材料电磁光性质计算模拟实验报告 本文关键词：电磁，性质，模拟，实验，材料
材料电磁光性质计算模拟实验报告 本文简介：材料电子结构性质的计算模拟实验报告一、实验目的：1．了解不同层次计算模拟方法和适用对象，理解第一性原理计算模拟研究材料电子结构性质的方法。2．利用DFT程序对一些量子点等低维体系的几何和电子结构性质以及相关物理化学特性初步分析研究。了解宏观电、磁、光性质与微观的组分、维度、尺寸和电子组态之间的关联，
材料电磁光性质计算模拟实验报告 本文内容：
材料电子结构性质的计算模拟实验报告
一、实验目的：
1．
了解不同层次计算模拟方法和适用对象，理解第一性原理计算模拟研究材料电子结构性质的方法。
2．
利用DFT程序对一些量子点等低维体系的几何和电子结构性质以及相关物理化学特性初步分析研究。了解宏观电、磁、光性质与微观的组分、维度、尺寸和电子组态之间的关联，并对以往所学基础课知识加以巩固提高。
3．
初步学会利用计算模拟方法有目的地去设计、构建、开发一些功能材料。
二、实验原理及仪器和软件：
实验原理：第一性原理计算模拟研究材料电子结构性质的方法实际上是通过求解体系的“HF方程”或者“Kohn-Sham方程”从而得到体系电子能级结构、并进一步研究其相关物理、化学性质的方法。材料覆盖一个从微观到宏观的尺寸范围，由于人们对它的关注角度以及研究精度不同，从而形成了各种不同层次的研究方法。目前计算机模拟研究方法主要有两类：基于经验势的分子模拟方法和基于第一性原理的量子化学方法。材料的许多基本物理性质是由其电子结构决定的，要确定它们的电子结构，必须采用精确的量子化学方法。但随着研究体系的复杂化，精确求解体系的自洽场方程显得很困难，需引入各种假定和采用适当的模型使问题简化。
仪器和软件：高性能计算机一台，
ADF2008计算软件等
三、实验内容：
（1）
通过几何优化，寻找量子点的最低能量状态。
（2）
通过计算其振动频率，判断其是否处于势能面上的一个局域最小点，并得到其红外、拉曼光谱。
（3）
通过计算其组分和整体的能量差得到其结合能和分裂能，分析体系的热稳定性。
（4）
通过计算体系得（失）一个电子前后的能量差，得到亲和（电离）能。
（5）
通过电离能，亲和能、前线轨道能级及HOMO-LUMO能隙的分析，得知其电子的能级结构特点。
（6）
通过电子布居或电子密度分析，研究体系的成键性质。
（7）
通过电子自旋布局或电子自旋密度分析，研究体系的磁性质。
（8）
通过计算其激发态电子结构，可得到体系的电子跃迁性质，分析其电子光谱。
四、实验结果
一个苯环（苯环结构，苯环的能级结构图，苯环的态密度图，
俩个苯环
三个苯环
计算实例：
石墨烯量子点（具体计算对象）的稳定性、电子结构和光谱性质研究
计算细节：
方法：DFT
；关联函数：PW91；基组：TZP
数据整理：
1、
几何优化
（geometry
optimization）计算整理数据如下：
（1）苯环的能量、磁矩、能隙
system
Spin
Magnetic
moment
Total
Bond
energy
HOMO
LUMO
HOMO-LUMO
Gap
一个苯环
12.4ev
-1.644165
1.58781
2.43210
俩个苯环
15.8ev
-2.43512
2.67542
4.54891
三个苯环
17.6ev
-3.98561
3.90121
6.82549
注：所有能量单位都取电子伏特：eV
（2）苯环的能级结构图：
（3）苯环的态密度（DOS）图：
2、振动频率(frequencies)计算整理数据如下：
（1）红外谱（IR
spectum）——可与实验中的红外吸收光谱对照
振动光谱指认分析：
苯主要有_______2___
个振动峰：
第一个在
3800
波数位置处，主要源于
分子
的振动模式所激发。
第二个在
500
波数位置处，主要源于
原子
的振动模式所激发。
3、激发态(excited
states)计算整理数据如下：
（１）电子光谱——可与实验中的紫外-可见吸收光谱对照
电子光谱指认分析：
苯主要有_____2_____
个电子跃迁峰：
第一个约在波长１７６ｎｍ／跃迁能为６．９５ｅＶ
位置处，主要源于
电子
的电子跃迁所产生。
第二个约在波长
278nm
位置处，主要源于
原子
的电子跃迁所产生。
（２）苯环的电子跃迁类型分析及前线轨道图
ＨＯＭＯ轨道图、
ＬＵＭＯ轨道图
8
篇2：电磁组厦门大学嘉庚学院电磁组自强队技术报告
电磁组厦门大学嘉庚学院电磁组自强队技术报告 本文关键词：电磁，强队，厦门大学，报告，学院
电磁组厦门大学嘉庚学院电磁组自强队技术报告 本文简介：第七届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告学校：厦门大学嘉庚学院队伍名称：自强队参赛队员：徐杰生曾海涵王明南带队老师：康恺吴天宝关于技术报告和研究论文使用授权的说明本人完全了解第七届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛关保留、使用技术报告和研究论文的规定，即：参赛作品著作权归参赛者本人，比
电磁组厦门大学嘉庚学院电磁组自强队技术报告 本文内容：
第七届“飞思卡尔”杯全国大学生
智能汽车竞赛
技术报告
学校：厦门大学嘉庚学院
队伍名称：自强队
