风力摆控制系统-电子设计竞赛项目设计报告

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风力摆控制系统-电子设计竞赛项目设计报告 本文关键词：风力，控制系统，竞赛，电子设计，报告

风力摆控制系统-电子设计竞赛项目设计报告 本文简介：中北大学大学生电子设计竞赛项目总结技术报告2017年6月22日一、项目参加人员、负责内容以及技术特长：主要人员负责内容技术特长孔令钊算法编写，主体程序构建与操作优化程序设计，思路活跃，有新想法廖杰硬件搭建与电路设计动手能力极强，善于用最少的东西达到最好的效果卢翔宇模块程序编写，设计报告编纂程序设计，

风力摆控制系统-电子设计竞赛项目设计报告 本文内容：

中北大学大学生电子设计竞赛

项目总结技术报告

2017年

6

月

22

日

一、项目参加人员、负责内容以及技术特长：

主要人员

负责内容

技术特长

孔令钊

算法编写，主体程序构建与操作优化

程序设计，思路活跃，有新想法

廖杰

硬件搭建与电路设计

动手能力极强，善于用最少的东西达到最好的效果

卢翔宇

模块程序编写，设计报告编纂

程序设计，接收能力强，对新器件的编写、熟悉、配置速度快

二、摘要

风力的利用与控制目前是国际上一个正在蓬勃发展的技术，国外在风力控制上已经出现较为成熟的技术，而国内还处于起步阶段。

风力控制考验的因素较为复杂，能达到比较准确的控制甚至是自动调整式的控制，是一个难点，对于控制的算法要求较高。

2015年电子设计大赛控制类题目即为风力摆控制系统，需要完成较高精度的控制，这也反映了控制类的大趋势从逻辑逐步转向算法，从简单的一维平面控制，转向复杂的空间中的控制。

基于2015

年电子设计大赛的题目，我们也尝试了风力摆的控制，并完成本项目。

关键词：风力摆，STM32，六周传感器，PID算法

Summary

The

use

and

control

of

wind

power

is

currently

a

vigorous

development

of

the

international

technology,foreign

wind

control

has

been

more

mature

technology,and

the

domestic

is

still

in

its

infancy.

Wind

control

test

factors

are

more

complex,to

achieve

more

accurate

control

or

even

automatic

adjustment

of

the

control,is

a

difficult

point

for

the

control

of

the

algorithm

requires

a

higher.

2015

electronic

design

contest

control

category

is

the

wind

swing

control

system,the

need

to

complete

the

high

precision

control,which

also

reflects

the

control

of

the

general

trend

from

the

logic

to

the

algorithm,from

simple

one-dimensional

plane

control,to

complex

space

In

the

control.

Based

on

the

topic

of

the

2015

Electronic

Design

Contest,we

also

tried

the

wind

swing

control

and

completed

the

project.

Keywords:

wind

swing,STM32,six

weeks

sensor,PID

algorithm

三、设计报告正文

1、总体方案设计

任务

一长约

60cm~70cm

的细管上端用万向节固定在支架上，下方悬挂一组（2~4

只）直流风机，构成一风力摆。风力摆上安装一向下的激光笔，静止时，激光笔的下端距地面不超过

20cm设计一测控系统，控制驱动各风机使风力摆按照一定规律运动，激光笔在地面画出要求的轨迹。

1.

基本要求

（1）

从静止开始，15s

内控制风力摆做类似自由摆运动，使激光笔稳定地

在地面画出一条长度不短于

50cm

的直线段，其线性度偏差不大于±

2.5cm，并且具有较好的重复性；

（2）

从静止开始，15s

内完成幅度可控的摆动，画出长度在

30~60cm

间可设置，长度偏差不大于±2.5cm

的直线段，并且具有较好的重复性；

（3）

可设定摆动方向，风力摆从静止开始，15s

内按照设置的方向（角度）

摆动，画出不短于

20cm

的直线段；

（4）

将风力摆拉起一定角度（30°~45°）放开，5s

内使风力摆制动达到静止状态。

2．发挥部分

（1）

以风力摆静止时激光笔的光点为圆心，驱动风力摆用激光笔在地面画

圆，30s

内需重复

3

次；圆半径可在

15~35cm

范围内设置，激光笔画出

的轨迹应落在指定半径±2.5cm

的圆环内；

（2）

在发挥部分（1）后继续作圆周运动，在距离风力摆

1~2m

距离内用一台

50~60W

台扇在水平方向吹向风力摆，台扇吹

5s

后停止，风力摆能

够在

5s

内恢复发挥部分（1）规定的圆周运动，激光笔画出符合要求的

轨迹。

通过MPU6050六轴传感器采集角度数据，融合PID算法，动态输出PWM波控制直流风机的转动，达到较为精确的控制，利用模拟正弦曲线与李萨如图线的合成完成题目要求。

