工业炉温自动控制系统

1 设计题目

要求：

1．查阅相关资料，分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。

2．分析系统每个环节的输入输出关系，代入相关参数求取系统传递函数。

3．分析系统时域性能和频域性能。

4．运用根轨迹法或频率法校正系统，使之满足给定性能指标要求。（已知条件和性能要求待定）

摘要

炉温控制系统---是指根据炉温对给定温度的偏差，自动接通或断开供给炉子的热源能量，或连续改变热源能量的大小，使炉温稳定有给定温度范围，以满足热处理工艺的需要。炉温自动控制用热电偶测量温度，与给定温度进行比较，将偏差信号放大后作为驱动信号，通过电机、减速器调节加热器上的电压来实现准确的温度控制。本文经过正确分析系统工作过程，建立系统数学模型，画出系统结构图后，设计与校正前系统性能分析和可采取的解决方案、方法及分析。运用matlab软件进行复杂的系统时域验证和计算机仿真，通过具体设计校正步骤、思路、计算分析过程和结果，对于炉温控制系统的研究与改进具有现实意义。

关键字炉温控制系统系统校正 matlab软件

1 工业炉温自动控制系统的工作原理

加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比，c u 增高，炉温就上升，c u 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触

点由可逆转的直流电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压f u 。

f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较，得出偏差电压e u ，经电压放大器、功率放大器放大成a u 后，作为控制电动机的电枢电压。

在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C ，热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压r u 。此时，0e r f u u u =-=，故1a u u =，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使c u 保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。

当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程：

控制的结果是使炉膛温度回升，直至T °C 的实际值等于期望值为止。

?→T C ?→↑→↑→↑→↑→↑→↓→↓T u u u u u c a e f θ1C ↑

系统中，加热炉是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压r u （表征炉温的希望值）。系统方框图见下图：

1.1 各部分的原理及传递函数

1.各个环节的传递关系 （1）热电偶----测温单元

温度单元有热敏元件构成，热敏元件的输出端电压的大小正比于所测温度的大小。且灵敏度系数和给定单元一样为e K 。故所测电压为f U 为：

ln

e A f

B

K N U

es

N =

（2）比较单元

比较单元将给定信号与实际信号相比较，得出差值信号，也就是负反馈。该系统是将()r U s 和()f U s 串联反极性相连接来实现的，其中

()()e r f U U s U s =-

（3）放大器

实际测得的张力与预设张力进行比较后，经过放大器放大作为电机的输入电压。

()()()

c a

e U s G s K U s =

=

a

K

F 2

放大器

F 1

()

c U s （

Ⅰ电压放大器：

放大单元将差值信号放大，以方便驱动电动机，放大倍数为1K ，没有量纲。故

()()

c a e U s K U s =

Ⅱ功率放大器：

实物图如下：

功率放大器：功放(功率放大器)的原理就是利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。

()

e U s ()

c U s

故传递函数为

()()

c a e U s K U s =

（4）可逆电机

放大器的输出电压作为电机的输入电压对电机进行调速控制。 电机实物图如下：

a K

电机的传递函数求解如下： 电枢回路电压平衡方程

()()()a a a

a a a

di t u t L R i t E dt

=++

式中a E 是电枢旋转时铲射的反电势,其大小与激磁磁通成正比,方向一样电枢电压()a u t 相反,即()a e m E C t ω=,e C 是反电势系数。

电磁转矩方程

()()

m m a M t C i t =

式中，m C 是电机转矩系数；()m M t 是电枢电流产生的电磁转矩。 电动机轴上的转矩平衡方程

()()()()

m m

m m m c d t J f t M t M t dt

ωω+=-

式中，m f 是电动机和负载折合到电动机轴上的粘性摩擦系数；m J 是电动机和负载折合到电动机轴上的转动惯量。

由上式中校区中间变量()a i t ，a E 及()m M t ，便可得到以()m t ω为输出量，

()a u t 为输入量的直流电动机微分方程：

2

2()()()()()

()()()

m m a m

a m a m a m m e m c m a a a c d t d t L J L f R J R f C C t dt

dt

dM t C u t L R M t dt

ωωω++++=--

在工程应用中，犹豫电枢电路电感a

L 较小，通常忽略不计，因而上式可简

化为

()()()()

m m

m m a c c d t T t K u t K M t dt

ωω+=-

式中，

()m a m a m m e T R J R f C C =+

是电动机的时间常数；

()

m m a m m e K C R f C C =+， ()c a a m m e K R R f C C =+

是电动机传递系数。

上面我们已经求的电枢控制直流电动机简化后的微分方程为：

()()()()

2m m

m b a c dw t T w t K u t K M t dt

+=-

式中()c M t 可视为负载扰动转矩。根据线性系统的叠加原理，可分别求()a u t 到

()m w t 和()c M t 到()m w t 的传递函数，以便研究在()a u t 和()c M t ，分别作用下的

电动机转速()m w t 的性能，将他们叠加后，便是电动机转速的相应特性。为求

()()m a s U s Ω，令()0c M t =，则有

()()()m m

m b a dw t T w t K u t dt

+=

在初始条件下，即()()'

000m m w w ==时，对上式各项求拉氏变换，并令

()()m m s w t ?Ω=????，()()a a U s u t ?=????

中的s 的传递方程

()()()()1m

m

b

a

T s s K U s +Ω=

由传递函数定义，于是有

()()()

()1

m b m c m s K G s M s T s Ω=

=-

+

下图是它的方框图 ()

t U s ()

m s Θ

（5）减速器

减速器是一个比例环节，将伺服电动机的转角变换成为阀门的开度?。设阀门关闭时的角度为零，全部打开的角度为

m

?，传递关系为变比系数1

i

。故 ： 1()()

i s s ?θ*=

（6）调压器

调压器是一个比例环节，将齿轮转过角速度转化为调压器的电压，齿轮转过一定的角度对应一定的电压，因此传递函数为：

()

c c U K s θ=

（7）电炉

一般将电路看做一节惯性环节，其传递函数为：

()

1b

m K s T s +

()1

d K G s T s =

+

其中：T 为电炉的时间常数，T=RC(C 为电炉热容，R 为热阻)；d K 为比例系数；s 为负频域连续函数。

2 系统的结构框图

根据以上各环节的输入输出关系及系统的结构框图可求得传递函数如下：

1

11

()ln

1(1)(1)b

d a

c

m A a b c d e B

m K K K K T s i

Ts G s N K K K K K N i T s Ts es ++=

+

++

(1)(1)ln

1(1)(1)

a b c d

m A a b c d e B

m K K K K i T s Ts N K K K K K N ies T s Ts ++=+

++

(1)(1)ln

a b c d A m a b c d e B

K K K K e

N ies T s Ts K K K K K N =

+++

系统的开环传递：

()0(1)(1)

a b c d m K K K K e G s ies T s Ts =

++

闭环传递函数：

()(1)(1)ln

a b c d c A m a b c d e B

K K K K e

G s N ies T s Ts K K K K K N =

+++

()

