基于HLA的作战模拟系统一体化设计与实现

第22卷第9期

系统仿真学报?V ol. 22 No. 9 2010年9月Journal of System Simulation Sep., 2010 基于HLA的作战模拟系统一体化设计与实现

张欣景，夏红梅，谢国新，赵志军，彭俊华

（海军兵种指挥学院模拟训练中心，广州 510430）

摘要：为了提高现有作战模拟系统的互操作性、可重用性与可扩展性，完善作战模拟系统的一体

化建设，首先，分析了一体化系统建设的主要任务，归纳了其主要涉及的四类十一项关键技术。其

次，重点阐述了如何利用HLA仿真技术框架来搭建海军诸兵种一体化作战模拟系统的体系结构，

并详细描述了系统间信息交换协议的设计思路,定义了一个对象类、七个交互类及路径空间。最后，

给出了系统仿真实现的流程图及其时钟推进机制，并用一个仿真实例验证了设计的可行性。

关键词：高层体系结构；作战模拟系统；一体化；信息交换协议；系统仿真

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1004-731X (2010) 09-2241-05 Design and Implementation of Integrated Tactical Simulation System Based on HLA ZHANG Xin-jing, XIA Hong-mei, XIE Guo-xin, ZHAO Zhi-jun, PENG Jun-hua

(Training Simulation Center, Navy Arms Command College, Guangzhou 510430, China)

Abstract: The research is to improve the interoperability, reusability and extensibility of the existing wargame simulation systems, and to construct an integrated wargame simulation system. Firstly, the main tasks of the research were defined and eleven key technologies in four categories were introduced. Secondly, it was described how to set up an architecture for the Navy arms wargame simulation system based on HLA (High Level Architecture) simulation framework. Also, the design ideas of the information exchange protocol of the system were elaborated, including definitions of object class, interaction class and routing space. At the end, a flow chart and advancing time mechanism were given. The feasibility of design has been verified with an instance.

Key words: high level architecture; wargame simulation system; integration; information exchange protocol; system simulation

引言

作战模拟系统是基于军事理论、仿真技术、军事运筹学及计算机等技术建立的，主要用于部队作战训练、战法分析和评估等领域的模拟系统[1]。从上个世纪八九十年代开始，海军就针对各大兵种逐步建立起了各自的作战模拟系统。但是，这些系统大多有自己的通讯标准和建模规范，各系统之间无法有效实现互连、互通、互操作。HLA（High Level Architecture）是在系统级别上建立起来的一个开放式、分布式的仿真体系结构，其主要目的就是要使得不同用途的，不同实现方式的模拟系统能够实现互操作，并提高模拟系统及其部件的可重用性[2,3]。因此，研究如何采用基于HLA开放式的仿真体系框架来进一步提高海军诸兵种模拟训练系统的互操作性、可重用性和可扩展性，是海军作战模拟系统一体化建设领域内的研究重点。

1 一体化系统建设的主要任务

海军诸兵种一体化作战模拟系统是一个复杂、庞大、典型的分布式仿真系统，其涵盖了海军现有的水面舰艇、航空

收稿日期：2010-03-03 修回日期：2010-06-10

作者简介：张欣景(1977-), 男, 湖南衡阳人, 硕士, 研究方向为系统建模与仿真、作战模拟等；夏红梅(1981-), 女, 湖北麻城人, 硕士, 研究方向为系统建模与仿真、作战模拟等；谢国新(1959-), 男, 福建莆田人, 教授, 硕导, 研究方向为系统建模与仿真、作战模拟等。兵、潜艇、陆战及岸防等五大兵种，需要实现复杂环境下多平台，多武器，多行为，多精度的实时战术对抗训练仿真。当前，

军内在建立与完善各类分布式作战模拟系统的过程中积累了许多宝贵的实践经验[4-7]，但存在的问题是，这些系统的开放性、可扩展性和可重用性方面还存在有待改进的地方。如何将现有的各兵种作战模拟系统有效地合成为一个诸兵种一体化作战模拟的分布式仿真大系统，让系统参训人员能够在多兵种协同背景下实施战术训练，是系统一体化建设的主要任务。具体而言，其任务又可以描述为要实现以下四个目标：一是要规范一体化作战模拟系统的仿真粒度，将各系统定义的各种不同粒度的仿真实体和模型统一到大系统的实际需求上来；二是要优化大系统的交互信息，确保大系统交互时信息的完备性、准确性和时效性[8]；三是要设计合理的交战效果评判指标及方式[9]，使得系统得出的结论可以正确指导参训人员有效地组织与指挥各类兵力以及合理地运用与掌握各种战术战法；四是要把握系统的兼容性、可重用性以及可扩展性，实现各子系统既能独立运行以模拟单一兵种的战术训练，又能合到一起以模拟多兵种的合同战术训练，并能为未来加入到Internet网，实现远程的分布式作战模拟训练提供有力支撑。

2 一体化系统建设的关键技术

一体化系统建设的关键技术涉及的领域非常宽泛，结合

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作战模拟应用领域的实践研究，可以将其归纳为4类11项具体技术。

2.1 分布式仿真体系框架技术

分布式仿真体系框架技术主要涉及分布式仿真系统采用什么样的体系结构，制定什么样的信息交换标准，以及为提高系统仿真真实性与时空一致性而采用的推算定位机制DR（Dead reckoning）算法和时钟同步技术等四个方面的相关具体技术。其发展主要经历了三个阶段，形成了四种典型的标准，即SIMNET（Simulator Networking），DIS（Distributed Interactive Simulations）和ALSP（Aggregate Level Simulation Protocol），HLA。20世纪80年代中期，SIMNET的提出主要是解决了分散于各地的单一仿真器（地面车辆）通过计算机网络实现互连。在此基础上提出的DIS标准主要使用协议数据单元PDU（Protocol Data Unit）简化了网络连接，提高了网络数据传送的效率。之后提出的聚集级仿真协议ALSP，解决了以军、团、营、连等部队单元级的构造仿真。但是DIS和ALSP标准在互操作性和重用性上存在明显的局限和不足，而且网络中冗余数据较多[10,11]。1996年由美国国防部正式颁布了高层体系结构标准HLA，并于2000年9月为IEEE所接受并发布了IEEE1516建模与仿真高层体系结构标准。HLA是一个开放的、支持面向对象的体系结构，其最显著的特点就是通过提供通用的、相对独立的支撑服务程序，将应用层同底层支撑环境分离，即将具体的仿真功能实现、仿真运行管理和底层通信三者分离，隐蔽各自的实现细节，从而可以使各部分相对独立地进行开发，最大程度地利用各自领域的最新技术来实现标准的功能和服务，以适应新技术的发展[2]。同时，HLA可以实现应用系统的即插即用，易于新的仿真系统的集成和管理，保证了系统的互操作和重用。HLA与DIS最大的区别在于，HLA有能力确定其联邦成员能产生什么信息，喜欢接收什么样的信息以及数据采用何种传输服务类型，可以有效减少网络中的数据流量；并且HLA只关注如何将已有的联邦成员集成为联邦（即实现成员间的互操作），而不关注联邦成员由什么构成，之间如何交互。

2.2 虚拟战场环境仿真技术

虚拟战场环境仿真技术是作战模拟系统一体化建设的另一大基础类技术，主要解决如何生成一个虚拟的战场环境，需要仿真的战场环境包含天空、陆地、海洋、太空等环境以及各类复杂的战场电磁环境等。具体涉及的仿真技术包含三个方面：一是数据库处理技术，即对数量庞大的各类数据库（空图库、海图库、陆图库、军标库、部队编制库、武器装备及其性能库等）提供统一的数据访问与管理支撑服务技术；二是坐标变换技术，即对各仿真节点所采用的不同空间位置（如海图的某个位置与该海图采用坐标系密切相关）和姿态的描述，用统一的坐标变换技术（定义统一接口函数）加以转换，从而实现对其一致的理解与应用；三是计算机生成兵力技术（Computer Generated Forces, CGF），是指在仿真战场环境中由计算机来生成与控制仿真实体，这些实体无需人的交互而自动地对仿真战场环境中的事件和状态做出反应。