参赛队员：徐杰生
曾海涵
王明南
带队老师：康恺
吴天宝
关于技术报告和研究论文使用授权的说明
本人完全了解第七届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛关保留、使用技术报告和研究论文的规定，即：参赛作品著作权归参赛者本人，比赛组委会和飞思卡尔半导体公司可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛模型车的视频、图像资料，并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。
参赛队员签名：徐杰生
曾海涵
王明南
带队教师签名：康恺
吴天宝
日
期：2012-8-14
26
摘要
本文介绍一套直立智能车速度磁导航的设计,该智能车以COLDFIRE
MCF52259作为整个系统信息处理和控制的核心。该系统通过3个方面进行控制。由陀螺仪ENC-03MB和加速度计MMA7361车体在直立过程中的信息，通过PID控制对智能小车直立进行控制；速度控制是由2个编码器对电机两端进行测速，将测得的速度与给定的速度进行PID速度闭环控制；由互感线圈采集赛道信息，得到多个互感线圈的信息值，通过PID的控制起到寻线方向控制。
关键词：COLDFIREMCF52259
PID
直立
速度
寻线方向
目录
第一章、引言.
1
1.1概述.
1
1.2整车设计思路.
1
第二章、直立寻线小车的原理2
2.1直立寻线小车的原理.
2
2.2速度控制原理.
6
2.3车模方向控制原理.
7
第三章、电路设计.
7
3.1传感器的电路设计.
7
3.1.1寻线互感运放电路.
8
3.1.2陀螺仪和加速度传感器电路
.8
3.2电源电路模块.
.
8
第四章、传感器安装及机械设计
9
4.1电杆的固定.
.
9
4.2电路板的固定.
10
4.3轮胎的改进.
10
4.4底盘的加固.
.10
4.5车子布局.
.
.11
4.6电机保护.
.
.
11
第五章、软件处理及控制算法.
11
参考文献.
.11
附录.
第一章、引言
1.1概述
“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛是由教育部高等自动化专业教学指导分委员会主办的一项以智能汽车为研究对象的创意性科技竞赛，是面向全国大学生的一种具有探索性工程实践活动，是教育部倡导的大学生科技竞赛之一。该竞赛以“立足培养，重在参与，鼓励探索，追求卓越”为指导思想，旨在促进高等学校素质教育，培养大学生的综合知识运用能力、基本工程实践能力和创新意识，激发大学生从事科学研究与探索的兴趣和潜能，倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神，为优秀人才的脱颖而出创造条件。该竞赛以汽车电子为背景，涵盖自动控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科的科技创意性比赛。
比赛要求在大赛组委会统一提供的竞赛车模，我们选择了飞思卡尔32位微控制器COLDFIREMCF52259作为核心控制单元的基础上，自主构思控制方案及系统设计，包括传感器信号采集处理、控制算法及执行、动力电机驱动等，最终实现能够自主识别路线，并且可以实时输出车体状态的智能车控制硬件系统。
我们从一月份开始经过接近7个月的制作与调试，终于完成了目前的直立智能小车的制作。期间我们合作共勉，学习开发调试软件的使用、主控芯片控制、控制原理、编程语言等方面的知识，在对机械进行了调整的基础上，对小车软件进行调试，在发现问题后努力解决问题，进一步优化智能小车的机械、软件、和传感器的方案。
1.2整车设计思路
本车是主要运用COLDFIRE
MUF52259为处理核心，本次竞赛中要求小车直立寻线走，直立、速度、方向控制对应同一个执行器（电机），要进行不同的控制，达到尽量解耦控制的效果。首先通过陀螺仪、加速度计传感器的信息处理输出相应的PWM波驱动电机，起到直立的效果。本次竞赛对速度和方向的要求非常高，所以我们用了左右两个编码器对左右轮进行测速，将得到的值与我们给定的速度进行比较，用过PID的简单闭环控制达到近似匀速的效果，在方向方面我们通过两个电感进行一字型摆放，通过兩电感的值通过简单的模糊控制，实现寻线的效果。具体的设计思路如下图1.1。
ENC-03MB
陀螺仪
电磁线检测
AD*2
电源3.3V供电
速度检测
编码器*2
MMA7361加速度计
驱动电路BTS7960
COLD
FIRE
图1.1设计思路框图
第二章、直立寻线小车的原理
2.1直立原理
车模直立是通过负反馈实现的。因为车模有两个轮子着地，因此车体只会在轮子滚动的方向上发生倾斜。控制轮子转动，抵消倾斜的趋势便可以保持车体直立了。如图下2.1所示。
图2.1通过车轮运动控制保持车体直立
要将车子最后保持平稳，一般都是建立车模的运动学和动力学数学模型，通过设计最优控制来保证车模的稳定。为了使得同学们能够比较清楚理解其中的物理过程。我们通过对比单摆模型来说明保持车模稳定的控制规律。
重力场中使用细线悬挂着重物经过简化便形成理想化的单摆模型。直立着的车模可以看成放置在可以左右移动平台上的倒立着的单摆。如图2.2所示。
图2.2车模简化的倒立摆模型