r U s

a

K ()1

b m K T s +

c

K 1i

1

d K T s +ln

e A

f B

K N U es

N =

T

_ f

U

3 系统的时域分析和频域分析

根据实际情况取放大系数3a K =，传递系数5b K =，电机时间常数0.6m T =，比例系数1

125

i =

， 2c K =，2d K =，3e =，3e K =，ln

0.3A B

N N =，3T =，由传

递函数

()(1)(1)ln

a b c d A m a b c d e B

K K K K e

G s N ies T s Ts K K K K K N =

+++

得出：

180

()75(0.61)(31)162

G s s s s =

+++

3.1系统的性能分析 （1）系统降阶

由于三阶系统分析较为麻烦，故先分析系统的闭环零极点看是否能够降阶。用matlab 软件绘制出系统闭环传递函数的零极图如下：

3

2

180

()135********

c G s s s s =

++

+

系统的零极点图

由主导极点概念，可知该高阶系统具有一对共轭复数主导极点

1,20.0095

0.77i s =-±，且非主导极点320

s =实部的模比主导极点的模大五倍以

上，闭环零点0z =不在主导极点附近，因此该三阶系统近似成如下的二阶系统：

2

180

180

()[(0.0095 -0.77i)][(0.0095 +0.77i)]

0.0190.5929c G s s s s s =

≈

----++

3.2 系统的时域分析 （1） 系统的时域性能分析

系统的稳定性判据由上节分析可得，系统的闭环特征方程为：

2

0.0190.59290s s ++=

用劳斯判据分析系统的稳定性如下：

2

s 1 0.5929 1s 0.019 0

0s 0.5929 0

显然，劳斯表第一列系数符号相同，故系统是稳定的。

（2）动态性能分析由自动控制原理教程相关知识可知，二价系统的动态性能指标为r t ，p M ，p t ，%σ，d t 及s t 。由上节分析可知，系统的闭环传递函数：

2

2

2

2

180

()0.0190.5929

2n

c s

n n

G s K s s s s ωξωω=

=++++

系统的单位阶跃响应如下图所示

（3）相关性能指标计算：

2

2

2

2

180

()0.0190.5929

2n

c s

n n

G s K s s s s ωξωω==++++

固有角频率：0.0190.14n ω=≈ 阻尼系数：0.0190.0190.068220.14

n

ξω=

=

=?

arccos arccos 0.0680.24βζπ===

阻尼振荡频率：2

2

10.1410.0680.14

d n ωωζ=-=-≈

上升时间：0.2417.050.14

r d

t πβππ

ω--==

≈

峰值时间：22.430.14

p d

t ππ

ω=

=

=

超调量：2

2

0.068110.068

%100%100%28.7%e e ξππ

ξ

σ----=?=?≈

延迟时间：10.710.70.068

7.480.14d n

t ξω++?==

=

调节时间： 3.5

3.5

367.65

0.0680.14

s n

t ξω=

=

≈?

（4）稳态误差的计算： 由系统的开环传递函数为:

2

180()0.019o G s s s

=

+

当输入单位阶跃函数时：

180lim ()lim

(0.019)

p o s s K G s s s →→===∞

+

所以稳态误差为：

110

11ss p

e K =

=

=++∞

当输入单位斜坡函数时：

180lim ()lim 9473.68

(0.019)

v o s s K sG s s

s s →→===+

所以稳态误差为：

110.0001

19473.68

ss v

e K ===+

当输入单位加速度函数时：

2

2

180lim ()lim 0

(0.019)

a o s s K s G s s

s s →→===+

所以稳态误差为：

1ss a

e K =

=∞

（5）稳态性能分析

稳态误差是描述系统稳定性能的一种性能指标，在阶跃信号、斜坡信号作用下进行测定和计算。若在时间是无穷时，系统输出量不等于输入量或输入量的确定函数，则存在系统误差。稳态误差是系统控制精度或抗干扰动能力的一种度量。

因为该系统是零型系统，所以对阶跃信号来说是有差误差对单位脉冲信号和其他信号有稳态误差。

()()()

1lim ss s R

e G s H s →∞=

+

可知：()11133

ss e K

∞=

=

+ 故对阶跃信号是有差跟踪，对其他信号：

()ss e ∞=∞

，存在稳态误差。

系统的脉冲响应

3.3 系统的频域分析

由开环传递函数，知道它的频率0()j G ω的表达式如下：

()0(1)(1)

a b c d j m K K K K e G ies T s Ts ω=

++

系统的波特图如图所示：

系统的波特图

由波特图知，由图可知： 截止频率 0.758/c rad s ω=； 相角裕度50.37γ?=； 幅值裕度为dB +∞。

4 系统校正

4.1 超前校正网络

该系统我们要提高它的截止频率，在该系统中加入一个超前校正网络。它的结构图如1所示：

图1

该校正网络的传递函数为：

1()1D T s G s T s

αα+=?

+

其中：

2112

,

1R T R C R R α==

<+

把上式中的拉氏变换和变换成复频率变换，所得的频率变换公式为：

1()1D j T G j j T

ωωααω+=?

+

根据上式的频率特性如下，

(0)(0)0

A α?=??=? ()1()0A ?∞=??∞=?

由图2可以看出：

图2

U i

U 0

R 1 C

R 2

Im

Re

?m

ωm

α

1

G (j ω)

ω→+∞

ω=0

相位角总是超前的，即是m ?>0，轨迹也是半圆的。

1T

1

αT

1

αT

ω

0dB

20lg α

+1

L (ω) 0?

90? ωm

?m

?(ω)

ω

图3

图3就是

1()1D j T G j j T

ωωααω+=?

+

的波德图， 由

()0d d ?ωω

=

1()1D j T G j j T

ωωααω+=?

+ 1

m T

ωα=

1

1sin

1αα

--=+

可知超前校正装置特点：

(1)超前作用； 在m ω处，最大相位超前角m ?，用于补偿原系统相位裕量 c

γ的不足。

(2)前角m ?为低频衰减率α的函数，

1

1sin

1m α?α

--=+，1

1sin 1m α?α

--=+，1sin 1sin m m

?α?-=

+

(3)低频增益补偿

低频衰减率 α 造成对开环增益0K 的衰减，因此，应用时，要串联补偿放大器1

c K α

=

补足。

4.2 计算超前网络的步骤 （1

）做原系统的波德图

由图可知，截止频率 0.758/c rad s ω=；相角裕度50.37γ?= 均略小于所要求的值，所以可以采用超前校正 （2）计算需补偿的相位超前角m

?

在这里我们要求该系统的要求为：

4.5,55c c ω≥γ≥ (5~20)m c co ?γγ=-+

m ??=000

5050.3720

-+

19.63

m ??=

（3）计算衰减率 α

1

1sin

1m α?α

--=+1sin 10.341sin 10.34

m m

?α?--?=

=

++0.49

α?

?≈

4.3 确定新的开环截止频率c ω

如上图所示：

11

20lg

2

()o m

L ωω

α

ω=-

?=

5.4

11

1120lg

20lg

0.32

2

0.49

()

c

db o c L α

ω

ω=?