2.3 仿真管理技术

管理是任何系统都不可缺少的，管理是工作效率、产品质量与系统良好运行的保证。因此，仿真管理技术是分布式一体化模拟系统的关键技术之一。具体技术主要涉及三个方面：仿真管理技术，即对系统运行过程（初始化、启动、暂停、中止）进行管理、协调和调度，对于作战模拟系统，还涉及实时数据记录（往往需要对实时数据进行压缩）与过程重演（基于帧的方式实现）等；网络管理技术，即指建立并维护各仿真主机间的网络连接，分配各场所及主机的IP地址，监控网络状态等技术；安全管理技术，主要涉及对仿真系统内部各类保密信息的保护，建立健全相应的保密机制，并检查确认保密机制的有效运作。

2.4 军事应用领域中的其它技术

军事应用领域中的其它技术主要是指复杂环境下的对各类武器、武器系统或战术编队的作战效能进行合理评估的技术，这是作战模拟系统中最难、也是最为关键的技术之一。军内在这方面做了许多有意义地尝试，但是也还存在有待改进的地方，尤其是评估模型的理论依据、精度、集成度及其实用性上值得进一步深入研究。

3 一体化系统的设计与实现

一体化系统建设需要解决的关键技术及难点主要涉及四个方面，其中，如何将HLA体系框架技术应用于一体化作战模拟系统的设计与实现，则是本文重点要阐述的内容。

3.1 一体化系统的体系结构设计

3.1.1 基于RTI的系统网络拓扑结构

一体化作战模拟系统的体系结构设计时，考虑到系统可能会有数量庞大的联邦成员加入，为均衡网络负载，系统采用了分层式MAKRTI（Run Time Infrastructure）中基于局域网的分布式独立网络代理（Singleton Forwards）拓扑模式[12]，其数据传输的原理示意图如图1如示。

图1中，ForwarderA/B/C表示LAN中三个独立的RTI 网络代理，每个RTI网络代理有三个联邦成员通过LAN与之相连，ForwarderA/B/C分别独立运行于一台计算机上，每个联邦成员也分别运行于一台计算机上。从图1中可以看出，三个RTI网络代理之间是互为主代理，而成员仅将与之相连的网络代理视为主代理。如果成员B2要发信息到A1或C1，则必须先通过ForwarderB转发至ForwarderA/C，再由ForwarderA/C转发给A1或C1。实际应用中，令每个兵种的仿真子系统启用一个Forwarder，并且限定各兵种的所

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图1 基于局域网的分布式独立网络代理拓扑图

有成员仅加入到该Forwarder中，且兵种内部的数据交互通过启用RTI的路径空间形式严格限制在本Forwarder中，兵种间的数据交互则是通过Forwarder转发，这样就可以有效地减少同一个LAN中的数据流大小。同时，这种结构也可以不作修改地作为一个整体加入到以万维网为基础的更大型HLA系统中使用，具有很好的可扩展性。采用这种网络拓扑相对于桥接方式而言，其最大的优点是：对于每一个联邦成员，可完全兼容全部RTI服务，有效规避了在桥接方式下处理时空一致性和复杂逻辑的诸多难题[13]。

3.1.2 系统的体系结构

基于上面的设计，结合一体化作战模拟系统的实际情况，可以得到系统的体系结构如图2所示。需要注意的是，整个系统体系中，只运行一个RTI中心服务器，各兵种则分别运行一个RTI网络代理。

图2 一体化作战模拟系统体系结构图

3.2 一体化系统的信息交换协议设计

3.2.1 仿真实体分析

一体化作战模拟系统涉及大量的仿真实体，能否将这些实体的信息进行合理的抽象与归纳，是信息交换协议设计的基础，其主要做法是：

(1) 将系统仿真所涉及到的多达近千个实体划分成四个基本类：运动实体类、静止实体类、暴露性器材类和非精确制导武器类。其中，运动实体一般可理解为“平台”，如飞机、舰艇、潜艇、车辆等，而非平台上所搭载的各类设备，其最大的特点是该实体可以周期性地自主改变位置等参数；静止实体可理解为“设施”，如机场、固定场站、各类工事等，其特点为实体的位置等参数不发生周期性变化；暴露性器材是指该设备有能力向外发射各类辐射信号的器材，如雷达、声纳、无线电通讯设备等；非精确制导武器是指具备面杀伤能力（即弹药具备爆炸特性）且不精确模拟实时弹道的武器弹药，杀伤的对象应为实体类中定义的各类实体，如各类炮弹、深弹、炸弹等。

(2) 运动实体的数据设计为三层结构：周期更新型数据，事件变化型数据及静态数据。与此相类似，将静止实体的数据也设计为三层结构：实体描述型数据，事件变化型数据及静态数据。在实际仿真中，因为暴露性器材总是搭载在运动或静止实体中，因此，可以将暴露性器材相关数据设计包含在动、静止实体的事件变化型数据及静态数据中。具体的实现方法及其优点在后文中加以阐述。

(3) 非精制导武器数据则作为面杀伤性武器爆炸交互定义中的参数进行使用。

3.2.2 公共参考FOM设计

公共参考FOM设计是指在某一领域内，建立一个公共的FOM模型，这个模型涵盖了该领域内仿真系统开发所需的各种对象类和交互类等方面的信息，当开发联邦成员时，可以依托公共参考FOM来设计自己所需的FOM模型[1]。在OMT中要定义一个完整的FOM模型应包括14个表格，其中对象类结构表、属性表、交互类结构表及参数表是定义系统主要交互数据的载体，另外路径空间表对于数据分发管理有着重要的作用。

(1) 实体类设计。实体类主要是描述仿真系统中需要不断更新自身属性的成员。在设计一体化作战模拟系统的实体类时，就需要精准地找出哪些实体中哪些数据是需要不断更新的属性。系统将需要仿真的实体分成了四类，运动实体、静止实体、暴露性器材和非精确制导武器。由这些实体的定义可知，静止实体、暴露性器材和非精确制导武器没有周期性实时更新的数据。因此，在FOM表的实体类设计中，只需定义运动实体类。同时，运动实体的数据又划分成了三个层次，如图3所示。

图3 运动实体属性的分层及控制示意图

为了进一步优化网络传输的数据量，并非运动实体类中的所有数据需要实时周期性地在RTI上传递，因此，只将运

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动实体的周期更新型数据定义为FOM表中实体类，而事件变化型数据，如平台自载的雷达开关机信息则由交互类来控制实现。对于运动实体的静态数据，如平台的性能参数、自载设备的性能参数则是需要时从本地数据库查询得到。这样做的好处是可以将系统间的数据交互量控制在相当理想的水平，事实上占用系统流量的数据主要是运动实体的周期更新型数据。而对于各类交互产生的事件变化型数据或者是静止实体的状态改变数据（包含实体描述型数据和事件变化型数据）则由各子系统收到交互后在本地建立或修改相应的数据表项。

在一体化作战模拟系统中，为每个兵种的运动实体的周期性变化属性统一定义了一个实体类，并且这些类中只有一个为TARGET类型的m_TargetVar属性，该属性用数组形式表示可以仿真运动实体的最大数值。TARGET类型是FOM中自定义的一个复杂类型，用于描述运动实体周期性变化的属性，TARGET类型的结构描述见表1。

另外，对于静止实体的数据也可分为三层，如图4所示。静止实体中实体描述型数据，如位置、实体类型、损伤程度等是由初始方案库或交互来产生或修改，事件变化数据以及静态数据的使用方法则与运动实体相同。需要注意的是，静止实体在FOM表中并不需要建立相应的实体类，并且静止实体生成有两种不同的方式，一是系统初始化时，各成员读取初始方案数据后建立相应的静止实体数据表项；二是在系统实时运行时，新增静止实体是由交互来产生并建立相应的静止实体数据表项。

图4 静止实体属性的分层及控制示意图

(2) 交互类设计。交互类主要是描述仿真系统中各成员之间的行为，而且发出方的该行为会对接受方产生影响。在设计一体化作战模拟系统的交互类时，除了考虑交互的双方A和B外，还需在设计时引入观察者C，这样才可以将系统内部各成员的行为更充分地展现。例如，“开火”交互，接受方也许并不需要开火交互，或者说开火交互提供的参数或数据对于接受方而言是毫无用处的。但是，引入了第三方观察者C后，“开火”交互就变得很有必要，可以让观察者C知道A产生了一个行为，这个行为叫开火，并且开火后，产生了A成员的新实体如导弹、炮弹或鱼雷等。