普通的单摆受力分析如图2.3所示。
图2.3普通的单摆受力分析
倒立摆之所以不能象单摆一样可以稳定在垂直位置，就是因为在它偏离平衡位置的时候，所受到的回复力与位移方向相同，而不是相反！因此，倒立摆便会加速偏离垂直位置，直到倒下。
在控制车模的直立的过程中，控制倒立摆底部车轮，使得它作加速运动。这样站在小车上（非惯性系）看倒立摆，它就会受到额外的力(惯性力)，该力与车轮的加速度方向相反，大小成正比。这样倒立摆所受到的回复力为
2-1式
式中，由于θ很小，所以进行了线性化。假设负反馈控制是车轮加速度与偏角aθ成正比，比例为。如果比例，（是重力加速度）那么回复力的方向便于位移方向相反了。
按照上面的控制方法，可把倒立摆模型变为单摆模型，能够稳定在垂直位置。因此，可得控制车轮加速度的控制算法
（2-3）
式中，θ为车模倾角；θ
为角速度；k1、k2均为比例系数；两项相加后作为车轮加速度的控制量。只要保证在k1>g，
k2>0条件下，可以使得车模像单摆一样维持在直立状态。其中有两个控制参数k1,k2，k1决定了车模是否能够稳定到垂直平衡位置，它必须大于重力加速度；k2决定了车模回到垂直位置的阻尼系数，选取合适的阻尼系数可以保证车模尽快稳定在垂直位置
假设倒立车模简化成高度为L，质量为m的简单倒立摆，它放置在可以左右移动的车轮上。假设外力干扰引起车模产生角加速度x(t)。沿着垂直于车模地盘方向进行受力分析，可以得到车模倾角与车轮运动加速度a(t)以及外力干扰加速度x(t)之间的运动方程。运动方程图如下2.3所示。
图2.3车模运动方程
对应车模静止时，系统输入输出的传递函数为：
，此时两极点为。一个极点位于s平面的右半平面，因此车模不稳定。车模引入比例、微分反馈之后的系统如下图所示：
系统传递函数为：，此时两个系统极点位于：系统稳定需要两个极点都位于s平面的左半平面。要满足这一点，需要k1>g，
k2>0.所以我们给直立控制用简单的PD值控制只能小车的平衡。
2.2速度控制原理
对于直立车模速度的控制相对于普通车模的速度控制则比较复杂。由于在速度控制过程中需要始终保持车模的平衡，因此车模速度控制不能够直接通过改变电机转速来实现。直立控制和速度控制有耦合的关系。我们利用控制单片机的计数器测量在固定时间间隔内速度脉冲信号的个数可以反映电机的转速。
我们假设直立的阶段我们是以某一个角度稳定的，车模角度控制规律可以看出车模倾角设定量与车模倾角变化之间大体呈现一个一阶惯性环节
做简化假设如下：
（1）
车模角度在直立控制下简化成一个一阶过渡过程。
（2）车模倾角是由车轮运动产生，因此车轮速度是倾角变量求导再乘以车模长度。
（3）
忽略车模倾角引起车轮加速度。由于这个讨论仅对控制一开始短暂的过渡阶段而言，此时由于车模倾角比较小，引起速度变化很小。
（4）
系统只进行速度比例负反馈。
简化模型如下图2.4所示:
图2.4车模倾角控制分析
有得到的式子中可以看出为了保证系统稳定，往往取的车模倾角控制时间常数Tz很大。这样便会引起系统产生两个共轭极点，而且极点的实部变得很小，使得系统的速度控制会产生的震荡现象。所以在控制反馈中增加速度微分控制。
2.3车模方向控制原理
实现车模方向控制是保证车模沿着竞赛道路比赛的关键。直立车模所在的电磁组的道路中心线铺设有一根漆包线，里面通有100mA的20kHz交变电流。因此在道路中心线周围产生一个交变磁场。通过道路电磁中心线偏差检测与电机差动控制实现方向控制，从而进一步保证车模在赛道上。
我们用电感和电容的互感采集10mA的20KHz的交变电流导线的信号通过两个互感电容的信号差动，在车模直立控制和速度控制的基础上给电机左右轮差速实现转向的效果。具体控制框图如下2.5所示：
图2.5
通过电机驱动差动电压控制车模方向
我们通过官方给的文档只给了比例控制的基础上发现，当速度超过一定值的时候，很容易出现震荡丢线的现象，所以在此基础上我们加了适当的积分常数，这样能够在速度高速时，即使的提前控制，起到控制优化的效果。
第三章、电路设计
3.1传感器的电路设计
3.1.1寻线互感运放电路
我们通过同10mh的电感和6800pf的电容互感经过下面的运放电路如下图3.1所示：
图3.1
电感运放电路
同过AD620对互感得到的小信号进行放大滤波后，采集的AD值传入单片机的AD口。
3.1.2陀螺仪和加速度传感器电路
陀螺仪电路信号放大电路如下图3.2所示：
图3.2陀螺仪运放电路图
其中图中的RW电阻大小能取到对陀螺仪信号放倍数的调整。R1和R4接上拉和下拉，使得陀螺仪本身输出的差值变到0.1~0.2V再经过运放能过得到较为线性的AD值。
加速度计我们使用龙丘出产的MMA7361模块。电路图如3.3下所示：
图3.3加速度MMA7361电路图
3.2电源电路模块
我们使用的电源模块电路图如3.4所示：
图3.4电源电路
其中电源模块中，+3.3V是直接给陀螺仪、加速度计、和单片机供电用，+5V和-5V给运放模块正负电源供电所用。
3.3驱动电路模块
我们使用BTS7960作为我们的驱动芯片，电路图如下3.5所示：
其中两片BTS7960驱动一个电机。
第四章传感器安装计机械设计
4.1电杆的固定
