GCM说明书

发电机状态监视系统（GCM）说明书

一工作原理

发电机状态监测器（GCM）包括一个离子室检测器（ICD）、电表/报警盘、记录器、流量计（差压表）、过滤器/电磁阀及流量设定阀。它是设计用于氢气压力高达100PS1G（磅/平方英寸表压）（7巴）的。

从发电机来的氢气经过过滤器电磁阀组件、ICD及流量设定阀。该ICD产生一个由电位计放大并施加在记录器或盘式表上的电流。

在正常运行情况下，该输出电流是一个由流量及氢气压力而决定的定值。当有颗粒、例如由于超温而产生的颗粒存在时，此电流将下降，控制回路将打开一个触点，琥珀色的安全灯将熄灭，而红色的报警灯将点亮。用于外部报警的SPDT（单极双投）接触也被触发。一旦该回路报警了，它可以通过按在电表/报警盘上的“ALARM SEQUENCE RESET”按钮而被重新设定。该报警是有故障保护的，并将在电源发生故障的情况下触动SPDT外部报警触点。通过ICD的正确的流量是由位于ICD出口侧上的柜内侧的流量设定控制装置设定的，而在电表/报警盘上的报警设定控制则设定报警跳闸点。

在正常运行情况下，在过滤器/电磁阀组合中的过滤器是被旁路掉的。当前面板上的“FILTE”按钮被按下时，该电磁阀被启动，全部气体通过过滤器而除去颗粒。其目的是为了确定一个报警状态是真实的或者是设备故障的结果。假如报警是真实的，并确有颗粒存在于气流中，按下“FILTE”按钮将导致输出电流返回至正常、安全的水平。当该按钮被按下后，红色的FILTE灯应亮着。GCM所有的组件均放置在一个单独的小室中。

对所有型号均配备有一个试验颗粒源。当按下一个按钮而启动该源时，颗粒被引入ICD；通过生成一个模拟的报警信号校核其运行。

GCM配备有一个集成的自动采样器。当GCM发警报时，氢气通过一个可移动的收集器，它捕捉了由热力分解产生的颗粒。然后该收集器可以被送到试验室，以分析过热的来源。

GCM可以与通常位于控制室内的GCM自动报警装置相连接。该自动报警器监测GCM 的输出并将其显示于一个表计或记录器上。当输出下降时，该过滤器自动地插入；该自动报警器决定了是否有一个GCM故障存在，或验证报警状态存在。该自动报警器控制自动采样器，仅在为了证实一个报警时才启动它。假如GCM输出超过了预设定的上限或下限，或者GCM流量降至设定极限以下，该自动报警器就提供警告指示。

二试验颗粒源

在电位计/报警盘上的“PARTICLE TEST”按钮开关启动试验颗粒源。一个红色的导向灯“VERIFIED ALARM”（检验报警）表示该源已启动。颗粒由在试验源中的加热线上的涂层所产生，它包含着用于50次或更多次试验的足够的材料。该源应仅在氢气纯度及压力适于发电机正常运行、且GCM在“安全”模式时才被启动。

触动该“PARTICLE TEST”按钮应将使输出电流在约5秒钟之内产生一个明显的下降。一旦GCM有了报警，该颗粒源的电源将被自动断掉。假如保持“试验”按钮被按下20秒钟之后仍无反应，则需更换试验颗粒源。

通过按下“FILTE”及“PARTICLE TEST”按钮，核查过滤器及电磁阀。输出电流不应发生变化且无报警。切勿将“PARTICLE TEST”按钮保持按下超过20秒，并且应在释放“FILTE”按钮之前先释放它。

三报警步骤

1.无自动报警

如果有一个报警指示，需检查记录图表。假如报警是由于过热，记录的电流迹线应显示电流在几分钟或小时内会有一个逐渐的下降。假如电流下降并立即恢复至正常水平，该报警很可能是瞬间电力中断的结果；在此情况下，应通过按下“重置”按钮重新设定该报警。假如确实显示电流有一个确定的、持久的下降，并且“流量”读数是正常的，按下“过滤器”按钮。（在流量显示上有一个大于20%的下降，表示在电磁阀或过滤器中有过量的限制，对此应加以调查）。输出电流应返回至接近其正常值。假如确实如此，则该下降是铁芯故障或是其它颗粒源譬如发电机中过热导致的，应采取恰当的措施。假如在“过滤器”按钮按下的情况下，电流仍维持在报警水平以下，则表示GCM的某一个组件有故障，这可使用“故障寻找”中概述的程序确定其位。

当“自动采样器”系统被启动了，通过GCM入口的流量增加，ICD的流量可能减少。对于风机差压低的发电机这个效应将达到最大，尤其是当入口管很长时。在有些情况下，ICD流量可能为零。由于这个原因，可能有必要等待，直至“自动采样器”流量已在进行上述报警验证程序之前被关闭。

2.有自动报警

该“自动报警”自动地确定是“GCM故障”引起了GCM输出的下降，还是由于发电机过热引起了“证实的报警”，从而可以采取适当的纠正动作。

因为“自动采样器”仅在一个报警已由“自动报警”证实之后才被启动的，任何从“自动采样器”来的ICD流量的变化，在“自动报警”被使用时，将不会影响报警的证实。

四自动采样器

“自动采样器”的操作是自动的，毋需另外的注意。假如不需要自动运行并且未安装有“自动报警”，则在TB2上的端子7及8之间的连接应该被去掉。假如安装了“自动报警”，则扭开在报警屏上的“MANUAL START ONL Y”指示器，即可禁止“自动采样器”的自动操作。

如果到GCM的交流电先被断开然后恢复，虽然“报警”灯可能亮着，但该采样器将不会被启动。

通过按下采样器控制上的“START”按钮，在任何时候都能收集样品。在预先设定的时间间隔之后，该流量将被自动地停止。该流量的停止可先于按下采样器上的“停止”按钮。

五定期检查和维修

为了确保GCM的连续可靠的性能，建议进行下列的定期检查：

每天：

1．检查流量，“FLOW”上指示应为1.5；如有必要，用“流量设定”控制设定为正常。2．检查输出电流轨迹，它应在记录器或表计上的箭头处（显示）。

每周：按下“过滤器”按钮，指示器灯应亮，假如电磁阀在工作，应有一个可听到的滴答声。流量或输出中应无变化或仅少量变化。假如流量指示值下降超过20%，过滤器可能受限制了。假如输出显著地增加，可能有一些颗粒存在于氢气中。