=-

?=-

?≈-

4.4 确定两转折频率12,ωω

110.49 5.4 3.78

c T ωαω=

=

?=?=

21

11 5.47.710.49

c T

ωωαα

=

=

?=

?=

4.5 补偿增益

1

1.43c K α

=

=

4.6 校正后的开环频率特性

()()()o c L L L ωωω=+ ()()()c o G s G s G s =?

()10.330

10.120.21(61)c s K s

s s α

+=??

+++

故所得的校正过后的开环频率函数为：

()()10.3030

10.120.21(61)

j G

j j j j ωωω

ωω+=

?

+++

4.7 校验计算结果

令()G j ω的模等于1，即是

ωc

L c (ω)

L 0(ω)

ω

12

201lg /α

-1

2

201lg /α 0dB

-1 -2

+1 201lg /α

L (ω) ωc 0

()||1G j ω=

5.46

c ω?=

arctan 0.5arctan 0.34arctan 0.12arctan 8c c c c c ωωωω-?=--

122.03

c ?

?=-

180180122.03c c γ??

=+=-?

57.9755

c γ=>

所得出的校正过后的系统满足给定要求。 当0.49α?=，3T =时，系统校正后的函数为：

180

1()75(0.61)(31)162

1Ts G s s s s Ts α+=

?++++

180

1 1.27()75(0.61)(31)162

13s G s s s s s

+=?

++++

4

3

2

180

1 1.27180228.6()75(0.61)(31)162

13405945495516162

s s

G s s s s s

s s s s ++=

?

=

++++++++

最终得到校正后的图形如图所示:

校正后系统的零极点图

校正后系统的根轨迹图

校正后系统的脉冲响应

锅炉控制系统的组态设计

； 济南铁道职业技术学院 电气工程系 毕业设计指导书 课题名称： 锅炉控制系统的组态设计《 专业电气自动化 班级电气0831 姓名 cmy ~ 设计日期至 指导教师 ly ? 2010、11

济南铁道职业技术学院电气工程系 毕业设计指导书 2010、11 一、设计课题: ！ 锅炉控制系统的组态设计 锅炉设备是工业生产中典型的控制对象，而组态控制技术是当今自动化系统应用广泛的技术之一。本课题采用组态王组态软件设计上位机监控画面，实时监控液位参数，并采用实时趋势曲线显示液位的实时变化。由此组成一个简单的液位控制系统。 二、设计目的： 通过本课题的设计，培养学生利用组态软件、PLC设计控制系统的能力，理解、掌握工业中最常用的PID控制算法，有利于进一步加深《自动控制原理》、《组态软件》和《过程控制》等课程的理解，为今后工作打好基础。 三、设计内容： 掌握锅炉生产工艺，实现锅炉自动控制的手段，利用“组态王”软件做出上位机监控程序，具体有主监控画面、实时曲线、历史曲线；掌握PID参数调整方法。 — 四、设计要求及方法步骤： 1．设计要求： （1）监控系统要有主监控画面和各分系统的控制画面，包括实时曲线、历史曲线和报表等。 （2）各控制画面要有手/自动切换。

（3）掌握PID控制算法。 2．运用的相关知识 （1）组态控制技术。 （2）过程控制技术。 ~ 3．设计步骤： （1）熟悉、掌握锅炉的生产工艺。 （2）设计各分系统的控制方案。 （3）构思系统主监控画面和分画面，包括实时曲线、历史曲线和报表等。 （4）编写设计论文。 五、设计时间的安排： 熟悉题目、准备资料 1周 @ 锅炉控制系统的工艺了解 1周 监控画面的设计 2周 控制算法的编制和系统调试 3周 论文的编写 2周 准备毕业设计答辩 1周 六、成绩的考核 在规定时间内，学生完成全部的设计工作，包括相关资料的整理，然后提交给指导教师，指导教师审阅学生设计的全部资料并初步通过后，学生方可进入毕业答辩环节，若不符合设计要求，指导教师有权要求学生重做。 … 答辩时，设计者首先对自己的设计进行10分钟左右的讲解，然后进行答辩，时间一般为30分钟。 成绩根据学生平时的理论基础、设计水平、论文质量和答辩的情况综合考虑而定。 成绩按优秀、良好、中、及格、不及格五个等级进行评定。

直流自动控制系统B卷 薄涛

东 北 大 学 继 续 教 育 学 院 直流自动控制系统 试 卷（作业考核 线上） B 卷 学习中心： 忻州奥鹏 院校学号：T030163姓名 薄涛 （共 7页） 解： 先计算电动机电动势常数 220152 Φ0.127 V min/r 1500 nom nom a e nom U I R C n --?= ==? 开环系统的静态速降为 ()15(21)354.33 r/min 0.127 nom nom a rec op e e I R I R R n C C ∑+?+?= ===ΦΦ 满足调速要求所允许的静态速降为 ()0.11500 8.33 r/min 120(10.1) nom cl S n n D S ???= ==-- 第一题（15分） 有一V-M 调速系统，电动机参数为nom 2.5 kW P =，nom 220V U =，nom 15A I =， nom 1500 r/min n =，a 2R =Ω；整流装置内阻rec 1R =Ω，触发整流装置的放大倍数s 30K =。要求调速范围D ＝20，静差率S 10%，试求 1. 计算开环系统的静态速降op n ?；（3分） 2. 计算调速要求所允许的静态速降cl n ?；（3分） 3. 采用负反馈组成闭环系统，试画出系统的静态结构图；（3分）

采用转速负反馈系统的稳态结构图 1. 第二题（20分） 某调速系统如下图所示，已知数据为：电动机参数为 nom 30kW P=， nom 220V U=，nom 157.8A I=， nom 1000 r/min n=， a 0.1 R=Ω；整流装置内阻 rec 0.3 R=Ω，触发整流装置 的放大倍数 s 40 K=；最大给定电压* nm 12V U=，当主电路电流最大时，整定 im 45V U=。 系统的设计指标为：D=20，S=10%， 1.5 dbL nom I I =， 1.1 dcr nom I I =。 1. 画出系统的静态结构图；（4分） 2. 计算转速反馈系数；（3分） 3. 计算放大器放大倍数；（4分） 4. 计算电流反馈系数；（3分） 5. 当 20k R=Ω时，求 1 R的数值；（3分） 6. 计算稳压管的击穿电压 com U。（3分）

自控作业答案

第一章习题及答案 1-1 根据题1-1图所示的电动机速度控制系统工作原理图 (1) 将a ，b 与c ，d 用线连接成负反馈状态； (2) 画出系统方框图。 解 （1）负反馈连接方式为：d a ?，c b ?； （2）系统方框图如图解1-1 所示。 1-2 题1-2图是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理，并画出系统方框图。 题1-2图 仓库大门自动开闭控制系统 解 当合上开门开关时，电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压，偏