电感的安装如下图4.1所示：是我们自行设计了电杆的安装座，为一圆孔台阶座，电感支架的材料为碳纤维棒，支架为T字型。两个杆用尼龙材料的连接件固定，连接件上带有两个紧定螺丝，可以调整两个杆的相对位置。需要强调的是，碳纤棒为实心的，碳纤管为空心的，在这里我们应该要用碳纤棒，因为碳纤维管比碳纤棒容易弯曲折断。电感支架的前杠用4根棉线固定在车身，防止支架晃动。
4.2电路板的固定
电路板固定于，电杆安装座下方的四个白色螺丝位置。
4.3轮胎的改进
轮胎应选择较软的胎，软胎还应打磨之更加柔软，但是要保留一些纹路。
4.4底盘的加固
前后底盘的中间以及两边都需要用pcb板加螺丝固定。如下图所示，不能用热熔胶固定，因为用热熔胶连接的部分容易变形、脱落。
4.5车子布局：
车子的电池固定在底盘后部，支架以及电路板固定在底盘前部，这样能使撤职在平衡时底盘微微向前倾。
4.6电机保护
电机线容易断裂，应用热缩管将正负引线包好，再用热熔胶固定在电机架上。
第五章、软件处理及控制算法
微处理器:CodFire系列处理器
型号---MCF52259
控制理论：利用陀螺仪加速计计算出车体的倾斜角度，利用PD控制来控制直立，然后利用车速模块（编码器）测得当前小车的行驶速度，利用PI控制原理把速度控制在某个自己设定的值实现小车匀速行驶。利用AD口读取左右两个电感的电压值，再通过两个电感的差值实现对路径的检测，用PD控制来控制车模的转向。
算法:由于控制小车需要控制其直立，速度和方向，而输出量只有两个电机的PWM脉冲。为了避免各个控制输出量的互相影响，我们把各个控制分配到中断的分段中，使其不互相影响。
代码设计:代码主要分为
1初始化
2
信息的获取
3
控制
其中初始化包括:PLL设置，PWM,AD，计数器IO，液晶屏，按键等模块的端口初始化
信息的获取包括：各模块的AD值，脉冲数，电感电压等
控制包括：直立，速度，方向控制
参考文献
[1]
飞思卡尔秘书处
，《电磁组直立行车参考设计方案1.0》
2011-12-22
[2]
飞思卡尔秘书处
，《电磁组直立行车参考设计方案2.0》
2012-3-1
[3]
邵贝贝等
《学做智能车2004年》
北京航空航天大学出版社
[4]
陶永华主编
《新型PID控制及其应用》
机械工业出版社
2002年
附录
源程序
/********************************************************
龙丘MCF52259多功能开发板V1.0
编写:龙丘
Designed
by
Chiu
Sir
E-mail:[email protected]
软件版本:V1.1
最后更新:2010年7月8日
相关信息参考下列地址：
网站：
http://www.jsfw8.com
------------------------------------
Code
Warrior
7.1
Target
:
MCF52259
Crystal:
48.000Mhz*******************************************************/
/********************端口使用说明*******************
ICOC3-----------内部计数器GPT3,TA3,PWM7
PWM1--DTIN2-----13左轮
TC
PWM3--DTIN3
TA
PWM4--ICOC0-----46右轮
PWM6--ICOC1
AD0---AN0-------陀螺仪
AN
AD1---AN1-------加速度计
AD2---AN2-------矫正位
A3----DC
命令数据选择管脚
TE
A2----RES
模块复位管脚
A1----D1（MOSI）
，主输出从输入数据脚，由MCU控制
A0----D0（SCLK）
，时钟脚，由MCU控制
A8-A15--外部计数器存储位
TF
A16---TG0
外部计数器控制位
TG
A17---TG1***************************************************/
#include
“support_common.h“/*
include
peripheral
declarations
and
more/
#include
“MCF52259_PIT_driver.h“#include
“MCF52259_UART_driver.h“#include
“MCF52259_PWM_driver.h“#include
“Get_info.h“#include
“Control.h“#include
“LQ12864.h“uint8
txtbuf0[16];
uint8
txtbuf1[16];
uint8
txtbuf2[16];
uint8
txtbuf3[16];
//中断全局变量
int
step=0;
int
index=0;
int
count_s=1;
int
count_d=1;
int
SpeedPluse=0;
int
adi=0;
//*****************函数区****************//
void
delay(uint16
ms)
{
int
ii,jj;
if
(ms-0.5
LCD_Print(8,0,txtbuf0);
LCD_Print(0,2,txtbuf1);
LCD_Print(0,4,txtbuf2);
LCD_Print(70,4,txtbuf3);
//
LCD_Fill(0xff);