在对系统中各兵种间的典型交互活动进行抽象与归纳的基础上，统一定义了七个交互类，见表2。限于篇幅，交互的具体参数定义表未能详细给出。

表1 TARGET复杂类型的结构定义

变量名类型单位变量描述

STATE boolean 运动实体存在标记 true－存在、false－不存在

DESTROY_GRADE char 损伤程度 0-完好、1－轻伤、2－重伤、3－损毁

SPACE_FLAG char 运动实体空间标志1－空中、0－水面、-1－水下

ASTR char 运动实体红蓝属性1－红方、2－蓝方、3－中立方

UNITED_ID unsigled

long 实体类型编码

COURSE float 度运动实体水平面航向，正北为0，顺时针到360度

X double

度运动实体经度

Y double

度运动实体纬度

Z double

米运动实体高度（深度）

VX float

米/秒运动实体水平面速度

VZ float

米/秒对于SPACE_FLAG标志非0的实体，垂直面速度

AX float

米/秒2 运动实体水平面加速度

AZ float

米/秒2 运动实体垂直面加速度

表2 一体化作战模拟系统的交互定义

交互名交互定义说明

IUse_WD（暴露性器材使用交互）暴露性器材的辐射状态改变时发送该交互，辐射状态为1，停止辐射状态为0。各平台收到交

互后，建立或取消本地的暴露性器材表项。该交互为各类侦察器材工作提供数据支持。IShot_Cmd（精确制导武器发射交互）平台发射精确制导武器时发送该交互。

IDamage_Grade（面杀伤性武器爆炸交互）除精确制导武器外的其他武器（近程防御系统、舰炮、岸炮、航炮、航空炸弹、深水炸弹、水雷等）对战场上的目标命中爆炸时发送该交互，接受方收到交互后根据自建模型评判交战效果。

IHIT_MSG（精确制导武器爆炸交互）精确制导武器（导弹、鱼雷等）对战场上目标的命中爆炸时发送该交互，接受方收到交互后根

据自建模型评判交战效果。

IOBJ_Create（静止实体生成交互）系统运行过程中生成新静止实体时（水面舰艇布设水雷时）使用该交互，系统中对该静止实体

感兴趣的成员接收该交互，并在本地建立该静止实体表项。

IOBJ_Change（静止实体状态改变交互）静止实体的描述性属性（状态）发生改变时发送该交互。

IOBJ_Waste（运动实体损毁交互）运动实体损毁时发送该交互，收到交互方撤消该运动实体的所有已建立的暴露性器材表项。

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(3) 路径空间设计。为了实现将各子系统内部交互的数据限定在子系统内部，即实现典型的RTI数据分发管理，定义了一个系统的路径空间：ARMS_SPACE，一维空间，维名：ARMSTYPE，数据类型为short，枚举映像区间。区间分配见表3。子系统内部的所有对象类实例的注册和交互类的发送必须处于相应的路径空间，使用registerObjectInstanceWithRegion接口注册实体，使用sendInteractionWithRegion接口发送交互。

表3 一体化作战模拟系统路径空间定义表

子系统名称区间值

综合导调分系统 0

水面舰艇战术分系统 1

潜艇战术分系统 2

航空兵战术分系统 3

陆战队战术分系统 4

岸防兵战术分系统 5 3.3 一体化系统的运行流程图

一体化作战模拟系统的运行流程图如图5所示。

图5 一体化作战模拟系统的运行流程图

系统采用了HLA中保守时间推进机制，并建立了两个消息队列：一个用于保存来自RTI消息的队列，一个是Windows的消息句柄队列，用Windows消息来触发RIT的TSO（Time-Stamp Ordered）消息处理。并在联邦成员中启用Windows系统下的定时器，每隔10ms-100ms更新并处理Windows消息及RTI的TSO消息。

4 仿真实例

以上设计在.net2005平台下，使用基于MFC模式予以开发实现。系统在MAK RTI3.2平台上进行了仿真测试，全系统运行一个RTI中央服务器，并使用6个网络代理，分别担负水面舰艇、航空兵、潜艇、陆战及岸防五大兵种成员以及综合导控成员的网络代理服务。全系统最多支持120个成员，127台计算机，峰值实体数量400个左右，在1：10超实时运行状态下，主网网络流量峰值小于10Mbit/s，系统运行稳定、正确，验证了系统设计的可行性。

5 结论

海军诸兵种作战模拟系统的一体化建设是一项复杂而艰巨的任务。本文利用HLA仿真技术框架，详细阐述了海军诸兵种作战模拟系统的一体化建设的主要任务、关键技术、体系结构、设计方法及实现手段，提出了多项HLA理论在工程实践时的设计与应用方法，是HLA理论在实现异类系统间互操作、可重用领域中所做的一次非常有价值的实践尝试。对该系统的另外三类关键技术的运用、设计及实践，将在后续文章中讨论。

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模拟电子技术基础第四版(童诗白)课后答案第三章

第3章 多级放大电路 自测题 一、现有基本放大电路： A.共射电路 B.共集电路 C.共基电路 D.共源电路 E.共漏电路 根据要求选择合适电路组成两级放大电路。 (1)要求输入电阻为1kΩ至2kΩ，电压放大倍数大于3000 ，第一级应采用( A )，第二级应采用( A )。 (2)要求输入电阻大于10MΩ，电压放大倍数大于300 ，第一级应采用( D )，第二级应采用( A )。 (3)要求输入电阻为100kΩ~200kΩ，电压放大倍数数值大于100 , 第一级应采用( B )，第二级应采用( A )。 (4)要求电压放大倍数的数值大于10 ，输入电阻大于10MΩ，输出电阻小于100Ω，第一级应采用( D )，第二级应采用( B )。 (5)设信号源为内阻很大的电压源，要求将输入电流转换成输出电压，且1000o ui i U A I =>，输出电阻R o ＜100 ，第一级应采用采用( C )，第二级应( B )。 二、选择合适答案填入空内。 (1)直接耦合放大电路存在零点漂移的原因是( C 、D )。 A ．电阻阻值有误差 B ．晶体管参数的分散性 C ．晶体管参数受温度影响 D ．电源电压不稳 (2)集成放大电路采用直接耦合方式的原因是( C )。 A ．便于设计 B ．放大交流信号 C ．不易制作大容量电容 (3)选用差动放大电路的原因是( A )。 A ．克服温漂 B ．提高输入电阻 C ．稳定放大倍数 (4)差动放大电路的差模信号是两个输入端信号的( A )，共模信号是两个输入端信号的( C )。 A.差 B.和 C.平均值 (5)用恒流源取代长尾式差动放大电路中的发射极电阻，将使单端电路的( B )。 A ．差模放大倍数数值增大 B ．抑制共模信号能力增强 C ．差模输入电阻增大 (6)互补输出级采用共集形式是为了使( C )。 A.放大倍数的数值大 B.最大不失真输出电压大 C.带负载能力强 三、电路如图T3·3所示，所有晶体管均为硅管，β均为200，'200bb r =Ω，静态时 0.7BEQ U V ≈。试求： (1)静态时T l 管和T 2管的发射极电流。 (2)若静态时0O u >，则应如何调节R c2的值才能使0O u =？ 若静态0O u =V ，则R c2=？，电压放大倍数为多少？

机电一体化系统设计试题_1答案

习题一答案 1-1、什么是机电一体化？ 机电一体化技术综合应用了机械技术、微电子技术、信息处理技术、自动控制技术、检测技术、电力电子技术、接口技术及系统总体技术等群体技术，在高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上实现多种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。 1-2、什么是机电一体化的变参数设计？ 在设计方案和结构原理不变的情况下，仅改变部分结构尺寸和性能参数，使之适用范围发生变化的设计方式。例如，同一种产品不同规格型号的相同设计。 1-3、机电一体化技术与传统机电技术的区别。 传统机电技术的操作控制主要以电磁学原理的各种电器来实现，如继电器、接触器等，在设计中不考虑或很少考虑彼此间的内在联系。机械本体和电气驱动界限分明，整个装置是刚性的，不涉及软件和计算机控制。机电一体化技术以计算机为控制中心，在设计过程中强调机械部件和电器部件间的相互作用和影响，整个装置在计算机控制下具有一定的智能性。 1-4、试分析机电一体化技术的组成及相关关系。 机电一体化系统是多学科技术的综合应用，是技术密集型的系统工程。其技术组成包括：机械技术、检测技术、伺服传动技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术和系统总体技术等。现代的机电一体化产品甚至还包含了光、声、化学、生物等技术等应用。 1-5、一个典型的机电一体化系统，应包含哪些几个基本要素？ 机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。我们将这些部分归纳为：结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素；这些组成要素内部及其之间，形成通过接口耦合来实现运动传递、信息控制、能量转换等有机融合的一个完整系统。 1-6、试简述机电一体化系统的设计方法。 机电一体化系统的设计过程中，一直要坚持贯彻机电一体化技术的系统思维方法，要从系统整体的角度出发分析研究各个组成要素间的有机联系，从而确定系统各环节的设计方法，并用自动控制理论的相关手段，进行系统的静态特性和动态特性分析，实现机电一体化系统的优化设计。1-7、机电一体化系统（产品）开发的类型。