每月：启动“试验颗粒源”。

在发电机停机期间，建议维持给GCM供电，特别是在高湿度时期。其目的是避免水分冷凝在ICD及电位计/报警中的关键绝缘器上。假如安装了记录器，可将其电源停下，以停止图表驱动。

六详细说明

1.离子室检测器（ICD）

ICD包括一个离子化区及一个离子收集室，均包含在一个压力外壳内。气体首先通过离子化去，它包含一个低能级的α源（钍232）。然后产生的离子和气体一起传送至离子收集室，在那里有一个电极维持在对地-1 0伏。由于离子非常小，它们对质量有一个高比例的电荷，将其放在一个电气场中，它们有一个高的活动性。10伏的电势是足够引起大部分离子被吸引至收集电极上；在该处，它们产生的电流由电位计指示。

当气体中存在有颗粒时，某些离子将吸附着他们。这些颗粒，即使在显微镜下也看不清，也比离子大了许多倍。因此，颗粒—离子组合的电荷与质量的比减少了许多（千分之一左右），故其可动性低。这意味着现在仅少数被吸引至收集电极，导致至放大器的电流减少。试验显示：当一个面积大约为13平方厘米的芯材，在一个典型的发电机内侧，被足够地加热到使珐琅涂层退色时，电流将减少50%。在正常的发电机运行下，在氢气中的颗粒浓度基本为零。

图5显示：当“流量”计的

设定维持在1.5，纯氢的典型的

离子室输出电流及体积流与压

力的函数关系，它显示在一个已

知的设定值下，电流依赖于氢气

压力；压力增加电流就减少。但

是，假如当压力变化时不重新调

整流量，此效应将被部分地抵

消；压力的增加导致发电机的一

个较高的风扇差压，从而增加了

流量，这将减少电流的变化（流

量减小，输出电流下降）。所绘

的是体积流量（而不是惯常的标

准流量），因为它更逼真地确定

离子室性能。

该电流曲线在约2巴处有

一个峰值；体积流率降低引起压

力增加，电流就减少。

当压力降低至2巴以下时，电流再次下降；这是因为较低的气体密度允许一些α颗粒在它们产生离子之前到达离子室的壁上。

2.电位计/报警回路

只要GCM输出高于报警水平，它将置继电器K2于安全模式中。当GCM输出下跌至50%以下时，置K2于报警模式。从而即使GCM输出上升至50%以上，输出触点将留在报警模式，直至按下“重置”（RESET）按钮。

在流量计中一个磁性操动的簧片开关控制流量报警回路。在正常流量时，该开关闭合并短路了电路板B3上的固态继电器K1的输入端子。在低流量时，该开关打开，它使K1通电，并施加交流线电压至“自动报警”中的流量报警回路。