//
LCD_Fill(0x00);
//
LCD_CLS();
//LCD_Print(0,0,(uint8)“龙丘“);
//index=0;
//}
//index++;
}
}
__declspec(interrupt:0)
void
PIT0_handler(void)//interrupt
source
55
{
if(step==0)
{
Pulse_counter();
MCF_GPIO_PORTTG|=MCF_GPIO_PORTTG_PORTTG0;
MCF_GPIO_PORTTG|=MCF_GPIO_PORTTG_PORTTG1;
MCF_GPIO_PORTTG
}
else
if(step==1)
{
/*
for(adi=0;adi=20)
{
if(g_nRightPulseI=10))
{
SpeedPluse=g_nRightPulseI;
SpeedControl(SpeedPluse+5);
}
else
SpeedControl(1000);
sprintf(txtbuf1,“%5d“,g_nRightPulseI);
g_nLeftPulseI=0;
g_nRightPulseI=0;
count_s=1;
}
else
{
SpeedControlOutput(count_s);
//速度调节
count_s++;
}
}
else
if(step==4)
{
Direction_votage();
ftostr(g_fLeftVoltageI,txtbuf2,3);
ftostr(g_fRightVoltageI,txtbuf3,3);
DirectionControl();
//方向控制
}
step++;
if(step>4)
step=0;
MCF_PIT_PCSR(0)|=MCF_PIT_PCSR_PIF;
}
#include
“Control.h“#include
“MCF52259.h“#include
“support_common.h“#include
“Get_info.h“//直立调节参数
float
g_fAngleOut=0.0;
#define
ANGLE_P
0.05*450
#define
ANGLE_D
0.05*14
//速度调节参数
#define
SPEED_P
0.05*9//10.5//10//3.2//4//3//3//0.1//3//0.5
#define
SPEED_I
0.05*2.5//1.8///2.5//2.5//2.5//2//2.5
#define
DEAD_VAL
0.05*250
float
g_fSpeedOld=0;
float
g_fSpeedNew=0;
float
g_fSpeedIntegral=0;
floatg_fSpeedOut
=0;
float
g_fLeftOut=0;
float
g_fRightOut=0;
//方向调节参数
#define
DIRECTION_P
0.05*600//475//430
#define
DIRECTION_D
0.05*800//16000//10000//15500//680//500//478//585//580
float
g_fDirectionOut=0;
float
g_fDoutold=0;
float
g_fDoutnew=0;
float
diff_now,diff_before;
//-------------------------------------------------------------------------*
//函数名:AngleControl
//功
能:直立控制
//参
数:无
//返
回:无
//-------------------------------------------------------------------------*
void
AngleControl()
{
g_fAngleOut
=ANGLE_P*Angle+ANGLE_D*agvelocity_gyro;
}
//-------------------------------------------------------------------------*
//函数名:SpeedControl
//功
能:速度控制
//参
数:无
//返
回:无
//-------------------------------------------------------------------------*
void
SpeedControl(int
speedset)
{
int
fspeederror;
int
speednow;
speednow=g_nRightPulseI;
fspeederror=speedset-speednow;
g_fSpeedOld=g_fSpeedNew;
g_fSpeedIntegral+=SPEED_I*fspeederror;
g_fSpeedNew=g_fSpeedIntegral+SPEED_P*fspeederror;
}
//速度调节
void
SpeedControlOutput(int
fen)
{
float
fValue;
fValue
=g_fSpeedNew
-
