控制系统设计

附录1：设计报告封面

辽宁工程技术大学

二○一五～二○一六学年第一学期《自动控制原理》综合训练项目二

报告书

题目：控制系统设计

班级：电网13-1

学号：1305080116

姓名：苏小平

指导教师：邱彬

二○一五年十二月

附录Ⅱ：设计报告内封——设计任务书

一题目、任务及要求

已知：某单位负反馈系统的开环传递函数 ()()()1110K

G s H s s s s =

??

++ ?

??

，利用时

域分析法，根轨迹法和频率分析法分析系统，并用频域法设计控制器。

1、 第一阶段设计任务：时域分析法

1） 利用劳斯判据，求K 的稳定域；若要保持系统特征根都在1s =-的左侧，求K 的取值

范围。

2）计算当5K =时，将此三阶系统近似为二阶系统，并计算系统的暂态特性指标，超调量，调节时间。

3） 当输入为单位斜坡信号时，计算系统的稳态误差。

2、第二阶段设计任务：根轨迹法 1）绘制系统根轨迹图。

2）利用根轨迹图，求系统临界稳定时的K 值。 3

）应用主导极点的概念，计算ξ=时，系统的超调量和调节时间。

3、第三阶段设计任务：频域分析法

1） 当10K =时，绘制系统开环幅相特性，应用奈奎斯特稳定判据判定系统的稳定性。 2） 当10K =时，绘制系统对数频率特性曲线，并计算相角稳定裕量和幅值稳定裕量，并根据相角裕量和幅值裕量判定系统稳定性。 3）

4、第四阶段设计任务：频域法校正设计

要求系统在单位斜坡输入下稳态误差小于0.02，且相位裕量()45c γω≥

，请利用串联

校正方法，设计控制器()c G s ,并写出控制器的实现方式。

二报告及书写内容要求

课程设计任务完成后，每位同学必须独立书写一份课程设计报告，注意：不得抄袭他人的报告（或给他人抄袭），一旦发现，成绩为零分。

（一）内容要求

1)分析过程完整，计算正确，利用MATLAB进行结果验证；

2)设计要求，说明串联校正的设计思路（滞后校正，超前校正）；

3)详细设计（包括的图形有：串联校正结构图，校正前系统的Bode图，校正装置的Bode

图，校正后系统的Bode图）；

4)MATLAB编程代码及运行结果（包括图形、运算结果）；

5)校正实现的电路图及仿真实验结果（校正前后系统的阶跃响应图－MATLAB或SMULINK

辅助设计）；

6)校正前后的系统性能指标的计算；

7)总结（包括课程中的学习体会与收获、对本次综合训练项目设计的认识等内容）。（二）格式字体要求

1） A4文档输出（保留电子文档）；

2）每部分另起一行，1.5倍行距；

3）公式需用公式编辑器编辑

三评分细则

指导老师负责验收结果。结合学生的工作态度、答辩情况、创新精神和设计报告等进行综合考评，公正给分。每名同学的报告都会上传到公共邮箱进行展示。

1）内容完整度5分

2）分析设计准确性8分。

3）创新突破2分——具有相对于教师所讲的分析设计方法较新的设计理念的（酌情给分）。

4）答辩5分。

【答辩不合格的适当扣分】

【备注：提交实物作品的学生酌情给予加分】

四题目：

已知：某单位负反馈系统的开环传递函数 ()()()1110K

G s H s s s s =

??

++ ?

??

，利用时域分析法，

根轨迹法和频率分析法分析系统，并用频域法设计控制器。

五、求解过程如下：

第一阶段：时域分析法

单位负反馈系统的开环传函为：)

11.0)(1()()(++=

S S S K

s H s G

1）利用劳斯判据，求K 的稳定域

特征方程k s s s s +++=2

310

11101)(D Roth 表：

3

S 101

1 2S 1011 K

1S

1111K

- 0 0S

K

线性系统稳定的充要条件：表中第一列各值为正，出现负值即表现系统不稳定。

当系统不稳定时，首列元素中符号改变的次数，代表特征方程的正实部根的数目，既有几个不稳定的极点。 因此有以下不等式成立：

??????

?