该流量报警开关在工厂中已调整好在流量减少约20%时打开。由于流量压差与流量的平方成比例，这相当于一个流量指示减少约36%。

3.自动采样器

假如未安装“自动报警”，任何时候GCM由“安全”变成“报警”状态，采样器将启动，一股气体流将在一个规定的时间内经过收集器，此时流量将被关闭。

一个盖子联锁装置可避免当校核电位计零位或使用“试验颗粒源”时自动启动采样器。该流量能在任何时候用手启动或停止。

当安装有“自动报警”时，继电器K3被更换。但是一个适配器将传送“自动采样器”控制于“自动报警”屏，因此采样器只有在一个报警被证实时，才被启动。

七故障查寻

由于没有移动部件、高温组件或危险的调整，GCM应长期无故障地工作。如果有任何运行困难，要核查电源及所有连接处。

1.回路保护

GCM回路由一个位于电位计/报警盘上的5安培断路器保护。跳闸时其按钮将伸出，并可见一个红光带。在确定并纠正了跳闸原因后，压下按钮以重新置位。

2.无流量指示并无输出电流

●阀门被关闭，或至发电机的管道有堵塞。

●至发电机的不正确的连接导致零或低的差压。

3.负流量指示

●至发电机的连线接反了。

●流量计有故障。

4.不稳定的流量

●在通往发电机的管道中、或GCM的管道中有液体进入。

●“流量设定阀”中有污物。

5.流量良好，但输出电流低或无。

●到ICD的-10伏连接开路或短路了。

●电位计坏了。

●至电位计的电缆开路、连接被断开，或短路了。

●表计或记录器坏了。

●电源坏了。

●ICD中输出对地短路。

6.输出电流超限，甚至在流量为零或流量低时也超限

●可能由于离子室中进入了纤维，造成短路、或ICD内有导电通路。

●供电有故障。

●电位计有缺陷。

●R1开路，或在反馈回路中开路，或R5开路。

7.输出良好，但报警不重置

●A2或B2组件有缺陷。

●K1有缺陷。

●K2有缺陷。

●R6或相连的接线有缺陷。

●S2有缺陷，核查“遥控重置”。

8.输出低于50%但回路不报警

●R6（报警设定）有缺陷或未恰当地调整

●A2或B2组件有缺陷

●K1有缺陷

●K2有缺陷

●S2短路，或在“遥控重置”回路中有短路。

9.过滤器灯持续亮着

●S3有缺陷。由于输入信号可能被过滤器去掉，在此情况下GCM将不会探知

一个故障。为了临时操作，可通过断开电磁线圈回路中的2针连接器（J4），

对电磁线圈断电。灯将保持亮着，但电磁阀将被关闭，并且过滤器可能被旁路

掉。要立即进行检修，因为在过滤器电磁线圈被断开时，假如安装了一个“自

动报警”，并且有一个发电机产生问题时，该“自动报警”将指示一个“GCM

故障”而非一个“证实的报警”。

●假如安装有“自动报警”，可能在“自动报警”中有缺陷。

10.当“试验”按钮启动时，“试验”灯不亮

●GCM在“报警”状态；重置

●开关S4有缺陷（打开）

11.当“试验”按钮释放时，“试验”灯仍亮着

●开关S4有缺陷。通过断开至变压器T1的引线处的双针连接器（J5），可暂时

操作GCM。该灯将保持亮着，但“试验源”将不被启动，使GCM能正常运

行。

●假如安装有“自动报警”，“自动报警”有缺陷。

12.“试验”灯点亮，20秒之内“试验”响应低或无响应

●电气连接不好。核查在变压器T1初级及次级处的连接器，及在铜管处的接地

连接。

●R3打开或未恰当地调整

●在（试验颗粒）源正上方的接头中有堵塞。

●（试验颗粒）源枯竭；见“试验颗粒源更换”。

13.输出电流下降，通过启动“过滤器”按钮不能恢复

这个可能是由于绝缘子从氢气流的水分、油或其它污物中沉积，从而引起在ICD中的泄漏电流的结果。ICD输出电缆的电阻应为最小1M兆欧（1012欧姆）。

二阶弹簧-阻尼系统PID控制器参数整定

《控制系统仿真与CAD》大作业 二阶弹簧—阻尼系统的PID控制器设计及参数整定 学校：上海海事大学 学院：物流工程学院 专业：电气工程及其自动化 班级：电气173班 学号：************ 姓名：李** 老师：** 时间：2020年6月13日

1. 题目与要求 考虑弹簧－阻尼系统如图1所示，其被控对象为二阶环节，传递函数()G s 如下，参数为M=1kg ，b=2N.s/m ，k=25N/m ，()1F s =。设计要求：用.m 文件和simulink 模型完成。 图 1 弹簧--阻尼系统 （1）控制器为P 控制器时，改变比例系数大小，分析其对系统性能的影响并绘制相应曲线。 （2）控制器为PI 控制器时，改变积分系数大小，分析其对系统性能的影响并绘制相应曲线。(例如当Kp=50时，改变积分系数大小) （3）设计PID 控制器，选定合适的控制器参数，使闭环系统阶跃响应曲线的超调量σ%<20%，过渡过程时间Ts<2s, 并绘制相应曲线。 2. 分析： （1）根据受力分析可得系统合力与位移之间微分方程： F kx x b x M =++&&& （2）对上得微分方程进行拉普拉斯变换，转化后的系统开环传递函数： 25211)()()(22++= ++== s s k bs Ms s F s X s G （3）系统输入为力R(S)=F(S),系统输出C(S)为位移X(S),系统框图如下： 图 2 闭环控制系统结构图 3. 控制器为P 控制器时： 控制器的传递函数p p K s G =)(，分别取p K 为1,10,20,30,40,50,60,70,80， （1）simulink 构建仿真模型如图3，文件名为：P_ctrl ；

二阶弹簧—阻尼系统,PID控制器设计,参数整定

二阶弹簧—阻尼系统的PID控制器设计及参数整定

一、PID 控制的应用研究现状综述 PID 控制器（按闭环系统误差的比例、积分和微分进行控制 的调节器）自20世纪30年代末期出现以来，在工业控制领域得到了很大的发展和广泛的应用。它的结构简单，参数易于调整，在长期应用中已积累了丰富的经验。特别是在工业过程控制中，由于被控制对象的精确的数学模型难以建立，系统的参数经常发生变化，运用控制理论分析综合不仅要耗费很大代价，而且难以得到预期的控制效果。在应用计算机实现控制的系统中，PID 很容易通过编制计算机语言实现。由于软件系统的灵活性，PID 算法可以得到修正和完善，从而使数字PID 具有很大的灵活性和适用性。 二、研究原理 比例控制器的传递函数为：()P P G s K = 积分控制器的传递函数为：11()PI P I G s K T s =+ ? 微分控制器的传递函数为：11 ()PID P D I G s K T s T s =+ ?+? 三、设计题目 设计控制器并给出每种控制器控制的仿真结果（被控对象为二阶环节，传递 函数()G S ，参数为M=1 kg, b=2 N.s/m, k=25 N/m, F(S)=1）；系统示意图如图1所示。

图1 弹簧-阻尼系统示意图 弹簧－阻尼系统的微分方程和传递函数为： F kx x b x M =++ 25 21 1)()()(22++= ++== s s k bs Ms s F s X s G 四、设计要求 通过使用MATLAB 对二阶弹簧——阻尼系统的控制器（分别使用P 、PI 、PID 控制器）设计及其参数整定，定量分析比例系数、积分时间与微分时间对系统性能的影响。同时、掌握MATLAB 语言的基本知识进行控制系统仿真和辅助设计，学会运用SIMULINK 对系统进行仿真，掌握PID 控制器参数的设计。 （1）控制器为P 控制器时，改变比例带或比例系数大小，分析对系统性能的影响并绘制响应曲线。 （2）控制器为PI 控制器时，改变积分时间常数大小，分析对系统性能的影响并绘制相应曲线。（当kp=50时，改变积分时间常数）

二阶弹簧阻尼系统ID控制器设计参数整定

二阶弹簧阻尼系统I D控制器设计参数整定 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020

二阶弹簧—阻尼系统的PID 控制器设计及参数整定 一、PID 控制的应用研究现状综述 PID 控制器（按闭环系统误差的比例、积分和微分进行控制的调节器）自20世纪30年代末期出现以来，在工业控制领域得到了很大的发展和广泛的应用。它的结构简单，参数易于调整，在长期应用中已积累了丰富的经验。特别是在工业过程控制中，由于被控制对象的精确的数学模型难以建立，系统的参数经常发生变化，运用控制理论分析综合不仅要耗费很大代价，而且难以得到预期的控制效果。在应用计算机实现控制的系统中，PID 很容易通过编制计算机语言实现。由于软件系统的灵活性，PID 算法可以得到修正和完善，从而使数字PID 具有很大的灵活性和适用性。 二、研究原理 比例控制器的传递函数为： ()P P G s K = 积分控制器的传递函数为： 11()PI P I G s K T s =+? 微分控制器的传递函数为： 11()PID P D I G s K T s T s =+?+? 三、设计题目 设计控制器并给出每种控制器控制的仿真结果（被控对象为二阶环节，传递 函数()G S ，参数为M=1 kg, b=2 m, k=25 N/m, F(S)=1）；系统示意图如图1所示。 图1 弹簧-阻尼系统示意图 弹簧－阻尼系统的微分方程和传递函数为： 四、设计要求