机电一体化系统设计1

绝密★启用前 2009年6月河南省高等教育自学考试助学统一命题考试 机电一体化系统设计 试卷 （课程代码 2245） 本试卷共8页，满分100分；考试时间150分钟 复查总分 总复查人（签名） 1． “机电一体化”含义是 【 】 A. 以机为主加点电 B. 机械部与电子部合并 C. 以电淘汰机 D. 机械与电子的集成技术 2. 齿轮传动的传动效率随着传动级数 【 】 A. 增加而增加 B. 增加而降低 C. 减少而降低 D. 变化而不变 3．滚珠丝杆副的基本导程减少，可以 【 】 A ．加大螺旋升角 B ．提高承载能力 C ．提高传动效率 D ．提高精度 4．光栅条纹密度是100条/mm ，光栅条纹间夹角θ=0.001弧度，莫尔条纹的 宽度 【 】 A ．100mm B ．20mm C ．10mm D ．.0.1mm 5． 直流测速发电机输出的是与转速 【 】 A ．成正比的交流电压 B ．成反比的交流电压 C ．成正比的直流电压 D ．成反比的直流电压 6．电压跟随器的输出电压 输入电压 【 】 A ．等于 B ．大于 C ．大于等于 D ．小于 一、单项选择题（本大题共10小题，每小题1.5分，共 15分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合 题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。选错、 多选或未选均无分。

7．某4级交流感应电动机，电源频率为50Hz，当转差率为0.02时，其转速为【】A．1450[r/min] B．2940 [r/min] C．735[r/min] D．1470 [r/min] 8．某步进电动机三相单三拍运行时步距角为3°，三相双三拍运行时步距角为【】A．3°B．7.5°C．6°D．1.5° 9．某步进电动机，三相，转子40个齿，欲使其步矩0.5°，应采用的通电方式为【】A．单拍制B．双拍制C．单双拍制D．细分电路 10．梯形图中的计数器，采用的助记符指令为【】 A．OR STR B．AND STR C．TMR D．UDC 二、简答题（本大题共6小题，每小题4分，共24分）11．机和电融合的设计思想是什么？ 12．机电一体化系统结构中驱动模块在系统中的作用是什么? 13．滚珠丝杆螺母副有哪些消除间隙和预紧的措施?

模拟电子课程设计课设传感器测量系统

模拟电子技术课程设计任务书 姓名：院（系）：信息系 专业：班级： 课程设计题目：传感器测量系统的设计 课程设计要求：设计一个放大器系统，当电阻值变化±1%时，放大电路能够产生±6V的输出电压。要求偏差为0时输出为0，偏差为1%时输出为6V，偏差为-1%时输出为-1V，误差不超过±2%。 设计任务总述：对设计题目进行分析，根据设计的要求先确定基准电压源：为测量电桥提供一定精度要求的7.0V基准电压，然后修改电路，进行参数计算.，测量当电阻值变化±1%时，放大电路能够产生±6V的输出电压；要求偏差为0时输出为0，偏差为1%时输出为6V，偏差为-1%时输出为-6V，误差不超过±2%；最后电路仿真实验。 工作计划及安排： 熟悉课题要求，查找相关资料；甄选资料的相关内容，初步确定设计方案；寻找参考电路,修改电路，进行参数计算.调试（仿真），如不成功，返回第2步整理数据; 撰写课程设计报告。 成绩 指导教师签字___________________ 年月日

摘要： 设计一个放大器系统，当电阻值变化±2%时，放大电路能 够产生±8V 的输出电压。要求偏差为0时输出为0，偏差为2%时输出为8V ，偏差为-2%时输出为-8V ，误差不超过±5%。 一、电路结构及原理说明： 该电路由四部分组成：基准电压源电路、测量电桥电路、放大电路、电平转移电路。 电路框图如下所示： 1．基准电压源：为测量电桥提供一定精度要求的7.5V 基准电压，采用5.6V 稳压管与同相比例运算电路结合实现。 2．测量电桥电路：当电桥的所有阻值都相同时，输出电压为零。当有一电阻发生变化时将会有电压输出。此电路可以等效为传感器测量电路，测取的温度变化量并将其转化成电压变化。 3.放大电路： 放大电路用于将测温桥输出的微小电压变化（ΔV ）放大，使其满足性能要求。放大电路采用两个同相电压跟随器（作为输入缓冲器）与两级放大器组成，其中第一级放大器为差动放大器，第二级放大器为可以方便调节的反相比例运算电路。 4.电平转移电路： 二、测量电路和参数计算 基准电压源 测量电桥 放大电路 电平转移电路

(完整版)模拟电子技术基础-知识点总结

模拟电子技术复习资料总结 第一章半导体二极管 一.半导体的基础知识 1.半导体---导电能力介于导体和绝缘体之间的物质(如硅Si、锗Ge)。 2.特性---光敏、热敏和掺杂特性。 3.本征半导体----纯净的具有单晶体结构的半导体。 4. 两种载流子 ----带有正、负电荷的可移动的空穴和电子统称为载流子。 5.杂质半导体----在本征半导体中掺入微量杂质形成的半导体。体现的是半导体的掺杂特性。 *P型半导体: 在本征半导体中掺入微量的三价元素（多子是空穴，少子是电子）。 *N型半导体: 在本征半导体中掺入微量的五价元素（多子是电子，少子是空穴）。 6. 杂质半导体的特性 *载流子的浓度---多子浓度决定于杂质浓度，少子浓度与温度有关。 *体电阻---通常把杂质半导体自身的电阻称为体电阻。 *转型---通过改变掺杂浓度，一种杂质半导体可以改型为另外一种杂质半导体。 7. PN结 * PN结的接触电位差---硅材料约为0.6~0.8V，锗材料约为0.2~0.3V。 * PN结的单向导电性---正偏导通，反偏截止。 8. PN结的伏安特性 二. 半导体二极管 *单向导电性------正向导通，反向截止。 *二极管伏安特性----同ＰＮ结。 *正向导通压降------硅管0.6~0.7V，锗管0.2~0.3V。 *死区电压------硅管0.5V，锗管0.1V。 3.分析方法------将二极管断开，分析二极管两端电位的高低: 若 V 阳 >V 阴 ( 正偏 )，二极管导通(短路); 若 V 阳

模拟电子技术基础全套教案

《模拟电子技术基础》教案 1、本课程教学目的： 本课程是电气信息类专业的主要技术基础课。其目的与任务是使学生掌握常用半导体器件和典型集成运放的特性与参数，掌握基本放大、负反馈放大、集成运放应用等低频电子线路的组成、工作原理、性能特点、基本分析方法和工程计算方法；使学生具有一定的实践技能和应用能力；培养学生分析问题和解决问题的能力，为后续课程和深入学习这方面的内容打好基础。 2、本课程教学要求： 1．掌握半导体器件的工作原理、外部特性、主要参数、等效电路、分析方法及应用原理。 2．掌握共射、共集、共基、差分、电流源、互补输出级六种基本电路的组成、工作原理、特点及分析，熟悉改进放大电路，理解多级放大电路的耦合方式及分析方法，理解场效应管放大电路的工作原理及分析方法，理解放大电路的频率特性概念及分析。 3．掌握反馈的基本概念和反馈类型的判断方法，理解负反馈对放大电路性能的影响，熟练掌握深度负反馈条件下闭环增益的近似估算，了解负反馈放大电路产生自激振荡的条件及其消除原则。 4．了解集成运算放大器的组成和典型电路，理解理想运放的概念，熟练掌握集成运放的线性和非线性应用原理及典型电路；掌握一般直流电源的组成，理解整流、滤波、稳压的工作原理，了解电路主要指标的估算。 3、使用的教材： 杨栓科编，《模拟电子技术基础》，高教出版社 主要参考书目： 康华光编，《电子技术基础》（模拟部分）第四版，高教出版社 童诗白编，《模拟电子技术基础》，高等教育出版社， 张凤言编，《电子电路基础》第二版，高教出版社， 谢嘉奎编，《电子线路》（线性部分）第四版，高教出版社，