①首先搭建风力摆构架选择题目中要求的万向节达到灵活的转动。应用碳素管达到减轻整体装置重量的效果，更加灵活。

②电机选择

在直流无刷电机与空心杯之间进行选择，直流电机推重比较大但质量大，故使用轻便小巧且推重比较大的空心杯电机（直流电机）达到比较好的制动效果。

③主控选择

我们采用stm32f103芯片作为主控芯片，因为其处理速度很快，内存容量大，有许多高速定时器，适合类似于风力摆之类的高采样率，计算复杂，需要短时间内完成精确控制的项目，可以很好的完成任务。

④传感器选择

使用MPU6050模块，自身集成有数据处理模块，大大减轻主控单片机负担，相对于角度传感器，可以反馈的角度值更有利于空间中位置的测定，支持I2C高速传输，采集数据更加快，有利于精确控制。

⑤采用L298N集成模块，实现对风机转速与翻转的直接控制。

⑥算法选择

PID算法与模糊算法之间选择，模糊算法可以把误差控制在一定范围之内，但会出现抖动，不够稳定，所以使用PID算法，可以实现对期望目标值的动态追踪，相对于模糊算法更加精确、稳定、速度更快

。

在受干扰后可以迅速恢复原状态。

⑦通过对采样周期的计算调整，模拟出准确的正弦曲线，产生动态期望值。

⑧物理模型

X=A1sin(ω1t+ψ1)

Y=A2sin(ω2t+ψ2)

利用相位差一定的两条正弦曲线模拟出李萨如图像，完成任意角度的直线段摆动与任意半径圆曲线的跟踪，相对于其他画圆方法（例如bresenham画法），此方法较为精确、流畅，曲线更加圆润。

⑧TFTLCD液晶显示屏对角度数据，输入参数的显示的实时显示，增强可操作性。

2、单元模块设计

①MPU6050模块

②stm32f103

③L298驱动

3、系统调试

波形图为模式四的摆动曲线

4、系统功能，指标参数

1.在5s内，画一条50至60cm的直线，左右偏差不大于2cm。

2.在5s左右，画出一条长度在30至60cm的可改变长度的定长直线且任何方向偏差不大于2.5cm。

3.在5s内，画出任意角度可调的不短于30cm的直线，直线稳定后摇摆不超过2.5cm。

4.任意方向拉起摆≥45°在6s内可以恢复静止。

5.可以在5s内画出直径30至60cm可调的圆，且不超出目标半径圆为中心的2.5cm的圆环。

6.在画圆模式下，强外力干扰下，5s内恢复画圆。

7.在模式一与模式二的画直线模式下，强外力干扰，可在4s内恢复直线。

5、设计总结

1.对于更高级PID算法的使用。

2.画出的圆不绝对圆。

四、附件

9

篇2：算法分析与设计实验报告

算法分析与设计实验报告 本文关键词：算法，实验，报告，分析，设计

算法分析与设计实验报告 本文简介：安徽工业大学专业：班级：姓名：学号：实验一：回溯法完成0-1背包问题代码如下：#include“stdafx.h“#include#include#include#includeusingnamespacestd;templateclassKnap{public:friendvoidInit();f

算法分析与设计实验报告 本文内容：

安

徽

工

业

大

学

专

业：

班

级：

姓

名：

学

号：

实验一：回溯法完成0-1背包问题

代码如下：

#include

“stdafx.h“#include

#include

#include

#include

using

namespace

std;

template

class

Knap

{

public:

friend

void

Init();

friend

void

Knapsack();

friend

void

Backtrack(int

i);

friend

float

Bound(int

i);

bool

operator

a)const

{

if(fl

void

Sort(Knapli,int

n)

{

int

i,j,k;

Knap

minl;

for(i=1;ibag=NULL;

int

cp=0,cw=0;

int

bestp=0;

}

using

namespace

jie;

void

Init()

{

int

i=0;

cout>n;

cout>c;

cout

[n];

x=new

int[n];

cout>bag[i].w;

cout>bag[i].v;

for(i=0;i=n)

//到达叶节点

{

bestp=cp;

//更新最优价值

return;

}

if(cw+bag[i].wbestp)//进入右子树

{

bag[i].flag=0;

Backtrack(i+1);