>->011

110K K

求解得：11K 0<<

若要保证系统特征根都在1-=S 的左侧，求解K 值 令1-=Z S 代入)(S D 中：K Z Z Z Z D +-+=10

9

54101)(23

Roth 表：

3Z 101 10

9-

2Z 5

4 K

1Z 40536K +-

0 0Z

K

???

???

?

>+->0405360K K

求出：k 无解。即没有合适的K 值来满足系统特征根都在1-=S 的左侧。

2）计算当5K =时，将此三阶系统近似为二阶系统，并计算系统的暂态特性指标，

超调量，调节时间。

开环传函为)

11.0)(1(5

)()(++=

S S S S H S G 因此可以求出该单位负反馈系统的闭环传递函

数为：5

1.11.05

)(2

3+++=

ΦS S S S 利用MATLAB 中的Tf2zp 命令求解出三阶系统的零极点和放大系数 源程序如下：

k=5; num=[k];

den=[0.1 1.1 1 5]; [z p k]=tf2zp(num,den)

程序结果如下：

5011.10-=p ; 1678.22494.0j p +-=; 1678.22494.0j p --=;

50=k ;

则：

2494.0=n ζω ; 1821.2)1678.2()2494.0(22=+=n ω ; 1143.0=ξ

因此求得 超调量

%66.69%2

1==--

ξπξ

σe

调节时间

5%±=δ时03.145

.3==

n

s t ξω ; %2±=δ时64.174

.4==

n

s t ξω

3) 当输入为单位斜坡信号时，计算系统的稳态误差。

21

)(S S R =

; )

11.0)(1(11

)(+++

=ΦS S S K

S e

K

S S sR S SE e e s s ss 1)()(lim )(lim 0

)(=

Φ==→→∞

第二阶段：根轨迹法

1） 绘制根轨迹：

)

10)(1(S 10K

()(++=

s s S H S G ）

(1)渐近线与实轴的夹角

()

()()???????-=-==+=-+=13

1033)12()12(a k k k k m n k π

ππ

ππ? (2)渐近线与实轴的交点

3

11a -

=-+=∑

∑m

n z p i i σ (3)分离点

01

1i =-∑=n

i

p s 解得分离点为 -0.487 （4）分离角

2

π

π

θ=

=

l

利用MATLAB 绘制根轨迹： 源程序为：

G=tf([10],[1 11 10 0]); figure(1); pzmap(G); figure(2); rlocus(G);

由仿真图可以近似估读出临界稳定的K=11.6 2)通过计算求解临界稳定的K 值： 令jw S =代入特征方程010

11101)(2

3=+++=

K S S S S D 中求解出 102=w ; 11=k

计算结果与仿真结果几乎相同。

3)应用主导极点的概念，计算

ξ=

时，系统的超调量和调节时间。 4

21arccos πξβ==

= 设主导极点),(jw A σ因为1tan =β进而设：

σσj S +=

代入

010

11101)(2

3=+++=

K S S S S D 得

0)2.22.0(2.0233=+++++-σσσσσj K ）（

解得：

（舍）-10.52=σ ； -0.475=σ ；

4536.0=K ;672.0W =n ;707.0=ξ

则系统的超调量：

4.32%%=σ

调节时间：

%)5(368.75.3±===

δξn s w t ; %)2(263.94

.4±===δξn

s w t MATLAB 仿真主导极点的根轨迹： 源程序如下：

G=tf([10],[1 11 10 0]); figure(1); rlocus(G);

sgrid(0.707,'new'); axis([-35 15 -25 25]);

仿真结果与计算所得结果差不多。

第三阶段：频域分析法

1）绘制开环幅相特性曲线：

)

11.0)(1(10

)()(G ++=

S S S S H S

则：

)

11.0)(1(10

)()(++=

jw jw jw jw H jw G

幅值和相角：

)

101.0)(1(10

)()(G 2

2

++=

w w w jw H jw

w w

w arctan 10

arctan

2)(---

=π

φ

由于是一型系统起始角为2-π，3=-m n 则终止角为2

3-π

ππ?-=---=10

arctan arctan 2)(w

w w

求得

10w =

代入幅值中求得幅相特性曲线与实轴的交点

该系统为一型系统需要补画：

轨迹与实轴的交点在（-1，j0）点的右侧。则系统是稳定的。

2）绘制对数频率特性曲线：

K=10时，开环传函为：

)11.0)(1(10

)()(G ++=

S S S S H S

)