通过使用MATLAB 对二阶弹簧——阻尼系统的控制器（分别使用P 、PI 、PID 控制器）设计及其参数整定，定量分析比例系数、积分时间与微分时间对系统性能的影响。同时、掌握MATLAB 语言的基本知识进行控制系统仿真和辅助设计，学会运用SIMULINK 对系统进行仿真，掌握PID 控制器参数的设计。 （1）控制器为P 控制器时，改变比例带或比例系数大小，分析对系统性能的影响并绘制响应曲线。 （2）控制器为PI 控制器时，改变积分时间常数大小，分析对系统性能的影响并绘制相应曲线。（当kp=50时，改变积分时间常数） （3）设计PID 控制器，选定合适的控制器参数，使阶跃响应曲线的超调量%20%σ<，过渡过程时间2s t s <，并绘制相应曲线。 图2 闭环控制系统结构图 五、设计内容 （1）P 控制器：P 控制器的传递函数为： ()P P G s K =（分别取比例系数K 等于1、10、30和50，得图所示） Scope 输出波形： 仿真结果表明：随着Kp 值的增大，系统响应超调量加大，动作灵敏，系统的响应速度加快。Kp 偏大，则振荡次数加多，调节时间加长。随着Kp 增大，系统的稳态误差减小，调节应精度越高，但是系统容易产生超调，并且加大Kp 只能减小稳态误差，却不能消除稳态误差。 （2）PI 控制器：PI 控制器的传递函数为： 11()PI P I G s K T s =+? （K=50， 分别取积分时间Ti 等于10、1和得图所示）

二阶弹簧—阻尼系统,PID控制器设计,参数整定

*** 二阶弹簧—阻尼系统的PID控制器设计及参数整定

一、PID 控制的应用研究现状综述 PID 控制器（按闭环系统误差的比例、积分和微分进行控制的调节器）自20 世纪30 年代末期出现以来，在工业控制领域得到了很大的发展和广泛的应用。它的结构简单，参数易于调整， 在长期应用中已积累了丰富的经验。特别是在工业过程控制中， 由于被控制对象的精确的数学模型难以建立，系统的参数经常发生变化，运用控制理论分析综合不仅要耗费很大代价，而且难以得到预期的控制效果。在应用计算机实现控制的系统中，PID 很容易通过编制计算机语言实现。由于软件系统的灵活性，PID 算法可以得到修正和完善，从而使数字PID 具有很大的灵活性和适用性。 二、研究原理 比例控制器的传递函数为：G (s) K P P G (s) K PI P 1 1 T s I 积分控制器的传递函数为： 1 1 G (s) K T s PID P D T s I 微分控制器的传递函数为： 三、设计题目 设计控制器并给出每种控制器控制的仿真结果（被控对象为二阶环节，传递函数G S ，参数为M=1 kg, b=2 N.s/m, k=25 N/m, F(S)=1 ）；系统示意图如图 1 所示。

图1 弹簧-阻尼系统示意图弹簧－阻尼系统的微分方程和传递函数为：M x bx kx F G( s) X F ( ( s) s) Ms 1 1 2 bs k s2 s 2 25 四、设计要求 通过使用MATLAB 对二阶弹簧——阻尼系统的控制器（分别使用P、PI、PID 控制器）设计及其参数整定，定量 分析比例系数、积分时间与微分时间对系统性能的影响。同 时、掌握MATLAB 语言的基本知识进行控制系统仿真和辅 助设计，学会运用SIMULINK 对系统进行仿真，掌握PID 控制器参数的设计。 （1）控制器为P 控制器时，改变比例带或比例系数大小，分析对系统性能的影响并绘制响应曲线。 （2）控制器为PI 控制器时，改变积分时间常数大小， 分析对系统性能的影响并绘制相应曲线。（当kp=50 时，改变积分时间常数）

汽车方向盘按键控制器系统设计

汽车方向盘按键控制器系统设计 作者：飞思卡尔半导体中国有限公司钱华 随着汽车在人们日常生活中的普及以及汽车电子在汽车应用领域价值不断地扩大，越来越多的舒适性能和“智能”应用被集成进车身电子的领域。飞思卡尔最新的汽车级8位微控制器MC9S08SC4便是本文所要介绍的主角，该款微控制器是业界使用广泛的飞思卡尔HCS08系列汽车级微控制器家族最新的成员，以其低成本、小封装但同时兼具高性能、高可靠性的特点，适用于众多汽车电子应用领域，例如：简单的灯光控制、按键控制、HV AC、LIN通信控制器、车内后视镜调光以及简单的继电器和马达控制。如果你正在为你的应用物色一颗高性能、低成本的汽车级微控制器，但又为电子模块成本和PCB面积的限制而苦恼，相信MC9S08SC4 正是你要找的这颗芯片。 MC9S08SC4的片上资源及性能 MC9S08SC4作为飞思卡尔HCS08汽车级8位微控制器家族的成员，设计上延续了HCS08微控制器许多的优点，例如总线频率高达20Mhz的HCS08内核，高质量汽车级内置Flash存储器可用于EEPROM的模拟，芯片上自带的时钟振荡器在全温度和电压范围内可校准至±2%的精度，还包括内部增强型支持LIN通信的串口控制器。图1是MC9S08SC4芯片内部的结构框图 和资源配置。 MC9S08SC4的典型应用

人们在选择家用轿车时，对舒适性要求不断提高，因此在整车的设计中舒适性能也受到越来越广泛地重视，舒适性能已成为购车因素的一项重要指标。因此即使在许多中低端的轿车上这种需求也随处可见，例如现在汽车的方向盘已经不仅仅是传统的只具备控制方向和喇叭的功能，在它上面往往会集成用于控制其他功能的按键，例如控制收音机的操作按钮、控制DVD 或者CD播放的操作按钮、手机蓝牙免提、自动巡航控制按钮，甚至还预留了用户可配置功能的按键。方向盘按键的不同风格体现了每种车型不同的个性，因此按键设计正受到越来越 多车厂的关注。 本文所要介绍的MC9S08SC4微控制器非常适合类似方向盘按键这样应用，能帮助汽车制造商在不增加高昂成本的情况下获得比竞争者对手较大的差异化优势。MC9S08SC4在键盘的应用中可作为一个LIN通信的Slave节点，负责采集来自方向盘按键的各种控制信号，然后通过LIN总线将这些信号传递给车内其他的控制器单元，这些控制包括车身电子控制器、CD或者DVD控制器、蓝牙通信控制器和仪表盘控制器等。 图2所示是利用MC9S08SC4作为方向盘按键控制器的系统框图，简单地表明了整个控制系统从键盘信号输入端经过逻辑控制最终输出驱动信号这一完整的控制流程。汽车方向盘按键控制器单元由蓝色框内部组成，虽然整个控制系统的结构相对简单，但是该应用还是有一些设 计上的挑战。 汽车方向盘按键控制器系统设计挑战 汽车方向盘按键控制器的设计，主要的挑战在于： 方向盘按键控制器在安装的空间上受到限制，由于控制器会被安装在方向盘面板附近的位置，因此需要在设计时尽可能减小PCB的面积，以方便地嵌入到方向盘下方狭小的空间，并且要