}

}

//计算当前节点处的上界

float

Bound(int

i)

{

int

cleft

=

c-cw;

//剩余容量

float

b

=

cp;

while

(i

#include

#include

void

MergeSort(intdata,int

x,int

y,inttemp)

{

int

p,q,m,i=x;

if

(y-x>1)

{

m

=

x+(y-x)/2;

p

=

x;

q

=

m;

MergeSort(data,x,m,temp);

MergeSort(data,m,y,temp);

while(p=y||(pp

if

(q>p)

{

temp

=

data[p],data[p]

=

data[q],data[q]

=temp;

p++;

}

while(q>p

}

for

(int

n=0;

n

n++)

{

print_spack(3*(row-n),1);//后面第二个参数传了一个非零参数，是因为告诉函数要直接输出3*(row-n)个空格

for

(int

m=0;

m<=n;

m++)//输出中间元素

{

printf(“%d“,t

=

Try(n,m));//递归调用获得当前第n行，第m个元素的值，输出同时赋值给t

print_spack(t);//这儿没有传第二个参数是告诉函数，需要判断t参数的位数来决定输出的空格

}

printf(“/n“);//每行结束后打印一个回车

}

}

void

main()

{

int

x

=

0;

while

(true)

{

printf(“/n递归实现杨辉三角！/n本程序不能大于20行。/n请输入杨辉三角的行数：（输入-1结束程序）“);

scanf(“%d“,//输入行数

if

(x==-1)

{

exit(0);

}

system(“cls“);

scan(x);//扫描输出

}

}

运行结果：

篇3：九年级数学下册专题三方案设计问题_代数类练习卷新版

九年级数学下册专题三方案设计问题_代数类练习卷新版 本文关键词：代数，方案设计，下册，九年级，新版

九年级数学下册专题三方案设计问题_代数类练习卷新版 本文简介：方案设计问题—代数类（时间：45分钟，满分73分）班级：___________姓名：___________得分：___________一、选择题（每题3分）1.宜宾市某化工厂，现有A种原料52千克，B种原料64千克，现用这些原料生产甲、乙两种产品共20件．已知生产1件甲种产品需要A种原料3千克，B种

九年级数学下册专题三方案设计问题_代数类练习卷新版 本文内容：

方案设计问题—代数类

（时间：45分钟，满分73分）

班级：___________姓名：___________得分：___________

一、选择题（每题3分）

1.

宜宾市某化工厂，现有A种原料52千克，B种原料64千克，现用这些原料生产甲、乙两种产品共20件．已知生产1件甲种产品需要A种原料3千克，B种原料2千克；生产1件乙种产品需要A种原料2千克，B种原料4千克，则生产方案的种数为（

）

A．4

B．5

C．6

D．7

【答案】B．

【解析】

试题分析：设生产甲产品x件，则乙产品（20﹣x）件，根据题意得：，解得：8≤x≤12，∵x为整数，∴x=8，9，10，11，12，∴有5种生产方案：

方案1，A产品8件，B产品12件；

方案2，A产品9件，B产品11件；

方案3，A产品10件，B产品10件；

方案4，A产品11件，B产品9件；

方案5，A产品12件，B产品8件；

故选B．

二、解答题（每题10分）

2.某商店购进甲乙两种商品，甲的进货单价比乙的进货单价高20元，已知20个甲商品的进货总价与25个乙商品的进货总价相同．

（1）求甲、乙每个商品的进货单价；

（2）若甲、乙两种商品共进货100件，要求两种商品的进货总价不高于9000元，同时甲商品按进价提高10%后的价格销售，乙商品按进价提高25%后的价格销售，两种商品全部售完后的销售总额不低于10480元，问有哪几种进货方案？

（3）在条件（2）下，并且不再考虑其他因素，若甲乙两种商品全部售完，哪种方案利润最大？最大利润是多少？

【答案】（1）甲商品的单价是每件100元，乙每件80元；（2）有3种进货方案；（3）当甲进48件，乙进52件时，最大的利润是1520元．

【解析】

试题分析：（1）设甲每个商品的进货单价是x元，每个乙商品的进货单价是y元，根据“甲的进货单价比乙的进货单价高20元，已知20个甲商品的进货总价与25个乙商品的进货总价相同”列方程组，解方程组即可求解；（2）设甲进货x件，乙进货（100﹣x）件，根据两种商品的进货总价不高于9000元，两种商品全部售完后的销售总额不低于10480元即可列不等式组求解，即可确定方案；（3）找出销售利润与x的函数关系式，利用一次函数的性质即可求解．