11.0)(1(10

)()(++=

jw jw jw jw H jw G

假设：(1) 1

)(101w 10

舍=?=c c

w ； (2) 101<

10110

2=?=c c

w w ; (3) 10>c w 时，

)(1001100

33舍=?=c c

w w ； 18010

1

arctan

10arctan 2

)(-=---

=π

φc w 相角裕度为：

0)(180=+=c w ?γ

18010

arctan

arctan 90)(-=---=x

x x w w w φ 解得：

10=x w

11

10)

101.0)(1(10

)()(2

2

=

++=

x x x x x w w w jw H jw G 幅值裕度为：

dB h 828.010

11

lg

20=-= 由 0=γ可知道系统临界稳定状态，由于dB h 828.0=可知系统不稳定； 总结：系统为需要矫正的状态。 利用Matlab 绘制频率特性曲线： 源程序如下：

G=tf([10],[0.1 1.1 1 0]); figure(1); margin(G); grid on

计算值与仿真值相差不多。

第四阶段：频域法矫正设计：

要求系统在单位斜坡输入下稳态误差小于0.02，且相位裕量()45c γω≥ ，请利用串联校正方法，设计控制器()c G s ,并写出控制器的实现方式。

02.01

)(<=

∞k

e ss 则：

50>k

选取50=k 系统开环传函为：

)

11.0)(1(50

)()(G ++=

S S S S H S

)

101.0)(1(50

)()(G 2

2

++=

w w w jw H jw

假设： （1）1

)(50150

舍=?=c c

w w ；

（2） 101<

25150

2=?=c c

w w ; (3) 10>c w 时，

)(5001500

33舍=?=c c

w w ；

207.16

2

2arctan

25arctan 2

)(-=---

=π

φc w 则，相角裕度为：

-27.16

)(180=+=c w ?γ 因为， 45<γ,则系统需要校正。

1）若使用超前校正：

6016.775)16.27(45>=+--=m ?

因此不能使用超前校正，选择串联滞后校正。

2）串联滞后校正：

（1）确定期望的"c w

选取

645)"(180)"(+=+=c c w w ?γ

-129"0.1w arctan "w arctan 2

)"(c =---

=c c w π

φ

则：

663.0"=c w ;

(2) 设定滞后校正：

TS

bTS S C ++=

11)(G

dB w w L c c 55.37"

50

lg

20)"(== 则：

dB b 55.37lg 20-=

即：

0.0133b =

10

"1

c w bT = 即：

1134T =

通过计算所得校正传函为：

S S S G C 11341151)(++=

串联滞后校正电路图如下：

MATLAB 仿真源程序如下：

k=500;

G0=zpk([],[0 -1 -10],k); [h0,r,wx,wc]=margin(G0) wm=0.663; L=bode(G0,wm); Lwc=20*log10(L); b=10^(-0.05*Lwc) T=10/(wm*b);

phi=asin((1-b)/(1+b)) Gc=(1/b)*tf([b*T 1],[T 1]); Gc=b*Gc; figure(1);

Bode(Gc);

R

G=Gc*G0;

figure(2);

bode(G,'r',G0,'b--'); grid;

[h,r,wx,wc]=margin(G);校正装置的仿真波特图：

系统校正前后的波特图：

MATLAB 运算结果：

0159.0=b ; 946=T

1

9461

08.15)(++=

S S S G C

仿真与计算出来的结果相差不是很多。

（3）验证：

校正后的系统的开环传函

)