弹簧 质量 阻尼系统的建模与控制系统设计

分数: ___________ 任课教师签字：___________ 华北电力大学研究生结课作业 学年学期：第一学年第一学期 课程名称：线性系统理论 学生姓名： 学号：

提交时间：目录

弹簧-质量-阻尼系统的建模与控制系统设计 1 研究背景及意义 弹簧、阻尼器、质量块是组成机械系统的理想元件。由它们组成的弹簧-质量-阻尼系统是最常见的机械振动系统，在生活中具有相当广泛的用途，缓冲器就是其中的一种。缓冲装置是吸收和耗散过程产生能量的主要部件，其吸收耗散能量的能力大小直接关系到系统的安全与稳定。缓冲器在生活中处处可见，例如我们的汽车减震装置和用来消耗碰撞能量的缓冲器，其缓冲系统的性能直接影响着汽车的稳定与驾驶员安全；另外，天宫一号在太空实现交会对接时缓冲系统的稳定与否直接影响着交会对接的成功。因此，对弹簧-质量-阻尼系统的研究有着非常深的现实意义。 2 弹簧-质量-阻尼模型 数学模型是定量地描述系统的动态特性，揭示系统的结构、参数与动态特性之间关系的数学表达式。其中，微分方程是基本的数学模型，不论是机械的、液压的、电气的或热力学的系统等都可以用微分方程来描述。微分方程的解就是系统在输入作用下的输出响应。所以，建立数学模型是研究系统、预测其动态响应的前提。通常情况下，列写机械振动系统的微分方程都是应用力学中的牛顿定律、质量守恒定律等。 弹簧-质量-阻尼系统是最常见的机械振动系统。机械系统如图所示，

图2-1弹簧-质量-阻尼系统机械结构简图 其中、表示小车的质量，表示缓冲器的粘滞摩擦系数，表示弹簧的弹性系数，表示小车所受的外力，是系统的输入即,表示小车的位移，是系统的输出，即，i=1,2。设缓冲器的摩擦力与活塞的速度成正比，其中，， ，，，。系统的建立 由图，根据牛顿第二定律，分别分析两个小车的受力情况，建立系统的动力学模型如下： 对有： 对有：

二阶弹簧—阻尼系统PID控制器设计参数整定

二阶弹簧—阻尼系统P I D控制器设计参数整 定 内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）

二阶弹簧—阻尼系统的PID控制器设计及参数整定 一、PID控制的应用研究现状综述 PID控制器（按闭环系统误差的比例、积分和微分进行控制的调节器）自20世纪30年代末期出现以来，在工业控制领域得到了很大的发展和广泛的应用。它的结构简单，参数易于调整，在长期应用中已积累了丰富的经验。特别是在工业过程控制中，由于被控制对象的精确的数学模型难以建立，系统的参数经常发生变化，运用控制理论分析综合不仅要耗费很大代价，而且难以得到预期的控制效果。在应用计算机实现控制的系统中，PID很容易通过编制计算机语言实现。由于软件系统的灵活性，PID算法可以得到修正和完善，从而使数字PID具有很大的灵活性和适用性。 二、研究原理 比例控制器的传递函数为： () P P G s K = 积分控制器的传递函数为： 11 () PI P I G s K T s =+? 微分控制器的传递函数为： 11 () PID P D I G s K T s T s =+?+? 三、设计题目 设计控制器并给出每种控制器控制的仿真结果（被控对象为二阶环节，传递函数() G S，参数为M=1 kg, b=2 N.s/m, k=25 N/m, F(S)=1）；系统示意图如图1所示。 图1 弹簧-阻尼系统示意图 弹簧－阻尼系统的微分方程和传递函数为： 四、设计要求

通过使用MATLAB 对二阶弹簧——阻尼系统的控制器（分别使用P 、PI 、PID 控制器）设计及其参数整定，定量分析比例系数、积分时间与微分时间对系统性能的影响。同时、掌握MATLAB 语言的基本知识进行控制系统仿真和辅助设计，学会运用SIMULINK 对系统进行仿真，掌握PID 控制器参数的设计。 （1）控制器为P 控制器时，改变比例带或比例系数大小，分析对系统性能的影响并绘制响应曲线。 （2）控制器为PI 控制器时，改变积分时间常数大小，分析对系统性能的影响并绘制相应曲线。（当kp=50时，改变积分时间常数） （3）设计PID 控制器，选定合适的控制器参数，使阶跃响应曲线的超调量%20%σ<，过渡过程时间2s t s <，并绘制相应曲线。 图2 闭环控制系统结构图 五、设计内容 （1）P 控制器：P 控制器的传递函数为： ()P P G s K =（分别取比例系数K 等于 1、10、30和50，得图所示） Scope 输出波形： 仿真结果表明：随着Kp 值的增大，系统响应超调量加大，动作灵敏，系统的响应速度加快。Kp 偏大，则振荡次数加多，调节时间加长。随着Kp 增大，系统的稳态误差减小，调节应精度越高，但是系统容易产生超调，并且加大Kp 只能减小稳态误差，却不能消除稳态误差。 （2）PI 控制器：PI 控制器的传递函数为： 11()PI P I G s K T s =+? （K=50， 分别取积分时间Ti 等于10、1和0.1得图所示） Scope 输出波形：