试题解析：（1）设甲每个商品的进货单价是x元，每个乙商品的进货单价是y元．

根据题意得：，

解得：x=100，y=80，

答：甲商品的单价是每件100元，乙每件80元；

（2）设甲进货x件，乙进货（100﹣x）件．

根据题意得：，

解得：48≤x≤50．

又∵x是正整数，则x的正整数值是48或49或50，则有3种进货方案；

（3）销售的利润w=100×10%x+80（100﹣x）×25%，即w=2000﹣10x，

则当x取得最小值48时，w取得最大值，是2000﹣10×48=1520（元）．

此时，乙进的件数是100﹣48=52（件）．

答：当甲进48件，乙进52件时，最大的利润是1520元．

考点：二元一次方程组的应用；一次函数的应用．

3.荔枝是深圳特色水果，小明的妈妈先购买了2千克桂味和3千克糯米糍，共花费90元；后又购买了1千克桂味和2千克糯米糍，共花费55元.（每次两种荔枝的售价都不变）

(1)、求桂味和糯米糍的售价分别是每千克多少元;

(2)、如果还需购买两种荔枝共12千克，要求糯米糍的数量不少于桂味数量的两倍，请设计一种购买方案，使所需总费用最低.

【答案】(1)、桂味售价为每千克15元，糯米味售价为每千克20元；(2)、购买桂味4千克，糯米味8千克是，总费用最少.

【解析】

试题分析：(1)、首先设桂味售价为每千克x元，糯米味售价为每千克y元，根据题意列出二元一次方程组，从而求出x和y的值，得出答案；(2)、设购买桂味t千克，总费用为w元，则购买糯米味12-t千克，根据题意得出t的取值范围，然后得出w与t的函数关系式，从而得出最值.

试题解析：(1)、设桂味售价为每千克x元，糯米味售价为每千克y元，根据题意得：

解得：

答：桂味售价为每千克15元，糯米味售价为每千克20元。

(2)、设购买桂味t千克，总费用为w元，则购买糯米味12-t千克，

∴12-t≥2t

∴t≤4

W=15t+20（12-t）=-5t+240.

∵k=-5＜0

∴w随t的增大而减小

∴当t=4时，wmin=220.

答：购买桂味4千克，糯米味8千克是，总费用最少。

4.为更新果树品种，某果园计划新购进A、B两个品种的果树苗栽植培育，若计划购进这两种果树苗共45棵，其中A种苗的单价为7元/棵，购买B种苗所需费用y（元）与购买数量x（棵）之间存在如图所示的函数关系．

（1）求y与x的函数关系式；

（2）若在购买计划中，B种苗的数量不超过35棵，但不少于A种苗的数量，请设计购买方案，使总费用最低，并求出最低费用．

【答案】(1)、y=6.4x+32；(2)、137元.

【解析】

试题分析：(1)、利用得到系数法求解析式，列出方程组解答即可；(2)、根据所需费用为W=A种树苗的费用+B种树苗的费用，即可解答．

试题解析：(1)、设y与x的函数关系式为：y=kx+b，

把（20，160），（40，288）代入y=kx+b得：

解得：

∴y=6.4x+32．

(2)、∵B种苗的数量不超过35棵，但不少于A种苗的数量，∴

∴22.5≤x≤35，

设总费用为W元，则W=6.4x+32+7（45﹣x）=﹣0.6x+347，

∵k=﹣0.6，

∴y随x的增大而减小，

∴当x=35时，W总费用最低，W最低=﹣0.6×35+347=137（元）．

5.我省某苹果基地销售优质苹果，该基地对需要送货且购买量在2000kg~5000kg（含2000kg和5000kg）的客户有两种销售方案（客户只能选择其中一种方案）：

方案A：每千克5．8元，由基地免费送货．

方案B：每千克5元，客户需支付运费2000元．

（1）请分别写出按方案A，方案B购买这种苹果的应付款y（元）与购买量x（kg）之间的函数表达式；

（2）求购买量x在什么范围时，选用方案A比方案B付款少；

（3）某水果批发商计划用20000元，选用这两种方案中的一种，购买尽可能多的这种苹果，请直接写出他应选择哪种方案．

【答案】(1)、A、y=5.8x；B、y=5x+2000；(2)、；(3)、方案B.