11134)(11.0)(1(11550)()(G ++++=

S S S S S S H S ）

（

995.1328.751arctan 945.9arctan 0663.0arctan 663.0arctan 2

)"(-=-+---

=π

φc w

45005.47)"(180>=+=c w ?γ

经验证该滞后系统校正满足要求。

(4)系统校正前的单位阶跃响应：

工业洗衣机控制系统设计

工业洗衣机控制系统设 计 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】

苏州工业园区职业技术学院 (机电一体化综合项目设计制作)项目报告 选题：工业洗衣机控制系统设计 学生姓名： 班级： 指导教师： 机电工程系制 目录

工业洗衣机控制系统设计 一、项目概述 工业洗衣机常用于大型宾馆及专业洗涤企业，进行批量化洗涤处理由于洗涤容量较大（15-100Kg），其运行控制的关键在于低速洗涤时应具有平滑的力矩，脱水时应具有较高的旋转速度。因此，通常应用变频器实现低速时大起动 力矩和动态的响应性能。并且实现大容量电动机的软启动控制，能有效避免洗衣机运行时对宾馆其他设备造成的供电电源波动等不良影响。 图1 工业洗衣机 工业洗衣机采用一台三相异步电机提供运转动力，传送系统由电机通过二级三角胶带传至滚筒主轴，驱动内胆转动，运转平稳，振动小，经久耐用。由电动机驱动洗衣机的内筒进行正向与反向旋转运动，带动水和衣物作不同步运动，使水和衣物等相互摩擦、搓揉，达到洗净的目的。 在洗衣机内部设置“进水电磁阀，排水电磁阀及水位检测开关”，从而满足全自动洗涤和脱水的控制需求。为了保证洗衣机安全可靠运行，在内筒门盖上装有安全锁紧机构，并在外筒门盖上设置电气互锁安全装置（即安装“电磁锁和

磁性开关”），采用磁性开关检测门的“打开、关闭”状态，应用电磁锁控制洗衣机外筒门上锁。 设备控制要求分析 本设备要求应用“传感器与PLC、变频器及电磁阀”等组成自动控制系统，实现“进水→洗涤→排水→脱水”自动控制的工作流程，具体控制要求如下： 接通设备电源时，“电源”指示灯亮； 自动洗涤流程 按动“启动”按钮→洗涤指示灯亮→开启进水电磁阀进水→当水位升到指定水位时自动停止注水→电磁锁控制外筒门上锁（“门闭锁”指示灯亮）→启动电机低速运行（约600rpm）→延时5秒后电机中速运行（约1200rpm），并按照“正转30秒→←反转30秒”循环运行30分钟后停止运行→“洗涤”指示灯灭。 自动脱水流程 以上洗涤流程结束延时5秒后→“脱水”指示灯亮→开启出水电磁阀排水→约60秒后关闭电磁阀停止排水→启动电机以额定转速正转，约2分钟之后自动停止运行，→“脱水”指示灯灭→延时10秒后→解除外筒门的“闭锁”→发出“提示”信号，提醒用户取出衣物→当外筒门打开时，提示信号停止，结束自动洗衣工作流程。 暂停控制 在自动洗涤过程中，按下“暂停”自锁按钮时电机停止运转，当“暂停”按钮旋转复位后，洗衣机则继续洗涤运行。 安全运行连锁控制

计算机控制系统设计性实验

计算机控制系统设计性实验报告 学生姓名:学号： 学院:自动化工程学院 班级: 题目:

设计性实验撰写说明 正文：正文内容层次序号为： 1、1.1、1.1.1 2、2.1、2.1.1……。 1、选题背景：说明本课题应解决的主要问题及应达到的技术要求；简述本设计的指导思想。 2、方案论证(设计理念)：说明设计原理（理念）并进行方案选择，阐明为什么要选择这个设计方案以及所采用方案的特点。 3、过程论述：对设计工作的详细表述。要求层次分明、表达确切。 4、结果分析：对研究过程中所获得的主要的数据、现象进行定性或定量分析，得出结论和推论。 5、结论或总结：对整个研究工作进行归纳和综合。 6、设计心得体会。 课程设计说明书（报告）要求文字通顺，语言流畅，无错别字，用A4纸打印并右侧装订。