PI控制器

PI 控制原理 1.1 比例（P ）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器实质上是一个具有可调增益的放大器。在信号变换过程中，P 控制器值改变信号的增益而不影响其相位。在串联校正中，加大了控制器增益k ，可以提高系统的开环增益，减小的系统稳态误差，从而提高系统的控制精度。控制器结构如图1： 图1 1.2 比例-微分控制 具有比例-微分控制规律的控制器称PI 控制器，其输出信号m(t)同时成比例的反应出输入信号e(t)及其积分，即： ?+=t i dt t e T k t ke t m 0)()()( （1） 式（1）中，k 为可调比例系数；i T 为可调积分时间常数。PI 控制器如图2所示。 图2 在串联校正时，PI 控制器相当于在系统中增加了一个位于原点的开环极点，同时也增加了一个位于s 左半平面的开环零点。位于原点的极点可以提高系统的型别，以消除或减小系统的稳态误差，改善系统的稳态性能；而增加的负实零点则用来减小系统的阻尼程度， 缓和PI 控制器极点对系统稳定性及动态性能产生的不利影响。只要积分时间常数i T 足够大，PI 控制器对系统稳定性的不利影响可大为减弱，在控制工程中，PI 控制器主要用来改善控制系统的稳态性能。

2 P 和PI 控制参数设计 2.1 初始条件： 反馈系统方框图如图3所示。K (s)D =1（比例P 控制律），s K K (s)D I + =2（比例积分PI 控制律），)6s )(1s (1s G 1+-+= s (s)，) 2s )(1s (1 G 2++=(s) 2.2 P 控制器设计 2.2.1 比例系数k 的设定 由题目给出的初始条件知，当G(s)=(s)1G ，未加入D(s ）校正环节时，系统开环传递函数为： 6)1)(s -s(s 1 s (s)H(s)++= G s s s 651 s 23-++= （2） 又系统结构图可知系统为单位负反馈系统所以闭环传递函数为： )6)(1(11) 6)(1(1 )(+-+++-+= s s s s s s s s s φ 1 551 23+-++=s s s s （3） 则系统的闭环特征方程为：D(s)=1552 3+-+s s s =0. 按劳斯判据可列出劳斯表如表1： Y 图3

二阶弹簧—阻尼系统PID控制器设计参数整定

二阶弹簧—阻尼系统的PID 控制器设计及参数整定 一、PID 控制的应用研究现状综述 PID 控制器（按闭环系统误差的比例、积分和微分进行控制的调节器）自20世纪30年代末期出现以来，在工业控制领域得到了很大的发展和广泛的应用。它的结构简单，参数易于调整，在长期应用中已积累了丰富的经验。特别是在工业过程控制中，由于被控制对象的精确的数学模型难以建立，系统的参数经常发生变化，运用控制理论分析综合不仅要耗费很大代价，而且难以得到预期的控制效果。在应用计算机实现控制的系统中，PID 很容易通过编制计算机语言实现。由于软件系统的灵活性，PID 算法可以得到修正和完善，从而使数字PID 具有很大的灵活性和适用性。 二、研究原理 比例控制器的传递函数为： ()P P G s K = 积分控制器的传递函数为： 11()PI P I G s K T s =+? 微分控制器的传递函数为： 11()PID P D I G s K T s T s =+?+? 三、设计题目 设计控制器并给出每种控制器控制的仿真结果（被控对象为二阶环节，传递 函数()G S ，参数为M=1 kg, b=2 N.s/m, k=25 N/m, F(S)=1）；系统示意图如图1所示。 图1 弹簧-阻尼系统示意图 弹簧－阻尼系统的微分方程和传递函数为： 四、设计要求

通过使用MATLAB 对二阶弹簧——阻尼系统的控制器（分别使用P 、PI 、PID 控制器）设计及其参数整定，定量分析比例系数、积分时间与微分时间对系统性能的影响。同时、掌握MATLAB 语言的基本知识进行控制系统仿真和辅助设计，学会运用SIMULINK 对系统进行仿真，掌握PID 控制器参数的设计。 （1）控制器为P 控制器时，改变比例带或比例系数大小，分析对系统性能的影响并绘制响应曲线。 （2）控制器为PI 控制器时，改变积分时间常数大小，分析对系统性能的影响并绘制相应曲线。（当kp=50时，改变积分时间常数） （3）设计PID 控制器，选定合适的控制器参数，使阶跃响应曲线的超调量%20%σ<，过渡过程时间2s t s <，并绘制相应曲线。 图2 闭环控制系统结构图 五、设计内容 （1）P 控制器：P 控制器的传递函数为： ()P P G s K =（分别取比例系数K 等 于1、10、30和50，得图所示） Scope 输出波形： 仿真结果表明：随着Kp 值的增大，系统响应超调量加大，动作灵敏，系统的响应速度加快。Kp 偏大，则振荡次数加多，调节时间加长。随着Kp 增大，系统的稳态误差减小，调节应精度越高，但是系统容易产生超调，并且加大Kp 只能减小稳态误差，却不能消除稳态误差。 （2）PI 控制器：PI 控制器的传递函数为： 11()PI P I G s K T s =+? （K=50， 分别取积分时间Ti 等于10、1和0.1得图所示）

整车控制系统、整车控制器

整车控制系统 电动汽车动力系统各零部件的工作都是由整车控制器统一协调。 对纯电动汽车而言，电动机驱动和制动能量回收的最大功率都受到电池放电／充电能力的制约。 对混合燃料电池轿车和燃料电池大巴而言，由于其具有两个或两个以上的动力源，增加了系统设计和控制的灵活性，使汽车可以在多种模式下工作适应不同工况下的需求，获得比传统汽车更好的燃料电池性能，降低了有害物的排放，减小对环境的污染和危害，从而达到环保和节能的双重标准。 首先要针对给定的车辆和参数的条件，选择合适的动力系统构型，完成动力系统的参数匹配和优化。在此基础上，建立整车控制系统来协调汽车工作模式的切换和多个动力源／能量源之间的功率／能量流的在线优化控制。 整车控制系统由整车控制器、通信系统、零部件控制器以及驾驶员操纵系统构成，其主要功能是根据驾驶员的操作和当前的整车和零部件工作状况，在保证安全和动力性的前提下，选择尽可能优化的工作模式和能量分配比例，以达到最佳的燃料经济性和排放指标。 (1)整车控制系统及功能分析 1)控制对象：电动汽车驱动系统包括几种不同的能量和储能元件（燃料电池，内燃机或其他热机，动力电池和／或超级电容），在实际工作过程中包括了化学能、电能和机械能之间的转化。 电动汽车动力系统能流图如图5—6所示。