【解析】

试题分析：(1)、根据数量关系列出函数表达式即可；(2)、先求出方案A应付款y与购买量x的函数关系为，方案B

应付款y与购买量x的函数关系为，然后分段求出哪种方案付款少即可；(3)、令y=20000，分别代入A方案和B方案的函数关系式中，求出x，比大小．

试题解析：(1)、方案A：函数表达式为．

方案B：函数表达式为

(2)、由题意，得．

解不等式，得x<2500

∴当购买量x的取值范围为时，选用方案A比方案B付款少．

(3)、他应选择方案B．

6.现代互联网技术的广泛应用，催生了快递行业的高速发展．小明计划给朋友快递一部分物品，经了解有甲、乙两家快递公司比较合适．甲公司表示：快递物品不超过1千克的，按每千克22元收费；超过1千克，超过的部分按每千克15元收费．乙公司表示：按每千克16元收费，另加包装费3元．设小明快递物品x千克．

（1）请分别写出甲、乙两家快递公司快递该物品的费用y（元）与x（千克）之间的函数关系式；

（2）小明选择哪家快递公司更省钱？

【答案】（1），；（2）当＜x＜4时，选乙快递公司省钱；当x=4或x=时，选甲、乙两家快递公司快递费一样多；当0＜x＜或x＞4时，选甲快递公司省钱．

【解析】

试题分析：（1）根据“甲公司的费用=起步价+超出重量×续重单价”可得出y甲关于x的函数关系式，根据“乙公司的费用=快件重量×单价+包装费用”即可得出y乙关于x的函数关系式；

（2）分0＜x≤1和x＞1两种情况讨论，分别令y甲＜y乙、y甲=y乙和y甲＞y乙，解关于x的方程或不等式即可得出结论．

试题解析：（1）由题意知：

当0＜x≤1时，y甲=22x；当1＜x时，y甲=22+15（x﹣1）=15x+7．y乙=16x+3；

∴，；

（2）①当0＜x≤1时，令y甲＜y乙，即22x＜16x+3，解得：0＜x＜；

令y甲=y乙，即22x=16x+3，解得：x=；

令y甲＞y乙，即22x＞16x+3，解得：＜x≤1．

②x＞1时，令y甲＜y乙，即15x+7＜16x+3，解得：x＞4；

令y甲=y乙，即15x+7=16x+3，解得：x=4；

令y甲＞y乙，即15x+7＞16x+3，解得：0＜x＜4．

综上可知：当＜x＜4时，选乙快递公司省钱；当x=4或x=时，选甲、乙两家快递公司快递费一样多；当0＜x＜或x＞4时，选甲快递公司省钱．

7.某水果积极计划装运甲、乙、丙三种水果到外地销售（每辆汽车规定满载，并且只装一种水果）．如表为装运甲、乙、丙三种水果的重量及利润．

（1）用8辆汽车装运乙、丙两种水果共22吨到A地销售，问装运乙、丙两种水果的汽车各多少辆？

（2）水果基地计划用20辆汽车装运甲、乙、丙三种水果共72吨到B地销售（每种水果不少于一车），假设装运甲水果的汽车为m辆，则装运乙、丙两种水果的汽车各多少辆？（结果用m表示）

（3）在（2）问的基础上，如何安排装运可使水果基地获得最大利润？最大利润是多少？

【答案】（1）装运乙种水果的车有2辆、丙种水果的汽车有6辆；（2）装运乙种水果的汽车是（m﹣12）辆，丙种水果的汽车是（32﹣2m）辆；（3）当运甲水果的车15辆，运乙水果的车3辆，运丙水果的车2辆，利润最大，最大利润为366元．

【解析】

试题分析：（1）根据“8辆汽车装运乙、丙两种水果共22吨到A地销售”列出方程组，即可解答；

（2）设装运乙、丙水果的车分别为a辆，b辆，列出方程组，即可解答；

（3）设总利润为w千元，表示出w=10m+216．列出不等式组，确定m的取值范围13≤m≤15.5，结合一次函数的性质，即可解答．

试题解析：（1）设装运乙、丙水果的车分别为x辆，y辆，得：，解得：．

答：装运乙种水果的车有2辆、丙种水果的汽车有6辆．

（2）设装运乙、丙水果的车分别为a辆，b辆，得：，解得：．

答：装运乙种水果的汽车是（m﹣12）辆，丙种水果的汽车是（32﹣2m）辆．

（3）设总利润为w千元，w=4×5m+2×7（m﹣12）=4×3（32﹣2m）=10m+216．

∵，∴13≤m≤15.5，∵m为正整数，∴m=13，14，15，在w=10m+216中，w随x的增大而增大，∴当m=15时，W最大=366（千元）．

答：当运甲水果的车15辆，运乙水果的车3辆，运丙水果的车2辆，利润最大，最大利润为366元．