差电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，将大门向上提起。与此同时，和大门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，大门达到开启位置。反之，当合上关门开关时，电动机带动绞盘使大门关闭，从而可以实现大门远距离开闭自动控制。系统方框图如图解1-2所示。 1-3 题1-3图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。 题1-3图 炉温自动控制系统原理图 解 加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压的平方成正比，增高，炉温就上升，的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压。作为系统的反馈电压与给定电压进行比较，得出偏差电压，经电压放大器、功率放大器放大成后，作为控制电动机的电枢电压。 c u c u c u f u f u r u e u a u 在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C ， 热电偶的输出电压正好等于给定电压。此时，f u r u 0=?=f r e u u u ，故01==a u u ，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。 c u 当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程：

自动控制原理答案

第一章 习题答案 习 题 1-1 根据题1-1图所示的电动机速度控制系统工作原理图 (1) 将a ，b 与c ，d 用线连接成负反馈状态； (2) 画出系统方框图。 1-2 题1-2图是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理，并画出系统方框图。 题1-2图 仓库大门自动开闭控制系统 1-3 题1-3图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理，指出 被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。 题1-3图 炉温自动控制系统原理图 1-4 题1-4图是控制导弹发射架方位的电位器式随动系统原理图。图中电位器1P 、2 P

并联后跨接到同一电源0 E 的两端，其滑臂分别与输入轴和输出轴相联结，组成方位角的给定元件和测量反馈元件。输入轴由手轮操纵；输出轴则由直流电动机经减速后带动，电动机采用电枢控制的方式工作。 试分析系统的工作原理，指出系统的被控对象、被控量和给定量，画出系统的方框图。 题1-4图导弹发射架方位角控制系统原理图 1-5 采用离心调速器的蒸汽 机转速控制系统如题1-5图所示。 其工作原理是：当蒸汽机带动负载 转动的同时，通过圆锥齿轮带动一 对飞锤作水平旋转。飞锤通过铰链 可带动套筒上下滑动，套筒装有平 衡弹簧，套筒上下滑动时可拨动杠 杆，杠杆另一端通过连杆调节供汽 阀门的开度。在蒸汽机正常运行 时，飞锤旋转所产生的离心力与弹簧的反弹力相平衡，套筒保持某个高度，使阀门处于一个平衡位置。如果由于负载增大使蒸汽机转速 ω下降，则飞锤因离心力减小而使套筒向下滑动，并通过杠杆增大供汽阀门的开度，从而使蒸汽机的转速回升。同理，如果由于负载减小使蒸汽机的转速 ω增加，则飞锤因离心力增加而使套筒上滑，并通过杠杆减小供汽阀门的开度，迫使蒸汽机转速回落。这样，离心调速器就能自动地抵制负载变化对转速的影响，使蒸汽机的转速 ω保持在某个期望值附近。 指出系统中的被控对象、被控量和给定量，画出系统的方框图。 1-6 摄像机角位置自动跟踪系统如题1-6图所示。当光点显示器对准某个方向时，摄像机会自动跟踪并对准这个方向。试分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量及给定量，画出系统方框图。 题1-5图蒸汽机转速自动控制系统

2014年工业自动控制系统装置制造业简析

2014年工业自动控制系统装置制造业简析 一、行业监管体制、主要法律法规及政策 (2) 1、行业主管部门及监管体制 (2) 2、主要法律法规及产业政策 (2) 二、行业概况 (3) 三、上下游产业链结构 (4) 四、行业竞争格局 (5) 五、影响行业发展的因素 (6) 1、有利因素 (6) （1）国家产业政策支持 (6) （2）通用机械行业的巨大需求 (7) 2、不利因素 (8) （1）行业标准欠缺、多为非标准化产品影响产业发展 (8) （2）通用机械行业转型升级的挑战 (8) 六、市场需求及变动趋势 (8) 1、市场需求情况 (8) （1）各行业技术改造带来的需求 (9) （2）国家政策及技术进步支持带来的需求 (9) （3）供需不对称带来的需求 (9) （4）传统产业的竞争带来的新需求比如汽车行业的带动 (10) 2、行业市场容量及其变动情况 (10) 七、行业风险 (12) 1、宏观经济风险 (12) 2、下游行业需求变化风险 (12)

一、行业监管体制、主要法律法规及政策 1、行业主管部门及监管体制 专用设备制造业的监管单位是工信部及其下属分支机构，该部门侧重于行业宏观管理，目前该行业尚未设立行业协会。公司产品不涉及须取得主管政府部门专门许可的项目。 2、主要法律法规及产业政策 （1）产业结构调整指导目录（2011年本）（2013年修正） 鼓励类：“十四、机械”之“4、数字化、智能化、网络化工业自动检测仪表与传感器，原位在线成份分析仪器，具有无线通信功能的低功耗智能传感器，电磁兼容检测设备，智能电网用智能电表（具有发送和接收信号、自诊断、数据处理功能），光纤传感器” （2）《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》之“三、重点发展方向和主要任务”之“（四）高端装备制造产业”：“5.智能制造装备产业。重点发展具有感知、决策、执行等功能的智能专用装备，突破新型传感器与智能仪器仪表、自动控制系统、工业机器人等感知、控制装置及其伺服、执行、传动零部件等核心关键技术，提高成套系统集成能力，推进制造、使用过程的自动化、智能化和绿色化，支撑先进制造、国防、交通、能源、农业、环保与资源综合利用等国民经济重点领域发展和升级。” （3）《高端装备制造业“十二五”发展规划》之“四、重大工程与

工业炉温自动控制系统

一、设计题目 要求： 1．查阅相关资料，分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。 2．分析系统每个环节的输入输出关系，代入相关参数求取系统传递函数。 3．分析系统时域性能和频域性能。 4．运用根轨迹法或频率法校正系统，使之满足给定性能指标要求。（已知条件和性能要求待定） 二、设计报告正文 摘要：炉温控制系统---是指根据炉温对给定温度的偏差，自动接通或断开供给炉子的热源能量，或连续改变热源能量的大小，使炉温稳定有给定温度范围，以满足热处理工艺的需要。炉温自动控制用热电偶测量温度，与给定温度进行比较，将偏差信号放大后作为驱动信号，通过电机、减速器调节加热器上的电压来实现准确的温度控制。本文经过正确分析系统工作过程，建立系统数学模型，画出系统结构图后，设计与校正前系统性能分析和可采取的解决方案、方法及分析。运用matlab软件进行复杂的系统时域验证和计算机仿真，通过具体设计校正步骤、思路、计算分析过程和结果，对于炉温控制系统的研究与改进具有现实意义。 关键字炉温控制系统系统校正 matlab软件

（一）工业炉温自动控制系统的工作原理 加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比，c u 增高，炉温就上升，c u 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压f u 。f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较，得出偏差电压e u ，经电压放大器、功率放大器放大成a u 后，作为控制电动机的电枢电压。 在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C ，热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压r u 。此时，0e r f u u u =-=，故1a u u =，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使c u 保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。 当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程： 控制的结果是使炉膛温度回升，直至T °C 的实际值等于期望值为止。 → 系统中，加热炉是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压r u （表征炉温的希望值）。系统方框图见下图：