陈大钦编，《模拟电子技术基础问答、例题、试题》，华中理工大学出版社，唐竞新编，《模拟电子技术基础解题指南》，清华大学出版社， 孙肖子编，《电子线路辅导》，西安电子科技大学出版社， 谢自美编，《电子线路设计、实验、测试》（二），华中理工大学出版社， 绪论 本章的教学目标和要求： 要求学生了解放大电路的基本知识；要求了解放大电路的分类及主要性能指标。 本章总体教学内容和学时安排：（采用多媒体教学） §1－1 电子系统与信号0.5 §1－2 放大电路的基本知识0.5 本章重点： 放大电路的基本认识；放大电路的分类及主要性能指标。 本章教学方式：课堂讲授 本章课时安排： 1 本章的具体内容： 1节 介绍本课程目的，教学参考书，本课程的特点以及在学习中应该注意的事项和学习方法； 介绍放大电路的基本认识；放大电路的分类及主要性能指标。 重点: 放大电路的分类及主要性能指标。

PLC控制花样喷泉课程设计报告

- 学院：电子与信息工程学院 专业：电气工程及其自动化 课程名称：花式喷泉的PLC控制设计 指导教师：刘芳梅 学生学号：华进049 段石磊096 付成028

1喷泉介绍 常见的几种花样喷泉 随着时代的发展，科技水平的提高，城市的喷泉设备已经十分先进，各种音乐喷泉、程控喷泉、激光喷泉已经层出不穷，变化多端。规模可大可小，射程可高可低，喷出的水，大者如珠，细者如雾，变化万千，引人入胜。喷泉，使静水变为动水，使水也有了灵魂，又辅之以各种灯光效果，使水体具有丰富多彩的形态，可以缓冲、软化城市中“凝固的建筑物”和硬质的地面，以增加城市环境的生机，有益与身心健康并能满足视觉艺术的需要。大型城市广场中的人工动态喷泉，也多来自自然的种种水态，如瀑布、水帘、溢流、溪流、壁泉等，随着科学技术的发展进步，各种喷泉真是花样翻新、层出不穷，几乎达到了人们随心所欲创造各种晶莹剔透、绚丽多姿动态水景的程度。喷泉在当今时代，已经形成了一道独特的人文景观。下面是一些我们日常生活中常见的喷泉： 音乐喷泉是音乐和喷泉的结合，音乐是喷泉的主题，喷泉是音乐内涵的表达，如图1-1 图1-1音乐喷泉 程控喷泉是按照预先编辑的程序定时变换喷水造型，如图1-2。 图1-2程控喷泉 跑动喷泉是按照时序控制喷水，构成各种跑动、跳动、波动等形态，变化多端，如图1-3 图1-3跑动喷泉

可是用单片机通过可控硅作为功率开头元件实现花样喷泉时存在下面的缺点： 1、需要较多的保护电路；2、程序的增减不灵活；3、抗干扰能力差； 4、功率因数低。 而采用PLC能有效的解决这些问题，同时PLC具有较强的自诊断功能，能迅速方便检查出故障，缩短检修时间，确保控制系统的可靠性，稳定性。 花样喷泉的动作状态 1.按下启动按钮，喷泉开始工作；按下停止按钮，喷泉停止工作； 2.喷泉的工作方式由花样选择开关和单步/连续开关决定； 3.当单步/连续开关在单步位置时，喷泉只能按照花样选择开关设定的方式，运行一个循环； 4.花样选择开关用于选择喷泉的喷水花样，考虑以下4种喷水花样： 花样选择开关在位置1时，按下启动按钮后，4号喷头喷水，延时2s后，3号喷头喷水，在延时2s后，2号喷头喷水，又延时2s后，1号喷头喷水。18s后，如果为单步工作方式，则停下来；如果为连续工作方式，则继续循环下去。 花样选择开关在位置2时，按下启动按钮后，1号喷头喷水，延时2s后，2号喷头喷水，在延时2s后，3号喷头喷水，又延时2s后，4号喷头喷水。30s后，如果为单步工作方式，则停下来；如果为连续工作方式，则继续循环下去。 花样选择开关在位置3时，按下启动按钮后，1号、3号喷头喷水，延时3s后，2号、4号喷头喷水，同时1号、3号喷头停止喷水。如此交替运行15s后，4组喷头全部喷水，30s后，如果为单步工作方式，则停下来；如果连续工作方式，则继续循环下去。 花样选择开关在位置4时，按下启动按钮后，按照1->2->3->4的顺序，依次间隔2s喷水，然后一起喷水。30s后，按照 1->2->3->4的顺序，依次间隔2s停止喷水。在经1s延时，按照4->3->2->1的顺序，依次间隔2s 喷水，然后一起喷水，30s后停止。如果为单步工作方式，则停下来；如果为连续工作方式，则继续循环下去。 2 PLC的研究现状 PLC的应用领域 目前PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类: 1、开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 2、模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都

模拟电子技术基础pdf

模拟电子技术基础模拟电子技术基础https://www.wendangku.net/doc/f07323735.html,简介1.电子技术的发展2.模拟信号和模拟电路3.电子信息系统的组成4.模拟电子技术的基础课程的特点5.如何学习本课程6.课程目的7.测试方法HCH atsin https://www.wendangku.net/doc/f07323735.html, 1，电子技术的发展，电子技术的发展，促进计算机技术的发展，使其“无处不在”，广泛用过的！广播和通信：发射机，接收机，公共地址，录音，程控交换机，电话，移动电话；网络：路由器，ATM交换机，收发器，调制解调器；行业：钢铁，石化，机械加工，数控机床；运输：飞机，火车，轮船，汽车；军事：雷达，电子导航；航空航天：卫星定位，监测医疗：伽马刀，CT，B超检查，微创手术；消费类电子产品：家用电器（空调，冰箱，电视，音响，摄像机，照相机，电子手表），电子玩具，各种警报器，安全系统HCH a https://www.wendangku.net/doc/f07323735.html,电子技术的发展在很大程度上反映了在组件开发中。1904年，1947年和1958年，从电子管到半导体管再到集成电路，集成电子管应运而生，晶体管得到了成功的开发。HCH atsin与电子管，晶体管和集成电路的比较https://www.wendangku.net/doc/f07323735.html,半导体组件的发展，贝尔实验室在1947年制造了第一个晶体管，在1958年制造了集成电路，在1969年制造了LSI，在1975年制造了第一

个集成电路四个晶体管，而1997年单个集成电路中有40亿个晶体管。一些科学家预测，集成度将提高10倍/ 6年，到2015或2020年达到饱和。学习电子技术课程应始终注意发展电子技术！hch a tsin https://www.wendangku.net/doc/f07323735.html,要记住的一些科学家！第一个晶体管的发明者（由贝尔实验室的John Bardeen，William schockley和Walter bradain发明）在1947年11月底发明了该晶体管，并于12月16日正式宣布了“晶体管”的诞生。他获得了诺贝尔物理学奖。1956年。1972年，他因超导研究而获得诺贝尔物理学奖。1958年9月12日，第一个集成电路及其发明者Ti的Jack Kilby在德州仪器公司的实验室中实现了将电子设备集成到半导体材料中的想法。42年后，他获得2000年诺贝尔物理学奖。“奠定了现代信息技术的基础”。

模拟喷泉的PLC设计 开题报告

应天职业技术学院 机电工程系 毕业设计开题报告 2012年10月

专业：电力系统自动化技术 班级供电101学生姓名李盼盼学号1064117毕业设计题目模拟喷泉的PLC设计 任务书下达时间指导教师（签字） 一、课题的来源、选题依据 通过对《PLC原理与应用》的学习，以及在学校THPLC-B型试验台上做的各种PLC应用实验，我对PLC自动控制产生了浓厚的兴趣。 本次课题是指导老师细心拟出的几个课题之一—模拟喷泉的PLC设计。 我见过很多非常漂亮的喷泉，其中有的配合灯光和音乐等效果，喷泉不仅使空气清新之外，景色更是诗情画意令人心生愉悦。而想到能用自己的所学来设计喷泉，感觉这是是非常有意义的事情。能更加深度了解与掌握PLC实际应用的同时，也能了解工程设计中原理设计、工艺设计和操作设计等步骤，从而达到学以致用的目的。 所以我选择了模拟喷泉的PLC设计这个课题来作为我的毕业论文。 二、本课题研究(及实践)意义 随着中国经济的不断发展，城市化水平不断的提高，喷泉作为高质量生活和人文景观的标致，越来越走进大众的视线之中。 近年来喷泉行业得到快速的发展，其中包含计算机技术、以及彩灯、水雾、激光、水幕电影、音乐等学科的技术应用到喷泉之中，把喷泉行业的技术水平推上了一个新的层面。 喷泉具有趣味性可供小孩戏水，观赏性给人美的享受。以设计者的理念为原型，周边环境作为依托，可以创作设计包含何种人文气息，文学内蕴的喷泉，使人们的审美水平得到升华。 PLC以其靠性高，适用性强，能耗低，维护方便，容易改造的优点。使之用来设计喷泉将会非常方便，安全而且易于变更和扩展。