《计算机控制系统》设计性实验 一、通过设计性实验达到培养学生实际动手能力方法及步骤： 对系统设计方法可以从“拿到题目”到“进行分析”再到“确定解决方案”最后到“具体系统的设计的实现”的整个过程进行全方位的启发。让学生掌握对不同的控制系统设计方法和基本思想，从工程角度对待设计题目，尽量做到全面认识理解工程实际与实验室环境的区别，逐步引入工程思想，提高学生设计技巧和解决实际问题的能力。 1、了解和掌握被控制对象的特性； 2、选择合理的传感器（量程、精度等）； 3、计算机控制系统及接口的设计（存储器、键盘、显示）； 4、制定先进的、合理的控制算法； 5、结合控制系统的硬件系统对软件进行设计； 6、画出系统硬件、软件框图； 7、系统调试。 二、具体完成成品要求： 1、对传感器、A/D、D/A、中央处理器、显示、键盘、存储器的选型大小等； 2、实现系统硬件原理图用Protel或Proteus、MATLAB软件（框图）仿真设计； 3、达到课题要求的各项功能指标； 4、系统设计文字说明书； 5、按照学号循环向下作以下7个题目。 三、系统控制框图： 控制系统硬件框图

变位机控制系统设计书

变位机控制系统设计书 1. 实验要求：通过PLC来实现两个伺服电机的旋转，俯仰和正反转的控制 本次课题要求旋转、俯仰和正反转的控制，必须控制两个伺服电机。考虑到脉冲输出指令的有效端子只有两个，所以如果要使用上面的指令，应该把Y000和Y001分别设定为每台伺服放大器的脉冲命令，另外从Y002和Y011中分别选两个端子作为输出命令符号，控制电机的正转和反转。很显然要把03号参数（输入脉冲串形式）的值设定为0（命令脉冲/命令符号），以集电极开路输入的方式控制。 2. 各功能的实现方法 1.在伺服放大器准备就绪时，可以通过PLC发出上位控制脉冲串，使控制伺服电机运行，切断脉冲串，使电机停车。 2.控制脉冲串频率不同，伺服电机的转速也不同，所以可以通过改变PLC发出的脉冲串频率，实现电机高速和低速的切换。 3.通过命令脉冲/命令符号或正转脉冲/反转脉冲的方式（伺服放大器03号参数）控制伺服电机的正传和反转。 4.通过控制输入脉冲的数量，可以使伺服电机模拟步进电机的运行方式，实现“每一步”运行45度，90度或者360度（示例角度，角度可以任意设定）。 5.指令控制序列输入输出(CN1)端口中的CONT端子把参数设置为（5）时，具有强制停止功能，通过PLC接通该信号时，可以进行电机的紧急停止。 6.利用一个DC24V电源在断电时对控制俯仰的伺服电机进行制动。控制俯仰的伺服放大器的CONT4和CONT5端子设置为限位开关模式，接入限制俯仰幅度的限位开关信号。 系统硬件设计

系统构成图 本次设计的程序使用的就是50 Hz的脉冲。通过记数器（C）来控制脉冲的输出数目。这种方法不能通过命令符号来控制电机的旋转方向。所使用的是正转脉冲和反转脉冲的控制方法，把03号参数（输入脉冲串形式）的值设定为1，采用正转脉冲表示正方向、反转脉冲表示反方向的旋转量来进行控制。 X—输入继电器；y—输出继电器；m—辅助继电器；t—定时器；c—计数器 3.任务进度表