2)整车控制系统结构：电动汽车动力系统的部件都有自己的控制器，为分布式分层控制提供了基础。分布式分层控制可以实现控制系统的拓扑分离和功能分离。拓扑分离使得物理结构上各个子系统控制系统分布在不同位置上，从而减少了电磁干扰，功能分离使得各个子部件完成相对独立的功能，从而可以减少子部件的相互影响并提高了容错能力。 电动汽车分层结构控制系统如图5-7所示。最底层是执行层，由部件控制器和一些执行单元组成，其任务是正确执行中间层发送的指令，这些指令通过CAN总线进行交互，并且有一定的自适应和极限保护功能；中间层是协调层，也就是整车控制器(VMS)，它的主要任务一方面根据驾驶员的各种操作和汽车当前的状态解释驾驶员的意图，另一方面根据执行层的当前状态，做出最优的协调控制；最高层是组织层，由驾驶员或者制动驾驶仪来实现车辆控制的闭环。 3)整车控制系统对车辆性能的影响主要有三个方面： ①动力性和经济性：整车控制器决定发动机和电动机转矩的输出，直接关系到汽车动力性能，影响驾驶员的操纵感觉；燃料电池轿车和大巴有两个或两个以上的能量来源，在汽车实际行使过程中，整车控制器实施控制能量源之间的能量分配，从而实现整车能量的优化，获得较高的经济性。 ②安全性：燃料电池轿车和大巴上包括氢气瓶，动力电池等能量储存单元和动力总线，电动汽车电机及其控制器等强电环节，除了原有的车辆安全性问题（如制动和操作稳定性）之外，还增加了高压电安全和氢安全等新的安全隐患。整车控制器必须从整车的角度及时检测个部件的工作状态，并对可能出现的危险进行及时处理，以保证成员和车辆的安全。 ③驾驶舒适性及整车的协调控制：采用整车控制器管理汽车上的各部件工作，可以整合汽车上各项功能，如自动巡航、ABS、自动换档等，实现信息共享和全局控制，改善驾驶舒适性。整车控制器根据驾驶员操作信号进行驾驶意图解释，根据各个部件和整车工作的

弹簧质量阻尼系统的建模与控制系统设计

弹簧质量阻尼系统的建模与控制系统设计 TPMK standardization office【 TPMK5AB- TPMK08- TPMK2C- TPMK18】

分数: ___________ 任课教师签字：___________ 华北电力大学研究生结课作业 学年学期：第一学年第一学期 课程名称：线性系统理论 学生姓名： 学号： 提交时 目录 目录 (2) 1 研究背景及意义 (3) 2 弹簧-质量-阻尼模型 (3) 2.1 系统的建立 (4) 2.1.1 系统传递函数的计算 (5) 2.2 系统的能控能观性分析 (7) 2.2.1 系统能控性分析 (8) 2.2.2 系统能观性分析 (9) 2.3 系统的稳定性分析 (10) 2.3.1 反馈控制理论中的稳定性分析方法 (10) 2.3.2 利用Matlab分析系统稳定性 (10) 2.3.3 Simulink仿真结果 (12) 2.4 系统的极点配置 (15) 2.4.1 状态反馈法 (15) 2.4.2 输出反馈法 (16)

2.4.2 系统极点配置 (16) 2.5系统的状态观测器 (18) 2.6 利用离散的方法研究系统的特性 (20) 2.6.1 离散化定义和方法 (20) 2.6.2 零阶保持器 (22) 2.6.3 一阶保持器 (24) 2.6.4 双线性变换法 (26) 3.总结 (28) 4.参考文献 (28)

弹簧-质量-阻尼系统的建模与控制系统设计 1 研究背景及意义 弹簧、阻尼器、质量块是组成机械系统的理想元件。由它们组成的弹簧-质量-阻尼系统是最常见的机械振动系统，在生活中具有相当广泛的用途，缓冲器就是其中的一种。缓冲装置是吸收和耗散过程产生能量的主要部件，其吸收耗散能量的能力大小直接关系到系统的安全与稳定。缓冲器在生活中处处可见，例如我们的汽车减震装置和用来消耗碰撞能量的缓冲器，其缓冲系统的性能直接影响着汽车的稳定与驾驶员安全；另外，天宫一号在太空实现交会对接时缓冲系统的稳定与否直接影响着交会对接的成功。因此，对弹簧-质量-阻尼系统的研究有着非常深的现实意义。 2 弹簧-质量-阻尼模型 数学模型是定量地描述系统的动态特性，揭示系统的结构、参数与动态特性之间关系的数学表达式。其中，微分方程是基本的数学模型，不论是机械的、液压的、电气的或热力学的系统等都可以用微分方程来描述。微分方程的解就是系统在输入作用下的输出响应。所以，建立数学模型是研究系统、预测其动态响应的前提。通常情况下，列写机械振动系统的微分方程都是应用力学中的牛顿定律、质量守恒定律等。 弹簧-质量-阻尼系统是最常见的机械振动系统。机械系统如图2.1所示， 图2-1弹簧-质量-阻尼系统机械结构简图 其中、表示小车的质量，表示缓冲器的粘滞摩擦系数，表示弹簧的弹性系数，表示小车所受的外力，是系统的输入即 ,表示小车的位移，是系统的输出，即，

