电赛2015控制类竞赛试题分析

Q1 Q2
自衡标志---能否对破坏工况的扰动施加反作用。
大部分实际 系统都是开
结论
环稳定
帆板控制系统有自衡。
电动车跷跷板无自衡
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自动控制算法---最简单的形式---位式控制
下限
上限
用高精度角度传感器测量偏 离角度，转换为线性电压输出值； 题目要求摆动幅度在正负4°内，对应输出电压为2. 45 ~2. 55伏； 分压电路和电压比 较器产生单片机检测信号，根据信号控制小车。
t
yn yn yn1
Td 1 T x ( x x ) ( x 2 x x n n n 1 n n 1 n2) P Ti T
增量式PID算式
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自动控制系统参数选择
y(t) y1 TS y3
I/O选择
输出 转换 开关
模拟输出 4~20mA 模拟输出 1~5V
键盘显示
通信接口
故障报警
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顺序控制电路图（简化）
+5V P3.0 P1.0 P1.1 P1.2 +12V J0 +5V +12V J1
开 关 量 输 入
P3.1 P3.2
开 关 量 输 出
V
合并
，
R1 R2 4R3 40K
R3 24V VB 24V R2 R2 R 2 VB R2 VB VB VB R3 R 2 R3 R 2 R3 R 2 R3 R 2 R3 R 2
VB 分为2项

RV 24VR2 1 3 B (VB 4 24V ) R3 R 2 R3 R 2 5
LED灯2 40 定位点 40 40 20
M
LED灯1 S’ SK
40 40 A
C
B
SK
S
摘自《基于AT89S52单片机的模拟路灯控制系统》
图2 路灯布置示意图（单位：cm）
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顺序控制时序表
1 I I I O O
I
2 S-OFF S’-OFF B-ON LED1-OFF LED2-ON
角度检测信号 转轴
1.程序控制系统
2.定值控制系统
调节装置 转速控制 风 力
控制形式
帆 板