控制系统设计学长总结

《控制系统设计》 重点 一 1. 频谱概念 傅里叶级数的系数表示了各次谐波的幅值和相位，这些系数的集合成为频谱。 2. 线状谱，连续谱 周期信号对其求傅里叶级数，可得到其频谱，周期信号的频谱是离散的； 非周期信号一般可视为T →∞的周期信号，对其取傅氏变换得到频谱，一般来说，其频谱是连续的。非周期信号可以进行周期延拓，这时它的频谱就是对应周期信号的频谱的包络线，但幅值有可能不同。 3. 典型频谱特性（阶跃谱，常值谱，脉冲谱，余弦谱） 脉冲信号的频谱是一常值A 且包含所有的频率，频谱丰富。 余弦谱若输入为t A 1cos ω，则其线谱为 -1δ处的两个f f ±=函数（脉冲函数） 构成，脉冲函数的面积为2A ，即幅值是2A 。 常值谱在所有的频段上均为零，仅在零频率（直流）上有一个-δ函数。 阶跃谱有一个连续变化的部分和一个-δ函数，-δ函数代表直流分量，其他各次谐波构成以连续谱，连续谱随频率增加很快衰减。（P18） 4. 离散，快速傅里叶变换的区别 ①DFT 为离散傅里叶变换，是用数值计算的方法求信号的频谱。其一般公式为： ()()1 -1,0,/2-1 -0 * N k e n f k F N jnk p N n ?==∑=π 对一段给定的信号，在一个周期内取N 个采样点，求其离散傅里叶变换，再除以N 就可得对应的线谱。 求频谱 ：将其乘上?t就可以得到所求频谱的值 求线谱 ：在一个周期内取N 个采样值，求其离散傅立叶变换，再除以N ②FFT 为快速傅里叶变换，它是为了提高DFT 的计算效率而提出的。对FFT 而言，一般要求时间点数为2的整数次方，即r N 2=。

数字PID控制系统设计(I)

扬州大学能源与动力工程学院课程设计报告 题目：数字PID控制系统设计（I） 课程：计算机控制技术课程设计 专业：电气工程及其自动化 班级： 姓名： 学号：

第一部分 任 务 书

《计算机控制技术》课程设计任务书 一、课题名称 数字PID 控制系统设计（I ） 二、课程设计目的 课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达到教学目标的重要环节，是综合性较强的实践教学环节，它对帮助学生全面牢固地掌握课堂教学内容、培养学生的实践和实际动手能力、提高学生全面素质具有很重要的意义。 《计算机控制技术》是一门理论性、实用性和实践性都很强的课程，课程设计环节应占有更加重要的地位。计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它需要控制理论、程序设计、硬件电路设计等方面的知识融合。通过课程设计，加深对学生控制算法设计的认识，学会控制算法的实际应用，使学生从整体上了解计算机控制系统的实际组成，掌握计算机控制系统的整体设计方法和设计步骤，编程调试，为从事计算机控制系统的理论设计和系统的调试工作打下基础。 三、课程设计内容 设计以89C51单片机和ADC 、DAC 等电路、由运放电路实现的被控对象构成的计算机单闭环反馈控制系统。 1. 硬件电路设计：89C51最小系统加上模入电路（用ADC0809等）和模出电路（用TLC7528和运放等）；由运放实现的被控对象。 2. 控制算法：增量型的PID 控制。 3. 控制算法仿真：在simulink 中建立系统仿真图，编写S-function, 对算法进行仿真。 四、课程设计要求 1. 模入电路能接受双极性电压输入（-5V~+5V ），模出电路能输出双极性电压（-5V~+5V ）。 2. 模入电路用两个通道分别采集被控对象的输出和给定信号。 3. 每个同学选择不同的被控对象： 4 4(), ()(0.21) (0.81) G s G s s s s s = = ++ 5 5 (), ()(0.81)(0.31) (0.81)(0.21) G s G s s s s s = = ++++ 5 10 (), ()(1)(0.81) (1)(0.41) G s G s s s s s == ++++ 8 8 (), ()(0.81)(0.41) (0.41)(0.51) G s G s s s s s s s == ++++ 4. PID 参数整定，根据情况可用扩充临界比例度法，扩充响应曲线法等。

-控制系统设计基础

控制部分： 一、根据人体红外辐射传感器原理，设计一个自动门控制系统 1.画出系统组成方框图（不得少于4个环节)， 人体信号－光学系统-热释电红外传感器-信号处理－自动门控制电路-开关 2.介绍系统运行原理（不多于50字) 3。说出这是按什么控制的(不多于２0字） ４．如果将人换成工厂里来了一辆运输车什么来着的，修改哪个环节最好(不多于20字）。 二、水池里的水有时会太多,有时会太少，设计一个液位控制系统 1。画出系统组成结构图, 2．介绍控制装置各个原件，对应什么,有什么用. 期望液位-比较器-控制器(机械或气动装置）－执行器（阀门)-被控量(水池液位)—检测装置（传感器) 三、对于一阶惯性系统，根据系统控制要求选择合适的控制器，可选择的控制器有Ｐ，Ｉ，D,ＰI，PD,ＰIＤ，有２小问， １．追求较好的控制速度，容许有稳态误差,期望无超调，说出理由（不多于50字), 2．期望较好的控制速度,不容许有稳态误差,期望无超调,说出理由(不多于５0字) 传感器与检测部分:?一、填空题 1．电涡流传感器那里的，线圈下方放置金属导体时，等效电阻会怎样（变大）,等效电感会怎样（变小），等效品质因数会怎样(变小）， ２。电容式传感器根据不同的结构分为哪3类(变极距，变面积，变介电常数）, 3。光纤传感器的组成（纤芯，包层,保护套)，光在光纤中传播，入射角与折射率应满

