控制原理课程实验设计

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1、控制原理课程实验设计基于LEGOMindstormNXT套件2012年1月助教：于文君本科《控制理论原理》授课教授：黄迅研究员北京大学工学院航空航天工程系安静飞行器实验室http://www.coe.pku.edu.cn/faculty/huangxun目录实验一LEGO套件基础3一．实验目的3二．实验器材介绍3图1Lego整体图3图2Lego控制器、机电及传感器4三．编程准备41.NXTBrick系统处理42.IDE（IntegratedDevelopmentEnvironment）配置53.LeJOS的HelloWo

2、rld实现5附录：Java基础61.面向对象编程（OOP）基本概念62.Java开发准备73.Java基本语法7实验二Lego电机驱动10一．实验目标10二．NXTBrick和Lego电机介绍10三．电机驱动10四．实际操作11五．程序编译烧写执行11六．总结12实验三传感器操作13一．实验目的13二．Lego传感器简介13三．传感器编程13四．实验步骤15五．总结15实验四自主跟踪小车的搭建16一．实验目的16二．机械结构搭建16三．程序的编写16四．提高16实验五自主实验17实验一LEGO套件基础一．实验目的1.了解

3、LegoNXT套件的架构和使用方法2.掌握对LegoNXT套件的编程方法二．实验器材介绍这套实验配套于黄迅老师的自动控制课程。目的：一方面验证自动控制的理论方法，初步学习控制的实际应用；另一方面锻炼同学们动手能力，了解工程实际中的控制实现方式。在本实验中，采用容易上手、简单易用的LEGONXT套件。LEGO是一个丹麦玩具公司，其产品风靡全世界。我们这里采取了其产品中性能较高的Mind-stormNXT套件，这套套件机械结构齐全，电子设备较齐全，已经包含整个项目所需的设备。图1Lego整体图图2Lego控制器、机电及传感器

4、想要在LegoNXT套件上进行一个项目设计，大致的流程是这样的。首先需要利用Lego的机械积木设计并搭建一个机械结构，并合理的布置电机和控制器以及传感器，然后将算法编写成程序烧写在Lego的控制器中，如果设计得当，程序没有错误，则在Lego的控制器上运行此程序，即可以达到所要求的控制动作和目的。在完成这样一个项目之前，我们也需要做一些准备。主要分为两方面，一个是机械结构的设计，另一个是编程的准备。对于机械结构，不同的项目或实验需要不同的机械结构，需要仔细单独考虑。而对于编程有一些通用的环境设置需要我们在进入本学期的具体实

5、验课程之前完成准备。三．编程准备对于NXT的编程主要在计算机上完成，可以利用Java或者Labview来进行编程。Labview是一种图形编程的语言，有其一套对应的开发套件，但是其中处理复杂算法比较麻烦，所以我们采取的是Java语言，然后利用提供的API和烧写工具进行编译解析成机器执行码，这是一个文件，然后利用工具将其烧写在NXT的控制器NXTBrick上面。对于这部分需要进行两方面的准备，一个是NXTBrick的系统处理，另一个是计算机上的集成开发环境（IDE）的配置。在具体配置之前，我们需要先安装Lego提供的驱动，

6、在windows下需要运行一个安装程序，LabVIEWLEGOMINDSTORMSNXTModule中的setup.exe。安装完成后将NXTBrick与计算机用USB线进行连接既可以识别，在安装完成后可能需要重启计算机。然后需要安装JDK（JavaDevelopmentKits），可以到官方网站去下载最新版本，Java语言为完全开源的（Open-source），可以免费下载。没有Java开发经验的同学可以参考附录部分的Java简介。安装完JDK并进行环境变量配置后可以在控制台输入java-version或javac-v

7、ersion查看版本。然后安装LeJOS_0.8.5.exe，查看环境变量。1.NXTBrick系统处理直接购买回来的NXT套件中的Brick预装的是适合Labview使用的界面系统（固件Firmware），所以需要人工将系统修改为LeJOS的界面系统。LeJOS是一套利用Java语言对Lego套件进行开发的操作系统，它提供一套相应的API，使用户可以直接通过封装好的接口对于NXT套件进行操作。我们这里采用的是LeJOS_0.8.5。如果已经在NXT上烧写过LeJOS固件，则这部分可以忽略。否则，我们需要将NXT的系统烧

8、写为LeJOS。烧写过程如下：首先把NXT切换到固件上载模式（firmwareuploadmode），只有在这个模式下才能升级Firmware。切换方式是在开机状态下，用牙签或者曲别针持续按下NXT主机背面的重启按钮4秒钟以上。进入NXT的固件上载模式。安装完LeJOS后会自动弹出对话框以供选择，进行各种操作。详细内