键盘 数字显示 风扇 D
定值控制
帆板控制系统
简易风洞及控制系统
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电子线路类典型题目
2014 TI D
2013 L
带啸叫检测与抑制的音频功率放大器
直流稳压电源及漏电保护装置
SK复位
N N
SK= 1 ?
Y N
S=ON?
N Y
S’=ON?
Y
B=ON?
Y
LED1-ON
LED2-ON
B=ON?
YΒιβλιοθήκη Baidu
N
S’=ON?
Y
LED1-ON LED1-OFF
LED2-OFF LED1-ON
S=ON?
Y
LED2-OFF
LED1-OFF
+1
−1
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实践教学课题（课程设计或毕业设计题目）
4
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SLPC型可编程序控制器的电路
代表机种：YS-80系列的SLPC (Single Loop Programmable Controller)
手动操作 5路 AI
程序数据存储器
编程接口
模拟输入 MUX
A/D转换 CPU
D/A 转换
8路 DI 开关输入 8路 DO 开关输出
−
IC1
−
IC3
1~5V
+
输入电路 R
R0
+
RD
−
IC4
+ +
S1 RF
R0
1/α VB=10V S3 升 RH PRH 硬手动操作电路 硬 手 动 输出电路
负 载
软手动操作电路
DDZ—Ⅲ型调节器
+24V 软手动扳 降
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分析计算---条件： R3 R4 10K
R2 VB
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定值控制：帆板控制系统、电动车跷跷板
阀门1
μ1
Q1
自动控制系统的对象特性分析
自衡特性---扰动作用破坏工况后，在无人员或 调节器干预下能够自动恢复平衡。
analyze
阀门2 Q 2
h
1 Q1 h Q2 (h压力造成）
S-ON1 S’-OFF B-OFF LED1-ON LED2-OFF
=0
=0
=0
=1
=1
=1
SR
SS
BR
BS
S’ R S’ S
S ’ S S’ R
BS
BR
SS
SR
初始条件
SK-复位状态
任意位移方向检测
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SK = 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0
V
开路
V f VO 3 VB R 4 R1
R1 VB VO 3
R1 R1 V f (VB VO 3 ) 1 R 4 R1 R4 R1
1 4 (VB VO 3 ) V f 5 5
R3 − R4 IC4 + VO3 R2 VB If R5 VT1 IB VT2 IO Rf Vf
+5V +5V +12V P1.0
AT89C2051
P3.3 P3.4 P3.5 P3.7
P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
P1.1
+5V J2
+12V J3
P1.2
P1.3
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简易顺序控制电路板
ZEN Programmable Relay
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控制类竞赛试题分析
（高职高专）
西安航空学院
2015-04-19
刘雨棣
LOGO
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主要内容
1. 程序控制类题目的内容拓展 2. 算法的适当选择与实际应用
LOGO
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高职高专组电子设计竞赛试题归纳：
双限比较器（窗口比较器）
2015年大学生电子设计竞赛研讨会 · 南昌 执行机构的驱动
V+ Vin+
M
Vin-
PIC16F877+L298电机驱动电路 RC1输入PWM信号控制电机速度； RC6、 RC7控制电机的正反转。
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自动控制算法---PID调节的应用
2013 K
2009 G 低频功率放大器 任务：设计并制作一个低频功率放大器，要求末级功 放管采用分立的大功率MOS晶体管。
2011 H 波形采集、存储与回放系统
简易照明线路探测仪
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自动控制类典型题目分析
程序控制：模拟路灯控制系统(I题)
基本要求 ---（3）支路控制器应能根据交通情况自动调节亮灯状态： 当可移动物体M（在物体前端标出定位点，由定位点确定物体位置） 由左至右到达S点时（见图2），灯1亮；当物体M到达B点时，灯1灭， 灯2亮；若物体M由右至左移动时，则亮灯次序与上相反。 说明 --- 5. 基本要求（3）需测定可移动物体M上定位点与过“亮灯 状态变换点”（S、B、S’等点）垂线间的距离，要求该距离≤2cm。
帆板题
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两位式，但误差区域过窄
跷跷板题
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自动控制算法分析
1 1 dx(t ) y(t ) x(t ) x(t )dt Td P Ti dt
VO
PID合成曲线 积分部分 微分部分
SK = 0
3 S-OFF S’-ON B-OFF LED1-OFF LED2-OFF
4 S-OFF S’-ON B-OFF LED1-OFF LED2-ON
5 S-OFF S’-OFF B-ON LED1-ON LED2-OFF
SK = 1
6 S-ON S’-OFF B-OFF LED1-OFF LED2-OFF
模拟路灯控制系统(I题)实测重点问题----恒流源电路
指示电路
标定 S5 测量
测量指示
− +
IC5
标定 S4 测量
给定指示
−
IC6
恒流源电路
+
内给定电路 内给 1~5V 定 3V
VB=10V
外给定 4 ~ 20 mA 1输入
250Ω
R R R R S6 R CD
PID运算电路
+24V CM
−
IC2
CI S1 RI
PID调节器的离散化表示法：
1 1 y n xn P Ti
偏差
比例部分
xn xn1 xi T Td T i 0
n
xn 1
xn 2
xn
t
位置式PID算式
xi 1
xi 2
xi
偏差信号x (t)的采样序列 （采样间隔足够小，可认为连续）
T T T T
e
= 0?
Y
N
N
e
= 0?
Y
e
= 0?
Y
N
y+1
y- 1
y+1
y- 1
现场应用实例---PI
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开始
N
e
≥ 0?
Y
yp=k*e
yi - 1
yi+1
yp =k*e
延时（Ti）
延时（Ti）
y=yp+yi
y=yp+yi
N
e
= 0?
Y
e
= 0?
Y
N
y+1
y- 1
现场应用实例---PI改进
P（%） Ps 1.2 Ps 0.8 Ps
Ti
Td
0.85 Ts 0.3 Ts 0.1 Ts
比例承担主要的控制，积分消除余差，微分解决反应迟缓。
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开始
开始
N
e
≥ 0?
Y
给定大于反馈
N
e
≥ 0?
Y
y=k*e
y=k*e
y- 1
y+1
y- 1
y+1
N
e
= 0?
Y
' IO
24V
实用恒流源 电路分析
R1
RL
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1 1 4 (VB 4 24V ) (VB VO 3 ) V f 5 5 5
另有
' V f 24V I O Rf
虚短
因为 V+≈V－
有
1 V 24 V VO 3 解出 f 4
两式联立 取
SK = 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0
0 0 0 1 1 1 1 0
SK = 0 SK = 1 SK =1 SK =0
SR
SS
SR
SS
BR
BS
BR
BS
S′R S′S
S′R S′S
跳变检测
初始条件
SK-复位状态
任意位置方向检测
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顺序控制流程图
1 ' IO R f VO 3 4
Rf ？
' IO
VO 3 4R f
IO
VO 3 4R f
VO3 1 ~ 5V
IO ？
实际考虑
R1 4(R3 R f )
R1
R3 −
R4 IC4 +
If R5
Rf Vf VT1 IB VT2
' IO
24V
实用恒流源 电路分析
VO3
IO RL
题目要求--基本要求 ---（3）支路控制器应能根据交通情况自动调节亮灯状态： 当可移动物体M（在物体前端标出定位点，由定位点确定物体位置） 由左至右到达S点时（见图2），灯1亮；当物体M到达B点时，灯1灭， 灯2亮；若物体M由右至左移动时，则亮灯次序与上相反。 说明 --- 5. 基本要求（3）需测定可移动物体M上定位点与过“亮灯 状态变换点”（S、B、S’等点）垂线间的距离，要求该距离≤2cm。
电源类
信号源类 控制类 仪器仪表类 数据采集类 放大器类
无线电类
自动控制
电子线路
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自动控制类典型题目
2007 J
LED灯1 LED灯2
输入、显示装 置
单元控制器1
单元控制器2
支路控制器
模拟路灯控制系统
程序控制
2009 I
定值控制 电动车跷跷板 2011 F
1. 潜质可以无限挖掘。
1. 运动物体前方不得有黑暗区； 2. 点亮的灯光不许超出1盏。
负面清单（Negative List）
2. 精品需要不断完善。
1. 运动物体前方不得有黑暗区； 2. 点亮的灯光不许超出1盏。
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顺序控制总结
1 2 3
列出输入/输出(I/O)端口 设计基本顺序控制时序表 特殊状态处理（正序倒序） 画出程序流程图
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MATLAB参数选择验证
E ( s ) 1 Ki G ( s ) K ( 1 T s ) K K s p d p d U ( s ) T s s i
衰减曲线法 条件：假定要求衰减率 （衰减比1/4），
积分时间调至最大，微分时间调至最小， 调节器改为比例作用。 操作：放在某一比例度，适当改变给定值，
yD o t1
y∞ t3 t
观察衰减比至1/4（达不到时，再适当
改变比例度）。记下比例度Ps及振荡周期Ts， 然后查表求得整定参数
调节规律 P PI PID