足(光在包层和纤芯的分界面上发生全反射）. 二、应变片 １．什么是金属导体的电阻应变效应：导体的电阻在受力产生变形时发生变化的现象。 ２。金属导体标准阻值R为1200欧姆，传感器灵敏度K为2，应变ε是几百微应变,求电阻变化了多少？（ΔR/Ｒ=Kε） 3.一个等强度悬梁臂,上面贴2块应变片,下面贴2块应变片，组成全桥,从上方施加压力，画出电桥的电路，并标出阻值的变化情况,电源电压１０V,求输出电压。??三、热电偶1。说出热电偶的测温原理(热电势的组成及原因，接触电势和温差电势)， ２。计算题,和书上一个例题一样，数值不一样，求热端温度T，给你Ｅ（Ｔｎ，0）和E(T，Tn）求T,会给一张温度表（PＳ：书上有，要会查表= =） 面试： 第一，是英文翻译，是现代控制理论的。?第二，是专业问题. 1,用了PＤ调节器时，出现了较大的震荡，是什么原因(P的增益设的太大） 2，增大无阻尼固有频率会有什么好的影响,但是这样又会有什么不利的影响。 ３，非线性有哪些具体形式，对系统有什么影响。?４，李雅普诺夫稳定性的本质是什么，李雅普诺夫稳定判据可以判别非线性系统吗. 5，什么是静稳定飞机,什么是静不稳定飞机. 静稳定性，静不稳定,静中立稳定 动稳定，动不稳定，动中立稳定?6，阻尼器的作用是什么。 以飞机角运动作为反馈信号,稳定飞机的角速率，增大飞机运动的阻尼,抑制振荡７，飞机飞行时需要用到哪些传感器。 驾驶杆力传感器，驾驶杆位移传感器，脚蹬位移传感器,温度传感器，压力传感器,加速度传

自动售货机控制系统的设计

课程设计题目：自动售货机控制系统的设计 目的与任务： （1）进一步掌握MAX+PLUSⅡ软件的使用方法； （2）会使用VHDL语言设计小型数字电路系统； （3）掌握应用MAX+PLUSⅡ软件设计电路的流程； （4）掌握自动售货机的设计方法； （5）会使用GW48实验系统。 内容和要求： 设计一个简易的自动售货机，它能够完成钱数处理、找零、显示、退币等功能。 （1）用3个键表示3种钱，再用3个键表示3种物品。 （2）用2个数码管显示输入的钱数，再用2个数码管显示所找的钱数，以元为单位。 （3）买东西时，先输入钱，用数码管显示钱数，再按物品键，若输入的钱数大于物品的价格，用数码管显示所找的钱数，并用发光二极管表示购买成功。 （4）若输入的钱数少于物品的价格，用数码管显示退出的钱数，并用发光二极管表示购买失败。

设计内容（原理图以及相关说明、调试过程、结果） 一、系统设计方案 根据系统要求，系统的组成框图如图1所示。 图1 系统组成框图 系统按功能可分为分频模块、控制模块和译码输出模块。 （1）分频模块的作用是获得周期较长的时钟信号，便于操作，且不会产生按键抖动的现象。其原理是定义两个中间信号Q、DIV_CLK，Q在外部时钟CLK的控制下循环计数，每当计数到一个设定的值时DIV_CLK的值翻转，最后将DIV_CLK赋给NEW_CLK即可，改变设定值可改变分频的大小。 （a2）控制模块是这个系统的核心模块，它具有判断按键、计算输入钱数总和、计算找零、控制显示四个作用。它的工作原理是每当时钟上升沿到来时，判断哪个按键按下，