三、该课题研究(及实践)的基本内容、重点和难点 基本内容： 以PLC自动控制装置为设计平台，设计一个喷泉，按下开始按钮，水柱 喷射，经过一段时间后，水柱逆时针旋转循环向外喷射。按下停止按钮，能立即停止。 重点和难点： 1．针对以上要求进行PLC程序设计，程序尽可能完整，富有人性化。要能尽量的节省水源，不能漏电，要能持久使用，喷泉方式多样化； 2．需要确定主要元器件参数值。水泵和喷头的类型，PLC的型号，选用三菱FX2N PLC系列，油浸式潜水泵，旋转喷头； 3．绘制I/O接线图和编制程序。I/O模块分为数字量输入、数字量输出、模拟量输入和模拟量输出4类。CPU分配给数字量I/O模块的地址以字节为单位，一个字节由8个数字量I/O点组成。扩展模块I/O点的字节地址由I/O的类型和模块在同一类I/O模块链中的位置来决定； ； 四、研究方法(及实践手段) 向老师请教交流，和同学合作互助，实训室THPLC-B型模拟实验，在图书馆查阅喷泉设计与PLC应用的资料，上网搜集资料。

PLC的花样喷泉控制毕业设计完整版

毕业论文基于PLC的花样喷泉控制 系别电气工程系 专业 班级 姓名 学号 2011 ～ 2012 学年第 1 学期

摘要 在游人和居民经常光顾的场所,如公园、广场、旅游景点及一些知名建筑前,经常会修剪喷泉供人们休闲欣赏。这些喷泉按一定规律变换喷水样式,如果再与五颜六色的灯光相配合,在和谐优雅的音乐中更使人心旷神怡,流连忘返。 针对传统的喷泉控制系统一旦设计好控制电路，就不能随意改变喷水花样及喷水时间等问题，本设计结合西门子S7-200可编程控制器设计能适应不同季节、不同场合的喷水要求目的的花样喷泉系统。该花样喷泉控制系统不但实现了自动转换花样喷泉的喷水样式，而且提高了系统的可靠性和安全性，具有一定的工程应用和推广价值。 关键词：PLC；花样喷泉；控制系统 目录 引言 (4)

第1章喷泉的设计要求及目的 (5) 1.1概述 (5) 1.2设计目的 (6) 1.3研究思路及方法 (6) 第2章 PLC简介 (8) 2.1 可编程序控制器简介 (8) 2.2 PLC的结构 (8) 2.3 PLC的特点 (9) 2.4 PLC的主要功能 (10) 2.5 PLC的经济性分析 (11) 2.6 PLC发展状况及趋势 (12) 第3章喷泉的设计要求 (13) 3.1 喷泉规模的设计 (13) 3.2 喷泉水柱的分布 (14) 第4章 PLC控制系统总设计 (15) 4.1 PLC控制花样喷泉运行要求 (15) 4.2喷泉的运行流程图 (15) 4.3喷泉的运行过程 (15) 4.4喷泉控制原理 (16) 4.5花样喷泉PLC控制接线图 (16) 4.6花样喷泉PLC控制输入输出点分配 (17) 4.7花样喷泉PLC控制梯形图 (17) 第5章程序调试 (25) 第6章结论 (30) 致谢 (31) 参考文献 (32)

机电一体化专业毕业设计

机电一体化专业毕业设计（论文）题目 1.数控内排屑深孔钻削机床-总体及钻削系统设计 2.游梁式抽油机机构的运动学分析 3.半自动薄壁铜管弯管机-夹紧装置及电气控制系统设计 4.珩磨头旋转式数控深孔强力珩磨机床设计 5.同步电机驱动螺杆泵地面装置设计 6.试油井下套管载荷与安全性分析 7.电火花深孔套料加工系统设计 8.半自动薄壁铜管弯管机-总体及空间弯头设计 9.钻井绞车液压盘式刹车系统设计 10.钻机自动送钻系统结构设计 11.井下套管损坏机理及围压和应力分析 12.技术套管磨损程度及剩余强度分析 13.标枪阀式防气抽油泵设计 14.磁力传动石化流程泵设计 15.高产气井完井管柱力学分析 16.J C-60D液压驱动钻井绞车设计 17.修井机井架三维特征建模及结构优化分析 18.非回转体零件深孔珩磨加工系统设计 19.整体石墨电极研磨机机身部分设计 20.钻井常见复杂情况机理分析与数据库设计 21.中大孔径内排屑深孔钻削系统设计

22.压后射流泵速排用地面泵设计 23.水平井钻头钻压加载器设计 24.环阀式防气抽油泵设计 25.齿轮箱振动信号频谱分析与故障诊断 26.数控枪钻机床-总体及钻削系统设计 27.Z J50电驱动钻机用新型齿轮传动绞车设计 28.前置型油梁式抽油机的设计 29.固定型液体驱动射流泵采油装置设计 30.液压反馈抽稠泵设计 31.海洋钻井平台钻杆自动排放及移动运系统设计 32.X J-350修井机绞车的设计计算 33.往复泵实验装置设计 34.40型液动顶驱装置设计 35.顶驱装置试验台设计 36.10型抽油机动力与减速系统设计 37.特厚壁套管及其抗挤强度分析 38.钻井岩屑清洗机设计 39.十字路口交通信号灯的PLC控制程序设计 40.离心式灌注泵设计 41.单级输油泵设计 42.工件旋转式数控深孔强力珩磨机床设计 43.数控内排屑深孔钻削机床数控工作台及冷却系统设计

模拟电子课程设计

长沙学院课程设计说明书 题目有源低通滤波器电路设计系(部)电子与通信工程系 专业(班级)XX一班 姓名XXX 学号XXXXXXXX 指导教师XXX 起止日期2011.12.19-2011.12.23

模拟电路课程设计任务书 一．设计题目 有源低通滤波器电路设计 二．技术参数和设计要求 1. 技术参数 设计一个能阻挡高频信号，输出低频信号的有源低通滤波电路； 2. 设计要求 （1）根据技术参数设计电原理图; （2）计算并选择电路元件及参数(含电源变压器)； （3）仿真调试电路；举例说明所设计的有源高通滤波器的广泛应用，简要说明电路的工作原理。 （4）撰写设计说明书。 三．设计工作量 设计时间一周，2011年下学期进行。 四．工作计划 星期一：布置设计任务，查阅资料； 星期二~星期三：设计方案论证，进行电路设计，计算并选择电路元件及参数； 星期四：仿真调试电路 星期五：撰写设计报告书，进行个别答辩。 五．参考资料

1．彭介华，《电子技术课程设计指导》，北京：高等教育出版社，1997； 2．高吉祥，《电子技术基础实验与课程设计》，北京：电子工业出版社，2005； 3．童诗白，《模拟电子技术基础》，北京：高等教育出版社，1988； 4．康华光，《电子技术基础——模拟部分》，北京：高等教育出版社，2006 5．本课程教材 六．指导教师 XXXXXXXXXXXXXXXX 七．系部审批 长沙学院课程设计鉴定表

目录 引言 (5) ※一设计任务与要求 (5) 1.1 设计任务 (5) 1.2 设计要求 (6) ※二实验经过 (6) 2.1 实验原理 (6) 2.2 实验步骤 (7) 2.2.1滤波器的选择 (7) 2.2.2 一阶低通有源滤波