当代工业自动化控制系统的集成信息平台设计

当代工业自动化控制系统的集成信息平台设计 摘要：目前，我国的国民经济在高速的发展，我国的工业在不断地完善，随着 我国工业化程度的发展，传统的手工工业和以老式机械控制为主的工业生产都会 耗费大量的人力物力，已经无法适应工业发展的需要。但是我国目前的自动化控 制系统在运营管理、软件规划等方面仍存在一些问题，特别是有关工业自动化控 制系统的集成信息平台设计，还存在很大的发展空间。针对上述背景，对当代工 业过程自动化控制系统的集成信息平台进行设计，为当代工业过程提供更多的技 术支持。 关键词：工业过程；自动化；控制系统；集成信息平台 引言 随着社会的发展和科技的进步，工业生产过程自动化越来越受到国家和民众 的重视。随着我国工业市场发展的越来越快，集成信息平台作为一种使用c语言 构件的分布式框架，在当代工业过程中发挥的作用也是十分显著的，可以有效推 动企业的信息化建设。 1控制系统的多元化 1.1现场总线的崛起 多年以来，工业自动化领域的过程控制体系历经基地式仪表控制系统、电动 单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统（DCS）等4代过程控制系统，当前我国工业自动化的主流水平即处于以PLC为基础的DCS系 统阶段。与早期的一些控制系统相比，DCS系统在功能和性能上有了很大进步， 可以在此基础上实现装置级、车间级的优化和分散控制，但其仍然是一种模拟数 字混合系统，从现场到PLC或计算机之间的检测、反馈与操作指令等信号传递， 仍旧依靠大量的一对一的布线来实现。 现场总线是应用在生产现场的全数字化、实时、双向、多节点的数字通信系统。现场总线技术将专用的CPU置入传统的测控仪表，使它们各自都具有数字计 算和通信能力，即所谓“智能化”，采用可进行简单连接的双绞线、同轴电缆等作 为联系的纽带，把挂接在总线上作为网络节点的多个现场级测控仪表连接成网络，并按公开、规范的通信协议，使现场测控仪表之间及其与远程监控计算机之间实 现数据传输与信息交换，形成多种适应实际需要的控制系统。 1.2现场总线的新动向 长期以来的标准之争，实际上已延缓了现场总线的发展速度。为了加快新一 代系统的发展，人们开始寻求新的出路，一个新的动向是从现场总线转向Ethernet，用以太网作为高速现场总线框架的主传。以太网是计算机应用最广泛 的网络技术，在IT领域已被使用多年，已有广泛的硬、软件开发技术支持，更重 要的是启用以太网作为高速现场总线框架，可以使现场总线技术和计算机网络技 术的主流技术很好地融合起来。为了促进Ethernet在工业领域的应用，国际上成 立了工业以太网协会，开展工业以太网关键技术的研究。 2当代工业自动化控制系统的集成信息平台硬件设计 2.1集中监控设计 为了将系统的各个功能有机结合在一起，使各个系统的作用得到最大化的发挥，因此设计了集中监控方式。集中监控方式的目的在于对工业生产过程中的全 部电气设备进行监控，以保证各个生产环节的有序进行。并且这种集中监控系统 运行简单，便于维修，以最小的投入实现各个设备的统一管理。

工业自动化仪表及控制装置设备的分类标准及基础知识

工业自动化仪表及控制装置设备的分类标准及基础知识！ 随着生产规模的不断扩大和生产技术的发展，对生产过程自动化水平提出了越来越高的要求。因此，工业仪表也经历了一个从无到有、由简单到复杂，由单一功能向多功能的发展过程。从最初的只能在现场测量并显示温度（如玻璃温度计）、压力（如U形管压力计）、流量（如玻璃转子流量计）、液位（如玻璃管液位计）的就地检测仪表和只能进行简单控制的就地调节器，逐步向远传集中显示、远程控制的方向发展。除检测各种参数的检测元件和检测仪表愈加齐全外，过程控制仪表的发展更是日新月异，经历了由气动单元组合仪表、电动单元组合仪表、电子式综合控制装置到工业计算机控制系统的飞跃。 工业自动化仪表品种繁多，从信息的获得、传递、反映和处理的过程把工业自动化仪表分为五大类；（1）检测仪表；（2）显示仪表；(3)控制仪表；（4）执行器；（5）集中监测与控制装置。检测仪表生产过程中，介质在设备、管道不同部位的温度、压力、流量、物位以及其他物理量瞬息万变，始终处于变化之中。检测仪表就是用以检测上述物理量在每个瞬间的量值。按照所测量工艺参数的不同，检测仪表可分为如下几种：1．温度仪表：常用的温度测量仪表有玻璃温度计、双金属温度计、压力式（温包）温度计、

温度开关、热电偶、热电阻，还有辐射高温计及光学高温计、光电比色高温计等辐射式温度计。 2．压力仪表：压力测量仪表用于检测压力、真空和压差。根据其工作原理可分为：弹性式压力计（按其弹性元件又分为弹簧管压力计、膜片压力计、膜盒压力计、压力开关等）；传感式压力计（如电阻式、电容式、电感式、霍尔式 压力计等）；液柱式压力计（如U形管、直管、倾斜管压力计)；还有精度较高通常用于校验标准压力表的活塞式压力计。 3．流量仪表：流量测量仪表品种繁多，目前应用最为 广泛的是由节流装置和与其配套的差压流量变送器。常用的节流装置有孔板、喷嘴和文丘里管。其他常用的流量仪表还有水表、转子流量计、椭圆齿轮流量计、靶式流量计、电磁流量计、旋涡流量计、阿钮巴流量计、质量流量计等。 4．物位仪表：物位仪表主要测量塔器和槽、罐类容器 内某种介质的液位或两种不同比重液体的界面及固体物料 的料位。液位计中最为常见的是玻璃管液位计、玻璃板液位计，其他还有差压式液位计和浮力式液位计（如浮球液位计、液位开关、浮筒液位计、浮标液位计、钢带液位计、储罐液位称重仪等）。用于固体物料料位检测的有电阻式料位计、 电容式料位计、物位开关、重锤探测物位计、音叉料位计、超声波物位计、放射性料位计等。 5．成分分析仪表：成分分析仪表用于检定工艺介质的