g_fSpeedOld;
g_fSpeedOut=(fValue/19)*fen
+
g_fSpeedOld;
}
//-------------------------------------------------------------------------*
//函数名:DirectionControl
//功
能:方向控制
//参
数:无
//返
回:无
//-------------------------------------------------------------------------*
void
DirectionControl()
{
float
fLeft,fRight;
fLeft=g_fLeftVoltageI;
fRight=g_fRightVoltageI;
diff_now=(fLeft-fRight)/(fLeft+fRight);
g_fDoutold=g_fDoutnew;
if(diff_now==0)
{
g_fDirectionOut=0;
}
else
{
g_fDirectionOut=diff_now*DIRECTION_P+(diff_now-diff_before)*DIRECTION_D;
}
diff_before=diff_now;
}
//-------------------------------------------------------------------------*
//函数名:MotorSpeedOut
//功
能:电机输出
//参
数:无
//返
回:无
//-------------------------------------------------------------------------*
void
MotorSpeedOut()
{
if(g_fLeftOut
>=
0)
{
if(g_fLeftOut
>200)
g_fLeftOut
=
200;
MCF_PWM_PWMDTY(4)=g_fLeftOut+DEAD_VAL;
MCF_PWM_PWMDTY(6)=0;
}
else
{
if(g_fLeftOut
=
0)
{
if(g_fRightOut
>
200)
g_fRightOut
=
200;
MCF_PWM_PWMDTY(1)=g_fRightOut+DEAD_VAL;
MCF_PWM_PWMDTY(3)=0;
}
else
{
if(g_fRightOut
<
-200)
g_fRightOut
=
-200;
MCF_PWM_PWMDTY(1)=0;
MCF_PWM_PWMDTY(3)=-g_fRightOut+DEAD_VAL;
}
}
void
MotorOutput()
{
g_fLeftOut=g_fAngleOut+g_fSpeedOut+g_fDirectionOut;
g_fRightOut=g_fAngleOut+g_fSpeedOut-g_fDirectionOut;
MotorSpeedOut();
}
篇3：电磁场与电磁波基础知识总结
电磁场与电磁波基础知识总结 本文关键词：电磁场，电磁波，基础知识
电磁场与电磁波基础知识总结 本文简介：电磁场与电磁波总结第一章一、矢量代数AB=ABcosq=ABsinqA(B′C)=B(C′A)=C(A′B)二、三种正交坐标系1.直角坐标系矢量线元矢量面元体积元dV=dxdydz单位矢量的关系2.圆柱形坐标系矢量线元l矢量面元体积元单位矢量的关系3.球坐标系矢量线元dl=erdr+eqrdq+ej
电磁场与电磁波基础知识总结 本文内容：
电磁场与电磁波总结
第一章
一、矢量代数
AB=ABcosq
=ABsinq
A(B′C)
=
B(C′A)
=
C(A′B)
二、三种正交坐标系
1.
直角坐标系
矢量线元
矢量面元
体积元dV
=
dx
dy
dz
单位矢量的关系
2.
圆柱形坐标系
矢量线元l
矢量面元
体积元
单位矢量的关系
3.
球坐标系
矢量线元dl
=
erdr
+
eq
rdq
+
ej
rsinq
dj
矢量面元dS
=
er
r2sinq
dq
dj
体积元
单位矢量的关系
三、矢量场的散度和旋度
1.
通量与散度
2.
环流量与旋度
3.
计算公式
4.
矢量场的高斯定理与斯托克斯定理
四、标量场的梯度
1.
方向导数与梯度
2.
计算公式
五、无散场与无旋场
1.
无散场
2.
无旋场
六、拉普拉斯运算算子
1.
直角坐标系
2.
圆柱坐标系
3.
球坐标系
七、亥姆霍兹定理
如果矢量场F在无限区域中处处是单值的，且其导数连续有界，则当矢量场的、和（即矢量场在有限区域V’边界上的分布）给定后，该矢量场F唯一确定为
其中
第二章
一、麦克斯韦方程组
1.
静电场
真空中：
场与位：
介质中：
极化：
2.
恒定电场
电荷守恒定律：
传导电流与运流电流：
恒定电场方程：
3.
恒定磁场
真空中：
场与位：
介质中：
磁化：
4.
电磁感应定律
5.
全电流定律和位移电流
全电流定律：
位移电流：
6.
Maxwell
Equations
二、电与磁的对偶性
三、边界条件
1.
一般形式
2.
理想导体界面和理想介质界面
第三章
一、静电场分析
1.
位函数方程与边界条件
位函数方程：
电位的边界条件：
（媒质2为导体）
2.