自动喷泉的PLC控制

第1章控制工艺分析 1.1系统描述及控制要求 在游人和居民经常光顾的场所，如公园、广场、旅游景点及一些知名建筑前，经常会修建一些喷泉供人们休闲、观赏。这些喷泉按一定的规律改变喷水式样，如果再与五颜六色的灯光相配合，在和和谐优雅的音乐中，更使人心旷神怡，流连忘返。利用PLC控制喷泉喷水方式，产生各样的样式。在系统的硬件组成以及软件的实现，通过PLC控制电磁阀开关来决定喷水的效果，供人们休闲、观赏。 自动喷泉控制的实现方法很多，本设计题目为基于可编程控制器（PLC）的喷泉控制系统，用PLC进行控制不仅能够进行多种水型切换，而且能将各种水型、灯光按预先设定的排列组合进行控制程序的设计，通过计算机运行控制程序发出控制信号，使水型、等过实现多姿多彩的变化。通过上位机（PC）与PLC之间的通讯来监控喷泉的状态与效果，进而控制电动机，以达到顺利实现工业控制的要求及目的，同时还要达到低功耗、高性价比、运行可靠等基本要求。 基于以上要求，本系统应具有以下功能 喷泉一： ①按下启动按钮X0，再按下K1按钮选择花样喷泉1模式 ② 6号喷头先喷，1s后11号喷 ③ 1s后7号喷，1s后10号喷喷 ④同时喷5s后，6、7、10、11都停 ⑤重复循环②--④步骤 喷泉二： ①按下K2选择花样喷泉2模式 ② 3号喷头先喷，2s后12号喷 ③ 2s后14号喷头喷，2s后5号喷 ④ 3、12、14、5同时喷10s ⑤重复循环②--④步骤 喷泉三： ①按下K3选择花样喷泉3模式 ② 2、8、15、9同时先喷10s ③再1s后一次间隔1s停 ④重复循环②--③步骤

喷泉四： ①按下K4选择花样喷泉4模式 ② 1、4、16、13同时喷 ③ 1分钟后同时停 ④重复循环②--③步骤 1.2 喷泉示意图 图1-1 喷泉示意图 1.3 喷泉控制的方案论证 喷泉控制系统可以由单片机、工控机和PLC等多种方式实现，通过依次对其进行可行性分析可以确定适用于本系统的最佳方案。 单片机控制系统：是把微型计算机的各部件——中央处理器、存储器、输入输出接口电路、定时器、计数器等制作在一块集成电路芯片上，构成一个完整的微型计算机。由于单片机需要附属很多的外围电路，对电路的设计水平要求很高，否则变很可能降低系统的稳定性。而且小规模的制作会增加成本，所以单片机控制系统不是最佳方案。 工控机控制系统：由于喷泉控制系统的环境相对工业控制环境要好的多，而且喷泉控制系统对连续长时间工作的能力要求不高，用工控机设计喷泉控制系统实属大材小用。而且工控机的价格较通层次的PC要高，这样就更增加了系统的成本，降低了整体的性价比。

实验一 喷泉的模拟控制

实验一喷泉的模拟控制 一、实验目的 1、熟悉STEP 7 MicroWIN编程调试软件的使用 2、通过喷泉控制系统的练习，掌握起保停电路和定时器的编程方法。 二、实验内容 1．控制要求 (1)I0.0和I0.1为喷泉工作模式1启动和停止按扭的输入端子。喷泉工作模式1的工作方法如下：灯L1-L4亮2S后息灭，然后L9-L12亮3S后息灭，如此循环下去。 (2)隔灯闪烁：L1亮0.5秒后灭，接着L2亮0.5秒后灭，接着L3亮0.5秒后灭，接着L4亮0.5秒后灭，接着L5、L9亮0.5秒后灭，接着L6、L10亮0.5秒后灭，接着L7、L11亮0.5秒后灭，接着L8、L12亮0.5秒后灭，L1亮0.5秒后灭，如此循环下去。 2．I/O分配 输入输出 起动按钮：I0.0 L1：Q0.0 L5、L9：Q0.4 停止按钮：I0.1 L2：Q0.1 L6、L10：Q0.5 L3：Q0.2 L7、L11：Q0.6 L4：Q0.3 L8、L12：Q0.7 3．按图所示的梯形图输入程序。 4．调试并运行程序。

1.PLC连线时必须关掉电源。 2.输入模块上的0.0到SB1（喷泉实验模块上）起动按钮 3.输入模块上的0.1到SB2（喷泉实验模块上）停止按钮 4.输入端：1M、2M串联后，然后从其中1端连到24V 5.输入端：1L、2L、3L串联后，然后从其中1端连到0V 6.实验模块（喷泉）COM连到电源的0V 7.实验模块（喷泉）24V连到24V 8.传输程序时电源打开，PLC开关拨到Term模式 输入输出 起动按钮：I0.0 L1：Q0.0 L5、L9：Q0.4 停止按钮：I0.1 L2：Q0.1 L6、L10：Q0.5 L3：Q0.2 L7、L11：Q0.6 L4：Q0.3 L8、L12：Q0.7

机电一体化系统设计报告资料

机电一体化系统设计课程设计 (说明书) 龙门式数控钻床机械结构设计 学院 专业 学生姓名 学号 指导教师 完成日期

《龙门式数控钻床机械结构设计分析与综合》摘要 近些年来，国内外机床工业的发展十分迅速，以数控为特征的现代化机床在生产中广泛应用。在工农业生产中，经常会碰到一些大型回转体类零件，其上需加工很多孔。用普通机床对其加工往往会遗漏，而小型数控加工中心则难以对其进行加工。本课题就是针对这一问题，设计一台龙门式数控钻床，专门适合对这一类零件进行钻削加工。它不仅大大减轻了操作者的劳动强度，而且大大提高了劳动生产率。 本次设计包括了数控钻床的主要机械结构，其中包括：主轴箱中的主传动系装配；进给系统中的工作台装配和传动系统中的丝杠螺母等设计。同时，将各项相关技术合理运用，以达到最优化设计的目的。 机械制造工业是国民经济的基础。机床工业则是机械制造工业的基础，它在国民经济中起着至关重要的作用，但我国机床工业与发达国家相比还有较大差距，我们必须奋发图强，努力工作，以便早日赶上世界先进水平。 关键词 数控钻床导轨工作台滚珠丝杠

目录 一、绪论 0 1.1国内外发展现状 0 1.2方案论证 (1) 1.3数控系统总体方案确定 (2) 二、结构设计 (2) 2.1主机部分总体方案确定 (2) 2.1.1床身 (2) 2.1.2 工作台 (2) 2.1.3主要参数 (2) 三、实体建模.................................................. 3、4 3.1 Solidworks三维建模 (4) 四、滚珠丝杠设计计算 (4) 4.1 动载强度计算 (4) 4.2滚珠丝杠轴向负荷F的计算 (5) 4.2.1摩擦力的计算 (5) 4.2.2惯性力计算 (5) 4.2.3丝杠螺母长度估算 (5) 4.2.4确定最大动载荷 (5) 4.3确定滚珠丝杠型号 (6) 4.4滚珠丝杠副的几何参数 (6) 4.5传动效率计算 (6) 五、机械部分设计计算 (7) 5.1 轴承的选择与校核 (7) 5.2等效力矩计算 (8) 5.3 电机的选择 (8) 5.3.1步进电机的选择 (8) 5.3.2直线电机的选择 (8) 设计小结 (9) 致谢 (9) 参考文献 (10) 1 / 14

2018年TI杯模拟电子系统设计邀请赛题A—数字多用表

全国大学生电子设计竞赛 2018年TI杯模拟电子系统设计邀请赛 数字多用表（A题） 1．任务 设计并制作一台具有直流电压、交流电压和电阻测量功能的数字多用表。其中，A/D 转换器要求使用ADS112C04芯片。 2．要求 ⑴直流电压测量（只要求测量正极性电压）（23分） ①量程（有效值）：0.2V、2V； ②最大显示数19999；精度：±0.05%读数±2个字； ③测量速度≥2次/s；输入阻抗≥10MΩ。 ⑵交流真有效值电压测量。被测信号为正弦波或非正弦波信号，直流偏移电压为0V，频率范围：10~100Hz。（32分） ①量程：0.2V、2V； ②最大显示数1999；精度：±0.8%读数±2个字； ③测量速度≥2次/s；输入阻抗≥10MΩ； ⑶电阻测量（23分） ①电阻量程：2Ω、200kΩ； ②测量速度≥2次/s； ③最大读数1999；精度：±0.5%读数±2个字。 ⑷具有待机模式的低功耗性能。（12分）