火力发电厂锅炉自动控制系统

火力发电厂锅炉给水自动控制系统 工业锅炉的汽包水位是运行中的一个重要参数，维持汽包水位是保持汽轮机和锅炉安全运行的重要条件，锅炉汽包水位过高会造成汽包出口蒸汽中水分过多，使过热器受热面结垢而导致过热器烧坏，同时还会使过热汽温急剧变化，直接影响机组运行的经济性和安全性；汽包水位过低则可能导致锅炉水循环工况破坏，造成水冷壁管供水不足而烧坏。 1.串级三冲量给水控制 如今的汽包水位自动控制基本上都是通过分散控制系统（DCS）来实现的，而控制策略基本上已串级三冲量给水控制为主，单回路调节已不能适应大型锅炉汽包水位的控制，如今已很少采用，串级三冲量给水控制由于引入了蒸汽流量和给水流量信号，对快速消除，平衡水位有着明显的效果，因此被广泛采用。 1.1 串级三冲量给水控制系统工作原理 如图 4.1 所示，串级三冲量给水控制系统由主调节器PI1(控制器1)和副调节器PI2（控制器2）串联构成。主调节器接受水位信号H f为主控信号，其输出去控制副调节器。副调节器接受主调节器信号I H外，还接受给水量信号I W和蒸汽流量信号I D。副调节器的作用主要是通过内回路进行蒸汽流量D 和给水流量W 的比值调节，并快速消除水侧和汽侧的扰动。主调节器主要是通过副调节器对水位进行校正，使水位保持在给定值。 串级三冲量给水控制系统有以下特点：两个调节器任务不同，参数整定相对独立。主调节器的任务是校正水位，副调节器的任务是迅速消除给水和蒸汽流量扰动，保持给水和蒸汽量平衡。给各整定值的整定带来很大的便利条件。在负荷变化时，可根据对象在内外扰动下虚假水位的严重程度来适当调整给水流量和蒸汽流量的作用强度，更好的消除虚假水位的影响，改善蒸汽负荷扰动下水位控制的品质。给水流量和蒸汽流量的作用强度之间是相互独立的，这也使整定工作更加方便自由。

自动控制原理作业答案1-7(考试重点)演示教学

红色为重点（2016年考题） 第一章 1-2仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理，并画出系统方框图。 解当合上开门开关时，电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压，偏差电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，将大门向上提起。与此同时，和大门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，大门达到开启位置。反之，当合上关门开关时，电动机反转带动绞盘使大门关闭，从而可以实现大门远距离开闭自动控制。系统方框图如下图所示。 1-4 题1-4图为水温控制系统示意图。冷水在热交换器中由通入的蒸汽加热，从而得到一定温度的热水。冷水流量变化用流量计测量。试绘制系统方块图，并说明为了保持热水温度为期望值，系统是如何工作的？系统的被控对象和控制装置各是什么？ 解工作原理：温度传感器不断测量交换器出口处的实际水温，并在温度控制器中与给定温度相比较，若低于给定温度，其偏差值使蒸汽阀门开大，进入热交换器的蒸汽量加大，热水温度升高，直至偏差为零。如果由于某种原因，冷水流量加大，则流量值由流量计测得，通过温度控制器，开大阀门，使蒸汽量增加，提前进行控制，实现按冷水

流量进行顺馈补偿，保证热交换器出口的水温不发生大的波动。 其中，热交换器是被控对象，实际热水温度为被控量，给定量（希望温度）在控制器中设定；冷水流量是干扰量。 系统方块图如下图所示。这是一个按干扰补偿的复合控制系统。 1-5图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量及各部件的作用，画出系统方框图。 解加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压Uc的平方成正比，Uc增高，炉温就上升，Uc 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压Uf。Uf作为系统的反馈电压与给定电压Ur进行比较，得出偏差电压Ue，经电压放大器、功率放大器放大成au后，作为控制电动机的电枢电压。 在正常情况下，炉温等于某个期望值T°C，热电偶的输出电压Uf正好等于给定电压Ur。此时，Ue=Ur-Uf=0，故U1=Ua=0，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使Uc保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。 当炉膛温度T°C由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程,控制的结果是使炉膛温度回升，直至T°C的实际值等于期望值为止。 系统中，加热炉是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压ru（表征炉温的希望值）。系统方框图见下图。

浅谈工业自动化控制系统中的智能控制

浅谈工业自动化控制系统中的智能控制 ——郝庆超 在自动化（automation）不断完善和发展的今天，自动化水平已经成为衡量企业现代化水平的一个重要标准，而自动化的一个重要分支——工业自动化，更是生产型企业提高生产效率，稳定产品质量的重要手段。我国的自动化发展历程也经历了以“观测”为主的第一阶段，以“观测”并“人为反应”的第二阶段，已经逐渐进入到“自动测量自动反应”的第三阶段。这些进步，同时需要控制理论和实践的完善，智能控制（intelligent controls）作为现代控制理论基础上发展起来的新型控制理论，已经广泛应用于各个自动化领域，全自动洗衣机就是典型的智能控制自动化的例子。 一个控制系统包括控制器（controller）、传感器（sensor）、变送器（transmitter）、执行机构（final controlling element）、输入输出接口（I/0 interface）五部分组成。控制器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器，这样完成了一次正常的运算控制操作。 按照自动控制有无针对对象来划分，自动控制可分为“开环控制”和“闭环控制”。区分“开环控制”和“闭环控制”最直接的办法是看是否有最终对象的反馈，当然这个反馈不是人为直观观察的。例如向一个容器里加水，有水位测量设备，水位到达设定的高度，水龙头自动关断，这就是“闭环控制”；如需人为的看水是否到了设定的高度，而去人为的关水龙头，这就是“开环控制”。当然，智能控制，目标是不需要人为干预，所以，我们可以简单的认为“开环控制”是人为干预控制，不能完全体现智能控制的特点，所以在这里不去深究它。“闭环控制”按照执行机构的不同，可分为“状态闭环控制”和“调节闭环控制”。区分“状态闭环控制”和“调节闭环控制”的办法是看对执行机构的作用方式，如上例中，如果水龙头是开关两位的，在水位到达设定的高度，自动关断水龙头，则此为“状态闭环控制”；如果水龙头是可调节的，根据水位高度的不同，调节水龙头开度的大小，通过加水量的不同，让水位保持平衡，此为“调节闭环控制”。 目前工业自动化控制中，“状态闭环控制”多用于保护类控制，例如汽机的ETS，锅炉的MFT，化工的ESD，水泵保护等等。其优点是反应比较快，控制器本身不需要复杂的计算，通过逻辑运算基本可以实现；其缺点是一旦收到的反馈信号为假信号，则按照假信号进行动作，工程上多称之为“误动”。由于动作迅速（一般是以“毫秒”为单位进行计算），所以一旦误动产生，无法在执行之前或之中做出人为反应处理，只能事后补救，而一些重要的保护一旦产生误动，其影响和损失都是比较大的。针对这个问题，根据现场“状态闭环控制”的重要性和损失性，需要将反馈信号进行品质判断处理，判断出信号的真实性，如果是假信号，则保持原信号不变，不触发执行机构工作，避免误动。而且几乎所有的“状态闭环控制”都有是否允许执行的开关，即联锁按钮。联锁按钮可根据实际情况，屏蔽控制内容，这样就可以部分的对其进行提前控制，把误动的可能性减到最低。 “调节闭环控制”相对“状态闭环控制”要复杂一些，需要控制器进行复杂的运算，计算出输出的结果给执行机构，执行机构进而调节被调节对象。从时间上来讲，“调节闭环控制”是不间断的时时进行计算和输出，其周期决定于控制器的运算周期。“调节闭环控制”需要人为或通过系统计算给定一个被控制对象的理想的状态数值（给定值set value，简写为S），控制器会比较实际的被控制对象的数值（测量值practical value，简写P）与给定值之间的偏差，并计算出输出到执行机构的值（输出值output value，简写O）给执行机构，执行机构变化，使测量值改变，控制器再次比较测量值与给定值的偏差（以下简称偏差），进行下一循环的计算并输出。“调节闭环控制”一般常用的控制方式是“比例积分微分控制”即“PID控制”或“PID调节”。PID控制器就是根据偏差，利用比例（proportional）、积分（integration）、微分（differentiation）计算出控制量进行控制的。PID控制器问世至今已有近几十年的历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。很多盘装仪表控制器就具备很好的带有记忆功能的PID控制功能。“调节闭环控制”对控制系统中各个