电容
定义：
两导体间的电容：
任意双导体系统电容求解方法：
3.
静电场的能量
N个导体：
连续分布：
电场能量密度：
二、恒定电场分析
1.
位函数微分方程与边界条件
位函数微分方程：
边界条件：
2.
欧姆定律与焦耳定律
欧姆定律的微分形式：
焦耳定律的微分形式：
3.
任意电阻的计算
（）
4.
静电比拟法：，
三、恒定磁场分析
1.
位函数微分方程与边界条件
矢量位：
标量位：
2.
电感
定义：
3.
恒定磁场的能量
N个线圈：
连续分布：
磁场能量密度：
第四章
一、边值问题的类型
（1）狄利克利问题：给定整个场域边界上的位函数值
（2）纽曼问题：给定待求位函数在边界上的法向导数值
（3）混合问题：给定边界上的位函数及其向导数的线性组合：
（4）自然边界：有限值
二、唯一性定理
静电场的惟一性定理：在给定边界条件（边界上的电位或边界上的法向导数或导体表面电荷分布）下，空间静电场被唯一确定。
静电场的唯一性定理是镜像法和分离变量法的理论依据。
三、镜像法
根据唯一性定理，在不改变边界条件的前提下，引入等效电荷；空间的电场可由原来的电荷和所有等效电荷产生的电场叠加得到。这
些等效电荷称为镜像电荷，这种求解方法称为镜像法。
选择镜像电荷应注意的问题：镜像电荷必须位于待求区域边界之外；镜像电荷(或电流)与实际电荷
(或电流)共同作用保持原边界条件不变。
1.
点电荷对无限大接地导体平面的镜像
二者对称分布
2.
点电荷对半无限大接地导体角域的镜像
由两个半无限大接地导体平面形成角形边界，当其夹角
为整数时，该角域中的点电荷将有(2n－1)个镜像电荷。
3.
点电荷对接地导体球面的镜像
，
4.
点电荷对不接地导体球面的镜像
，
，位于球心
5.
电荷对电介质分界平面
，
四、分离变量法
1.
分离变量法的主要步骤
根据给定的边界形状选择适当的坐标系，正确写出该坐标系下拉普拉斯方程的表达式及给定的边界条件。
通过变量分离将偏微分方程化简为常微分方程，并给出含有待定常数的常微分方程的通解。
利用给定的边界条件确定待定常数，获得满足边界条件的特解。
2.
应用条件
分离变量法只适合求解拉普拉斯方程。
3.
重点掌握
(1)
直角坐标系下一维情况的解
通解为：
(2)
圆柱坐标系下一维情况的解
通解为：
(3)
球坐标系下轴对称系统的解
通解为：
其中
第五章
一、时谐场的Maxwell
Equations
1.
时谐场的复数描述
2.
Maxwell
Equations
二、媒质的分类
分类标准：
当，即传导电流远大于位移电流的媒质，称为良导体。
当，即传导电流与位移电流接近的媒质，称为半导体或半电介质。
当，即传导电流远小于位移电流的媒质，称为电介质或绝缘介质。
三、坡印廷定理
1.
时谐电磁场能量密度为
2.
能流密度矢量
瞬时坡印廷矢量：
平均坡印廷矢量：
3.
坡印廷定理
四、波动方程及其解
1.
有源区域的波动方程
特解：
在无源区间，两个波动方程式可简化为齐次波动方程
复数形式-亥姆霍兹方程
，
五、达朗贝尔方程及其解
时谐场的位函数
达朗贝尔方程
（库仑规范）
复数形式
特解：
六、准静态场（似稳场）
1.
准静态场方程
特点：位移电流远小于传导电流（）；准静态场中不可能存在自由体电荷分布。
2.
缓变电磁场（低频电路理论）
随时间变化很慢，或者频率很低的电磁场。低频电路理论就是典型的缓变电磁场的实例。根据准静态方程第一方程，两边取散度有
（基尔霍夫电流定律）
位函数满足
符合静态场的规律。这就是“似稳”的含义。
（基尔霍夫电压定律）
3.
场源近区的准静态电磁场
如果观察点与源的距离相当近，则
（近区场条件：）
第六章
一、基本极子的辐射
1.
电偶极子的远区场：
2.
磁偶极子的辐射：
二、天线参数
1.
辐射功率：
电偶极子的辐射功率：
2.
辐射电阻：
电偶极子的辐射电阻：
3.
效率：
4.
方向性函数：
电偶极子的方向性函数为：
功率方向性函数：
如下图
l
主瓣宽度、：两个半功率点的矢径间的夹角。元天线：
l
副瓣电平：
S0为主瓣功率密度，S1为最大副瓣的功率密度。
l
前后比：
S0为主瓣功率密度，Sb为最大副瓣的功率密度。
5.
方向性系数：
电偶极子方向性系数的分贝表示
D
=
10lg1.5
dB=
1.64dB
6.