① 待机模式的低功耗性能：在测量过程中，若1分钟内无键按下，仪器能自动转入待机状态；再按任意键，仪器能返回工作状态。 ② 待机工作状态时的功耗≤2.5mW 。 ⑸ 其他。 （10分） ⑹ 设计报告 （10分） 项 目 主要内容 满分 方案论证 比较与选择，方案描述 2 理论分析与计算 系统相关参数设计 4 电路与程序设计 系统组成，原理框图与各部分的电路图， 系统软件与流程图 2 测试方案与测试结果 测试结果完整性，测试结果分析 2 总分 10 3．说明 ⑴ 作品可采用现场提供的直流稳压电源供电。 ⑵ 真有效值又称全波有效值，其值为被测信号的均方根值。当采用数字取样方法时，先对被测信号在一个周期内进行等间隔采样，再计算出所有采集数据的均方根值，其计算公式为： 式中，n 为在一个交流电压周期T 内的取样点数。

1、基于PLC的喷泉模拟控制系统设计

电气综合应用课程设计 题目:基于PLC的喷泉模拟控制系统设计 二级学院 ********************* 专业 ****************** 班级 ********* 学生姓名学号 学生姓名学号 学生姓名学号 指导教师 时间： 考核项目设计60分平时成绩20分答辩20分 得分 总分考核等级教师签名

目录 1、课程目的 (4) 2、设计要求与任务 (4) 2.1、设计要求 (4) 2.2、设计任务 (4) 2.3、设计的花样控制功能 (5) 2.4、主要内容 (6) 3、系统硬件设计 (6) 3.1、PLC介绍 (6) 3.2、PLC选型 (6) 4 、系统软件设计 (7) 4.1、系统设计步骤 (7) 4.2、系统设计思路 (7) 4.3 、PLC的存储器容量和I\O点估算 (8) 4.4、系统I/O口接图 (8) 4.5、控制程序流程图设计 (9) 5、系统调试及结果分析 (9) 6、总结 (10) 7、参考文献 (11) 附件 (12) 梯形图主程序 (12)

中文摘要：喷泉是近年来出现的一种园林建筑与花式观赏相结合的一种产物。随着可编程控制器在我国的迅速发展，对喷泉的控制要求也越来越高，使得越来越多的控制部分需要可编程控制器来实现。 使用PLC控制喷泉，具有使用方便，运行可靠，控制程序设计简单等优点。用梯形图方法编程，可以使设计思路清晰，编程简便.若需要改变喷水花样和喷水时间，设计方案不必作很大调整，只要把控制程序作相应的修改，即可实现控制目的。本设计以3路喷泉为研究对象，采用了三菱FX2N系列可编程序控制器作为喷泉的控制器。对花式喷水池的控制系统的总体功能进行了分析，阐述了可编程控制器的组成和工作原理。并提出了喷水池硬件的各组成模块及详细的硬件模块设计方案。本设计改善了喷泉系统的控制品质，并达到了实时控制的要求。关键字：喷泉、PLC、梯形图编程

机电一体化系统设计基础复习1答案

一、判断题（正确的打√，错误的打×） 1．机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质按照要求进行处理，输出具有所需特性的物质。（x）P4 2. 系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基础，是机电一体化技术的方法论。（√）P10 3．信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中，与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析等技术。（√）P11 4．自动控制是在人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定的规律运行。（x）P11 5．产品的组成零部件和装配精度高，系统的精度一定就高。（x） 6．为减少机械传动部件的扭矩反馈对电机动态性能的影响，机械传动系统的基本固有频率应低于电气驱动部件的固有频率的2~3倍，同时，传动系统的固有频率应接近控制系统的工作频率，以免系统产生振荡而失去稳定性。（x）P21 7．传动机构的转动惯量取决于机构中各部件的质量和转速。（x）P21 8．在闭环系统中，因齿轮副的啮合间隙而造成的传动死区能使系统以6~10倍的间隙角产生低频振荡，采用消隙装置，以提高传动精度和系统稳定性。（x）P44 9．进行机械系统结构设计时，由于阻尼对系统的精度和快速响应性均产生不利的影响，因此机械系统的阻尼比ξ取值越小越好。（x）P27 10．滚珠丝杠垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。（√）P33 11．采用偏心轴套调整法对齿轮传动的侧隙进行调整，结构简单，且可以自动补偿侧隙。（x）P47 12．采用虚拟样机代替物理样机对产品进行创新设计测试和评估，延长了产品开发周期，增加了产品开发成本，但是可以改进产品设计质量，提高面向客户与市场需求能力。（x）P65 1．机电一体化系统是以微电子技术为主体、以机械部分为核心，强调各种技术的协同和集成的综合性技术。（x）P7 2．机电一体化系统的机械系统与一般的机械系统相比，应具有高精度、良好的稳定性、快速响应性的特性。（√）P20 3．双螺母消除轴向间隙的结构形式结构紧凑，工作可靠，调整方便，能够精确调整。（x）P35 4.传感器的转换元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分。（x）P72 5．感应同步器是一种应用电磁感应原理制造的高精度检测元件，有直线和圆盘式两种，分别用作检测直线位移和转角。（√） 6．选择传感器时，如果测量的目的是进行定性分析，则选用绝对量值精度高的传

基于PLC的喷泉控制.

基 于 P L C 的 喷 泉 控 制 学号： 姓名： 日期：

目录 第1章绪论 (1) 1、1选题的背景与意义 (1) 第2章系统总体设计 (2) 2.1方案的选择 (2) 2.1.1 喷泉控制装置 (2) 2.1.2 喷泉控制要求 (2) 2.2系统总体设计 (3) 第3章硬件设计 (4) 3.1 硬件选型 (4) 3.1.1 PLC的选择 (4) 3.1.2 喷头的选择 (4) 3.1.3 水泵的选择 (5) 3.1.4喷泉灯和按钮的选择 (5) 3.1.5 变频器的选择 (6) 3.2 PLC 输入输出( I /O) 设计 (6) 3.3系统的硬件接线图 (7) 第4章软件设计 (8) 4.1 系统流程 (8) 4.1.1 程序流程图 (8) 4.1.2 顺序功能图 (8) 4.2 梯形图 (9) 4.3 指令表 (11) 4.4程序分析 (11) 第五章仿真结果 (12) 5.1 系统仿真 (12) 结论 (14) 参考文献 (15)

第1章绪论 1、1选题的背景与意义 国内在20世纪80年代以前，喷泉只是建筑给排水和园林造景专业的一个技术细节，从设计到产品制作、工程安装都没有形成规模。改革开放以来，随着国民经济的发展，人民生活水平的提高，一些城市的城建、园林主管部门在城市建设、改造过程中对喷泉美化和文化氛围营造上提出了要求，结合当时先进的单片机、通过电磁阀和直流电机调速实行变量控制，设计出了一批喷泉水景。近年来，喷泉走出公园、园林的围墙和广场的中心，深入延伸到人们的各个社会活动场所。专业技术人员把计算机技术、信息技术，以及声、光、电、雾、火、激光、音乐、水幕电影等学科的技术应用到喷泉之中，这些喷泉按照一定的规律改变喷泉式样，辅以五颜六色的灯光和优美的音乐，使人心旷神怡，流连忘返。随着可编程控制器在我国的迅速发展，人们对花式喷泉控制的要求也越来越高，使得越来越多的控制部分需用可编程控制器来实现。 人们对喷泉的造景功能、娱乐功能，认识逐步提高，开拓了喷泉的应用范围。适宜于节日、大型集会的广场喷泉和城市主题调速喷泉，造型简洁、明快、庄重、大方。在商业广场、购物中心以及一些景点的大型激光彩色音乐喷泉，欢快、跳跃，富有诗意，有些喷泉配以水幕电影，给人们带来变幻奇妙的视听效果。近年来，随着房地产市场的逐渐升温，一些住宅小区在景观设计中，融人了喷泉，使其与小区园林景观遥相呼应。商场、酒楼内的喷泉小巧、别致，可以调节室内气温。 这些年，随着计算机技术的广泛应用，喷泉方案的制作技术有了极大的发展，方案设计从最初的手工制图发展到photoshop图片，再到三维动画制作的动态喷水方案。喷泉专用产品、设备不断地更新换代，新材料、新技术的采用，都为喷泉的良性发展提供了技术支持。大多数喷泉除了具有美化环境的功能之外，还具有良好的生态效应、社会效应和广告效应。