自动控制原理课后答案西工大版

一、 习 题 及 解 答 第1章习题及解答 1-1 根据图1-15所示的电动机速度控制系统工作原理图，完成： (1) 将a ，b 与c ，d 用线连接成负反馈状态； (2) 画出系统方框图。 解 （1）负反馈连接方式为：，d a ?c b ?； （2）系统方框图如图解1-1 所示。 1-2 图1-16是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开、闭的工作原理，并画出系统方框图。 图1-16 仓库大门自动开闭控制系统 解 当合上开门开关时，电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压，

偏差电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，将大门向上提起。与此同时，和大门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，大门达到开启位置。反之，当合上关门开关时，电动机带动绞盘使大门关闭，从而可以实现大门远距离开闭自动控制。系统方框图如图解1-2所示。 1-3 图1-17为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。 图1-17 炉温自动控制系统原理图 解 加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比，c u 增高，炉温就上升，c u 的高低由调压器滑动触点的位置，该触点由可逆转的直流电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压f u 。f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较，得出所控制偏差电压，经电压放大器、功率放大器放大成后，作为 况下，炉温等于某个期望值e u a u 控制电动机的电枢电压。 在正常情T °C ，热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压r u 。此时，0=?=f r e u u u 故01，==a u u ，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使c u 保持一定的数值。这时，炉子散失量正好等于从加热器吸的热取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。 当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以

工业自动化控制技术简析

工业自动化控制技术简析 1，前言 工业电气自动化这个专业从50年代开始在我国出现并发展。虽然国家对该专业做了几次大规模的调整，但由于其专业面宽，适用性广，一直到现在仍然焕发着勃勃生机。工业自动化控制主要利用电子电气、机械、软件组合实现。主要是指使用计算机技术，微电子技术，电气手段，使工厂的生产和制造过程更加自动化、效率化、精确化，并具有可控性及可视性。 2.工业电气自动化的发展现状 2.1lE C61 13l标准使得编程接口标准化。目前，世界上有200多家PLC厂商，近400种PL C产品，不同产品的编程语言和表达方式各不相同，IEC*****使得各控制系统厂商的产品的编程接口标准化。*****l同时定义了它们的语法和语义。这就意味着不会有其他的非标准的方言。 2.2Windows正成为事实上的工控标准平台微软的技术如Windows NT、WindOWSCE和IntemetExplore已经正在成为工业控制的标准平台、语言和规范。PC和网络技术已经在商业和企业管理中得到普及。在工业自动化领域，基于PC的人机界面已经成为主流，基于PC的控制系统以其灵活性和易于集成的特点正在被更多的用户所采纳。 3、工业自动化控制系统的特点 用电设备分别安装在各配电室和电动机控制中心，所要执行的信息处理任务庞大，而维修工作也相对复杂。它与热工系统相比，电气设备操作的频率低，一些系统设备在维持正常运行时，可以经过好几个月甚至更长的时间再操作一次；电气设备所需要的保护装置要求高，动作速度快，一个保护动作通常要在40ms以内完成。电气设备的构造机构本身具有联锁逻辑较简单、操作机构复杂的特点，而控制方式

直流自动控制系统

自动控制系统 第一题 带有电流截止负反馈的单闭环调速系统，电动机参数为：U nom =220V ，I nom =32A ，n nom =1350rpm ，电枢电阻R a =0.66Ω，整流装置K s =30，电枢回路总电阻R ∑=0.8Ω，生产机械要求：调速范围D ＝30，静差率S ≤0.1 1. 画出系统静态结构图； 2. 求开环系统静态速降?n op ，调速要求所允许的静态速降?n cl ； 3. 当给定电压U n *=10V 时，n =n nom ，求闭环系统开环放大倍数K ，调节器的放大倍数K P ，速度反馈系数α； 4. 若截止电压U com =9V ，堵转电流I dbL =2.2I nom ，求电流反馈系数β，截止电流 I dcr 。 1） 2） 3） 当时，代入 nom nom a 220320.66 0.147V min/r 1350 e nom U I R C n Φ--?= =≈?nom op 320.8 174.15r/min 0.147e R I n C Φ∑???===nom cl (1) S n D n S ?= ?-nom cl 0.11350135 5r/min (1)30(10.1)27 S n n D S ??∴?= ===--* n 10V U =nom 1350rpm n n ==n U n α=100.0074V min/r 1350 n nom U n α*≈=≈?op cl 174.15 1133.835 n K n ?= -= -=?p s e K K K C αΦ ??=

4） 当电动机堵转时 或忽略R ∑ 第二题 转速、电流双闭环无静差调速系统，电动机nom 220V U =，nom 20A I =，nom 1000rpm n =，整流装置内阻rec 0.5R =Ω，电动机电枢电阻a 0.5R =Ω，电动机过载倍数2λ=，整流装置放大倍数s 24K =，系统最大给定电压、速度调节器的 限幅值与电流调节器的输出限幅值** nm im ctm 10V U U U ===。 1．求以下各量 （1）α= （2）β= （3）e C Φ= 2．当电动机在额定负载、额定转速下稳定运行时， 求如下各量： （1）*i U = （2）ct U = （3）n U = 3．电动机在额定状态下运行时，转速反馈线突然断开，求稳态时各量： （1）*i U = （2）i U = （3）ct U = （4）n = 4．当电动机发生堵转时，求系统稳态时如下各量： （1）*i U = （2）i U = p s 33.830.147 22.4300.0074 e K C K K Φα??∴= =≈??0n =*p s n com dbL p s () K K U U I R K K β ∑??+= +??1090.8 2.23222.4300.27/n com dbL p S R U U I K K V A β* ∑ +∴=-+= - ??≈nom dbr 9 33.330.27 U I A β = = =com dbL ()1090.27/2.232 n U U V A I β*++≈=≈?