增益：
三、对称天线
1.
对称天线的方向图函数：
2．
半波对称天线：
方向性函数为：
辐射电阻为：
方向性系数：D
=
10lg1.64
dB
=
2.15dB
四.
天线阵
1.
天线阵的概念
为了改善和控制天线的辐射特性，使用多个天线按照一定规律构成的天线系统，称为天线阵或阵列天线。天线阵的辐射特性取决于：阵元的类型、数目、排列方式、间距、电流振幅及相位和阵元的取向。
2.
均匀直线阵
均匀直线式天线阵：若天线阵中各个单元天线的类型和取向均相同，且以相等的间隔
d
排列在一条直线上。各单元天线的电流振幅均为I
，但相位依次逐一滞后或超前同一数值，这种天线阵称为均匀直线式天线阵。
（1）均匀直线阵阵因子
（2）方向图乘法原理
第七章
一、沿任意方向传播的均匀平面波
其中，，n为传播矢量k的单位方向，即电磁波的传播方向。
二、均匀平面波在自由空间中的传播
对于无界空间中沿+z方向传播的均匀平面波，即
1.
瞬时表达式为：
2.
相速与波长：
（非色散）
3.
场量关系：
4.
电磁波的特点
TEM波；电场、磁场同相；振幅不变；非色散；磁场能量等于电场能量。
三、均匀平面波在导电媒质中的传播
对于导电媒质中沿+z方向传播的均匀平面波，即
（），其中为衰减因子
1.
波阻抗：
2.
衰减常数：
3.
相位常数：
4.
相速：
5.
电磁波的特点：
TEM波；电场、磁场有相位差；振幅衰减；色散；磁场能量大于电场能量。
四、良导体中的均匀平面波特性
1.
对于良导体，传播常数可近似为：
2.
相速与波长：
（色散）
3.
趋肤深度：
导体的高频电阻大于其直流电阻或低频电阻。
4.
良导体的本征阻抗为：
良导体中均匀平面电磁波的磁场落后于电场的相角
45°。
五、电磁波的极化
1.
极化：电场强度矢量的取向。设有两个同频率的分别为x、y方向极化的电磁波：
2.
线极化：,分量相位相同，或相差则合成波电场表示直线极化波。
3.
圆极化：,分量振幅相等，相位差为，合成波电场表示圆极化波。
旋向的判断：，左旋；，右旋
4.
椭圆极化：,分量振幅不相等，相位不相同，合成波电场表示椭圆极化波。
六、均匀平面波对分界面的垂直入射
1.
反射系数与透射系数：
2.
对理想导体界面的垂直入射
=
0
，
=
-1，合成波为纯驻波
3.
对理想介质界面的垂直入射
合成波为行驻波，透射波为行波。驻波系数：
4.
对多层介质界面的垂直入射
(1)
3层等效波阻抗
(2)
四分之一波长匹配层
无反射
照相机镜头上的涂敷层消除反射的原理。
(3)
半波长介质窗
雷达天线罩消除电磁波反射的原理。
七、均匀平面波在界面上的斜入射
1.
反射定律与和折射定律
（）
2.
垂直极化波和平行极化波的反射系数与透射系数
3.
全反射
全反射条件：
4.
全透射
入射角称为布儒斯特角，记为：
，只适用于平行极化波。
5.
对理想导体的斜入射
(1)
垂直极化波：
振幅呈驻波分布；非均匀平面波；TE波。
(2)
平行极化波：
振幅呈驻波分布；非均匀平面波；TM波。
第八章
一、导行波系统分类
类
型
工
作
波
型
名
称
应
用
波
段
特点
TEM波传输线
TEM波
平行双线
同轴线、带状线、微带
米波、分米波低频端
分米波、厘米波
双导体系统
金属波导
TE波、TM波
矩形波导、圆波导、
椭圆波导、脊波导
厘米波、毫米波低频端
单导体系统
表面波传输线
混合型波
介质波导、介质镜象线、
单根表面波传输线
毫米波
1.
均匀导波系统
波导的横截面在z向是均匀的，场量只与x、y有关，与z无关；
波导壁是理想导体，填充介质是理想介质；
波导内的电磁场为无源区的时谐场。
2.
单导体系统不能传输TEM波，为什么？
单导体波导内无纵向的传导电流和位移电流。因为是单导体，所以无传导电流；因为TEM波的纵向场Ez
=
0，所以无纵向位移电流。
二、导行波方程
波导内的电磁场满足亥姆霍兹方程：
1.
TEM波
2.
TE波和TM波
三、传输线
1.
集总参数电路与分布参数电路
2.
电报方程
3.
特性参数：特性阻抗、传播常数、相速、波长
4.
工作参数：输入阻抗、反射系数、驻波系数和行波系数
四、矩形波导
1.波方程及其解2.
传播特性3.
矩形波导的主模TE10模
主模参数
单模传输条件