術(shù)使多路徑的影響為最小。

16、其他雷達(dá)天線

波導(dǎo)寬壁縱縫陣

低副瓣的波導(dǎo)窄壁斜縫陣(機(jī)載預(yù)警雷達(dá)天線)

機(jī)載雷達(dá)天線及饋電網(wǎng)絡(luò)

機(jī)場監(jiān)視雷達(dá)天線及饋電網(wǎng)絡(luò)形式

圓環(huán)陣列天線

多普勒角度掃描縫隙陣列

圓柱形頻率掃描陣列

俯視圖

A方向側(cè)視圖

B方向側(cè)視圖

圓錐共形陣列(單元為直縫、斜縫和橫縫)

俯視圖

A方向側(cè)視圖

B方向側(cè)視圖

圓錐共形陣列(單元為“十”字縫)

彈頭錐體上的“十”字縫隙陣，及單元形式

球形開關(guān)陣列

雙極化C波段微帶貼片天線

八木天線陣列

對稱振子天線陣列