工业自动化控制系统介绍

工业自动化控制系统 工业自动化控制系统一般用于监控生产流程或生产环境。这些自动化系统不断从生产线上的传感器接收连续数据(电荷耦和传感器相机)，然后在通过客户专用的图像识别算法之前过滤这些数据。这些图像识别模块允许自动化系统识别生产过程中的不同状态。例如生产线上没有产品或者是存在缺陷的产品。这些信息被传送到主机。由主机控制加速或者减慢生产线速度，或在生产线上对特定部分生成产生阻碍。 图1显示了一个典型的工业自动化系统。包含有具有自主知识产权(IP)核的Altera器件，可以帮助减少开发所需的成本、增加设计的灵活性并且缩短工业自动化应用的开发周期。设计工程师还可以轻松的放置32位的Nios? 软核处理器于Cyclone?器件中，可以帮助他们灵活的实现应用中所需的外设功能。并达到所需要的内核性能。工程师可以灵活的配置系统的成本和性能，以获得一个低端、低成本的从系统或是一个在速度和外设需求上经过优化的高端的、高性能的系统。 图1.典型的工业自动化系统 注释 1. FIR = 有限脉冲响应 2. UART = 通用异步收发器 Cyclone器件能够在工业自动化系统中实现多种不同的应用。32位Nios嵌入式处理器可以作为控制器组件应用，减轻主机系统的任务。根据系统的要求实现各种接口控制系统，例如以太网媒体存储控制器(MAC)、局域网控制器(CAN)或是Profibus控制器。用Altera提供了IP来实现10/100M以太网媒体存取控制(MAC)和局域网控制器，更进一步的缩短了设计周期。Cyclone器件中的M4K M-RAM块可以实现缓冲器功能应用，并且应用Cyclone器件中的Altera的IP核可以实现FIR过滤器和UART功能，最终得到一个完整的工业自动化解决方案。设计工程师可以应用Altera的IP核结合Nios来加速他们的设计使他们可以花更多精力去关注在系统设计的其他部分。除此之外，将独立器件的功能集成到单一的Cyclone器件中还可以减少电路板上的独立器件的数量，减少开发时间，而且有效的降低了产品的成本。 Cyclone器件凭借其高效的器件结构在对成本敏感的工业应用中达到了性能和成本的统一。Cyclone系列器件和Altera的其一系列功能互补的产品和方案为工业应用的设计师提供了用超低价格来实现超高性能应用的可能性。

工业炉温自动控制系统

1 设计题目 要求： 1．查阅相关资料，分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。 2．分析系统每个环节的输入输出关系，代入相关参数求取系统传递函数。 3．分析系统时域性能和频域性能。 4．运用根轨迹法或频率法校正系统，使之满足给定性能指标要求。（已知条件和性能要求待定）

摘要 炉温控制系统---是指根据炉温对给定温度的偏差，自动接通或断开供给炉子的热源能量，或连续改变热源能量的大小，使炉温稳定有给定温度范围，以满足热处理工艺的需要。炉温自动控制用热电偶测量温度，与给定温度进行比较，将偏差信号放大后作为驱动信号，通过电机、减速器调节加热器上的电压来实现准确的温度控制。本文经过正确分析系统工作过程，建立系统数学模型，画出系统结构图后，设计与校正前系统性能分析和可采取的解决方案、方法及分析。运用matlab软件进行复杂的系统时域验证和计算机仿真，通过具体设计校正步骤、思路、计算分析过程和结果，对于炉温控制系统的研究与改进具有现实意义。 关键字炉温控制系统系统校正 matlab软件

1 工业炉温自动控制系统的工作原理 加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比，c u 增高，炉温就上升，c u 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触 点由可逆转的直流电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压f u 。 f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较，得出偏差电压e u ，经电压放大器、功率放大器放大成a u 后，作为控制电动机的电枢电压。 在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C ，热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压r u 。此时，0e r f u u u =-=，故1a u u =，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使c u 保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。 当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程： 控制的结果是使炉膛温度回升，直至T °C 的实际值等于期望值为止。 ?→T C ?→↑→↑→↑→↑→↑→↓→↓T u u u u u c a e f θ1C ↑ 系统中，加热炉是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压r u （表征炉温的希望值）。系统方框图见下图：

直流自动控制系统B卷谭树彬(2)

东 北 大 学 继 续 教 育 学 院 直流自动控制系统 试 卷（作业考核 线上） B 卷 学习中心： 院校学号： 姓名 （共 3 页） 第一题（15分） 有一V-M 调速系统，电动机参数为nom 2.5 kW P =，nom 220V U =，nom 15A I =，nom 1500 r/min n =，a 2R =Ω；整流装置内阻rec 1R =Ω，触发整流装置的放大倍数s 30K =。要求调速范围D ＝20，静差率S ≤10%，试求 1. 计算开环系统的静态速降op n ?；（3分） 2. 计算调速要求所允许的静态速降cl n ?；（3分） 3. 采用负反馈组成闭环系统，试画出系统的静态结构图；（3分） 4. 调整该系统，使* n 20V U =时转速1000 r/min n =，此时转速反馈系数应为多少（可认为* n n U U ≈）？（3分） 5. 计算所需放大器的放大倍数。（3分）

第二题（20分） 某调速系统如下图所示，已知数据为：电动机参数为nom 30kW P =，nom 220V U =，nom 157.8A I =，nom 1000 r/min n =，a 0.1R =Ω；整流装置内阻rec 0.3R =Ω，触发整流装置的 放大倍数s 40K =；最大给定电压* nm 12V U =，当主电路电流最大时，整定im 45V U =。系统的设计指标为：D =20，S =10%， 1.5dbL nom I I =， 1.1dcr nom I I =。 1. 画出系统的静态结构图；（4分） 2. 计算转速反馈系数；（3分） 3. 计算放大器放大倍数；（4分） 4. 计算电流反馈系数；（3分） 5. 当020k R =Ω时，求1R 的数值；（3分） 6. 计算稳压管的击穿电压com U 。（3分）

工业自动化控制系统

多年质保操作简单方便快捷—————————————————————————————————————————————我们人类每天的工作时间都有一定的限制，正常为8小时工作制，在有些工业生产领域，人工工作速度赶不上生产需要，但是机器可以不停歇的工作，能够大大提高生产效率。因而自动化控制系统的逐步完善也是社会发展的产物，接下来由安徽泰珂森智能装备科技有限公司为您简单介绍其应用，希望能给您带来一定程度上的帮助。 1，过程自动化：石油炼制和化工等工业中流体或粉体的化学处理的自动化控制。一般采用由检测仪表、调节器和计算机等组成的过程控制系统，对加热炉、精馏塔等设备或整个工厂进行最优控制。采用的主要控制方式有反馈控制、前馈控制和最优控制等。 2，机械制造自动化：这是机械化、电气化与自动控制相结合的结果，处理的对象是离散工件。早期的机械制造自动化是采用机械或

多年质保操作简单方便快捷————————————————————————————————————————————— 电气部件的单机自动化或是简单的自动生产线。20世纪60年代以后，由于电子计算机的应用，出现了数控机床、加工中心、机器人、计算机辅助设计、计算机辅助制造、自动化仓库等。研制出适应多品种、小批量生产型式的柔性制造系统（FMS）。以柔性制造系统为基础的自动化车间，加上信息管理、生产管理自动化，出现了采用计算机集成制造系统（CIMS）的工厂自动化控制系统。 3，管理自动化：工厂或事业单位的人、财、物、生产、办公等业务管理的自动化控制，是以信息处理为核心的综合性技术，涉及电子计算机、通信系统与控制等学科。一般采用由多台具有高速处理大量信息能力的计算机和各种终端组成的局部网络。 安徽泰珂森智能装备科技有限公司集机械手、工业机器人系统集