(完整版)电动汽车整车控制器功能结构

新能源汽车整车控制器系统结构

新能源汽车作为一种绿色的运输工具在环保、节能以及驾驶性能等方面具有诸多内燃机汽车无法比拟的优点，其是由多个子系统构成的一个复杂系统，主要包括电池、电机、制动等动力系统以及其它附件（如图1所示）。各子系统几乎都通过自己的控制单元（ECU）来完成各自功能和目标。为了满足整车动力性、经济性、安全性和舒适性的目标，一方面必须具有智能化的人车交互接口，另一方面，各系统还必须彼此协作，优化匹配，这项任务需要由控制系统中的整车控制器来完成。基于总线的分布式控制网络是使众多子系统实现协同控制的理想途径。由于CAN总线具有造价低廉、传输速率高、安全性可靠性高、纠错能力强和实时性好等优点，己广泛应用于中、低价位汽车的实时分布式控制网络。随着越来越多的汽车制造厂家采用CAN协议，CAN逐渐成为通用标准。采用总线网络可大大减少各设备间的连接信号线束，并提高系统监控水平。另外，在不减少其可靠性前提下，可以很方便地增加新的控制单元，拓展网络系统功能。 图1 新能源汽车控制系统硬件框架 一、整车控制器控制系统结构 公司自行设计开发的新能源汽车整车控制器包括微控制器、模拟量输入和输出、开关量调理、继电器驱动、高速CAN总线接口、电源等模块。整车控制器对新能源汽车动力链的各个环节进行管理、协调和监控，以提高整车能量利用效率，确保安全性和可靠性。该整车控制器采集司机驾驶信号，通过CAN总线获

得电机和电池系统的相关信息，进行分析和运算，通过CAN总线给出电机控制和电池管理指令，实现整车驱动控制、能量优化控制和制动回馈控制。该整车控制器还具有综合仪表接口功能，可显示整车状态信息；具备完善的故障诊断和处理功能；具有整车网关及网络管理功能。 其结构原理如图2所示。 图2 整车控制器结构原理图 下面对每个模块功能进行简要的说明： 1、开关量调理模块 开关量调理模块，用于开关输入量的电平转换和整型，其一端与多个开关量传感器相连，另一端与微控制器相接； 2、继电器驱动模块 继电器驱动模块，用于驱动多个继电器，其一端通过光电隔离器与微控制器相连，另一端与多个继电器相接；

整车控制器

整车控制器（VMS，vehicle management System），即动力总成控制器。是整个汽车的核心控制部件，它采集加速踏板信号、制动踏板信号及其他部件信号，并做出相应判断后，控制下层的各部件控制器的动作，驱动汽整车控制器通过采集司机驾驶信号和车辆状态，通过CAN总线对网络信息进行管理，调度，分析和运算，针对车型的不同配置，进行相应的能量管理，实现整车驱动控制、能量优化控制、制动回馈控制和网络管理等功能。 介绍 纯电动汽车整车控制器(Vehicle Controller)是纯电动汽车整车控制系统的核心部件，它对汽车的正 常行驶，再生能量回收，网络管理，故障诊断与处理，车辆的状态与监视等功能 起着关键的作用。与各部件控制器的动态控制相比，整车控制器属于管理协调型 控制。 体系结构

整个车辆系统采用一体化集成控制与分布式处理的车辆控制系统的体系结构，各部件都有独立的控制器，整车控制器对整个系统进行能量管理及各部件的协调控制。为满足系统

数据交换量大，实时性、可靠性要求高的特点，整个分布式控制系统之间采用CAN总线进行通讯。整车控制器主要由控制器主芯片，Flash存储器和RAM存储器及相关电路组成，控制器主芯片的输出与Flash存储器和RAM存储器的输入相连。 组成 控制器硬件包括微处理器、CAN通信模块、BDM调试模块、串口通信模块、电源及保护电路模块等。微处理器选用了Motorola公司专门为汽车电子开发的MCgS12，它具有运算速度快和内部资源与接口丰富的特点，适合实现整车复杂的控制策略和算法。CAN通信模块符合CAN2.0B技术规范，采用了光电隔离、电源隔离等多项抗干扰设计;BDM调试模块用于实时对控制程序进行调试、修改;串口通信模块用于对控制系统的诊断和标定; 电源模块进行了二级滤波的冗余设计，保证控制器在车载12V系统供电情况下正常工作，并具短路保护功能。 CAN，全称为“Controller Area Network”，即控制器局域网，是一种国际标准的，高性价的现场总线，在自动控制领域具有重要作用。CAN是一种多主方式的串行通讯总线，具有较高的实时性能，因此，广泛应用于汽车工业、航空工业、工业控制、安全防护等领域。

集中控制器系统性能详细描述

集中控制器系统性能详细描述 1.控制系统概况 控制芯片：NEC JAPAN μ PD78F0034 μ PD78C18GQ-A57-36 μ PD75402ACT-242 集中控制技术——智能化微电脑控制：上述两个要素的控制，加之室内风机电机控制部分等（风量及气流分布控制）结合在一起，构成了空调机的最佳控制系统。该系统在室内、室外机组中分别装着以微机为中心控制电路。其间连接着两根无极性通讯信号线，以串联信号方式交换信息，保证空调机的整体运行控制。系统可根据室外机气温传感器、排气温度传感器、电流传感器等传感器群的信号，控制压缩机运转输出能力、室内外风机转速和电子膨胀阀的开启度，同时实时地对各种安全回路和保护回路进行监视。 针对制冷系统具有滞后大、非线性的特点，不能很好地控制。SMV采用模糊逻辑PID控制技术，可以模仿人的思维方法，运用不确定不精确的模糊信息来决策实现成功的控制。对系统变频式压缩机转速的控制和电子膨胀阀开度的控制都采用Fuzzy-PID复合控制，当误差较大时采用模糊控制，而误差较小时采用PID 控制，从而既保证动态响应效果，又能改善稳态控制精度，使模糊控制器和PID 调节器共同合成控制作用。从而使环境控制温度精度达到±0.5℃，又比其他普通空调达到更快的制冷制热效果和更小的耗能。 2.有线遥控器说明 定时区控制区

a．一台遥控器最多可同时控制16台室内机，也可以和其他控制器同时使用。 最多可达16台室内机 基本功能：机器的开/关；温度设定（18~30℃【制冷】10~30℃【制热】）；选择运行模式（自动、制冷、除湿、制热）；风扇控制（自动、高速、中速、低速）；风向摆动；定时功能（制定空调运行时间温度）；节能运行；功能显示（包括时间、设定温度、运行模式、风速、风扇摆动、故障代码等） b．支持现场设定：可对室内机的地址和功能进行设定；指定的室内机进行自动转换运行（自动转换运行是指根据设定温度和室内温度比较，机器 自动在制热和制冷运行之间转换）。 c．内置定时器和回置定时器，可实现一周预约定时：对一周内每天的空调使用时间、温度进行设定，一天可设定2次空调开关时间。