若按下的是钱数键，则将钱数保存于中间信号COIN，若下次按下的仍是钱数键，COIN 的值则加上相应的值并显示于数码管；当物品键按下时，则将COIN的值与物品价格进行比较，然后控制找零。 （3）由于钱数可能大于9，所以译码显示模块的作用就是将钱数译码后用两个数码管显示，这样方便观察。 根据各个功能模块的功能并进行整合，可得到一个完整的自动售货机系统的整体组装设计原理图，如图2所示。 图2 设计原理图 二、系统主要VHDL源程序 （1）分频器的源程序（外部时钟选用3MHz，实现3万分频） LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY CLKGEN IS PORT(CLK:IN STD_LOGIC; NEWCLK:OUT STD_LOGIC); END CLKGEN;

第四章 机电控制系统的总体设计

第四章机电控制系统的总体设计 本章教学要点和要求 1、掌握机电控制系统的设计方法 2、掌握机电控制系统的总体设计内容 3、掌握机电控制系统的总体设计步骤 第一节机电控制系统总体设计的概念 一、总体设计的概念 机电控制工程是一门涉及光、机、电、液等综合技术的一项系统工程。机电控制系统设计是按照机电控制的思想、方法进行的机电控制产品设计，它需要综合应用各项共性关键技术才能完成。 随着大规模集成电路的出现，机电控制产品得到了迅速普及和发展，从家用电器到生产没备，从办公自动化设备到军事装备机与电紧密结合的程度都在迅速增强形成了一个纵深而广阔的市场。市场竞争规律要求产品不仅具有高性能．而且要有低价格这就给产品设计人员提出了越来越高的要求。另一方面，种类繁多、性能各异的集成电路、传感器和新材料等，给机电控制系统设计人员提供了众多的可选方案，使设计工作具有更大的灵活性。如何充分利用这些条件，应用机电控制技术开发出满足市场需求的机电控制产品，是机电控制总体设计的重要任务。 系统的总体设计概念： 机电控制系统的总体设计是应用系统总体技术，从整体目标出发，综合分析产品的功能要求和机电控制系统各组成模块的特性，选择最合理的模块组合方案，实现机电控制系统整体优化。 第二节机电控制工程总体设计的类型和方法 一机电控制工程总体设计的类型 机电控制产品设计一般可分为三种类型，即开发性设计、适应性设计和变异性设计。 开发性设计：是在没有参照产品的情况下进行的设计，仅仅是根据抽象的设计原理和要求，设计出在质量和性能方面满足目的要求的产品。例：最初的录像机、摄像机、电视机等的设计就属于开发性设计。开发性设计要求设计者具备敏锐的市场洞察力、丰富的想象力和广泛而扎实的基础理论知识。 例：料位器就是开发性设计 适应性设计：在总的方案原理基本保持不变的情况下，对现有产品进行局部更新，或用微电子技术代替原有的机械结构或成为了进行微电子控制对机械结构进行局部适应性设计，以使产品的性能和质量增加某些附加值。例：电子式照相机采用电子快门代替手动调

控制系统的设计

5、控制系统的设计 5.1 控制策略的选择 在3.2节转子的位移方程一节，我们已经论述过，对转子的位移方程进行变换后， 可以得到如下的电流和位移之间的传递函数： X i K ms K s I s X s G -==2)()()( （5—1） 由上式可以看出，该对象有两个实数极点，其中一个在正实轴上，因而是一个不稳 定的二阶对象，只有通过闭环控制才有可能使之稳定地工作。然而，闭环控制也有很多 种控制策略，采用古典控制论中关于连续系统的分析方法进行近似分析，经分析可知，使系统稳定的基本控制规律为PD 控制。下面对其进行分析。 （1）PD 控制策略 假设PD 控制器传递函数为 ]1[)(s T K s G d p c += （5—2） 其中，K P 为比例系数，T d 为微分时间常数。当忽略功率放大器和位置传感器的惯性， 设功放放大系数为K a ,传感器放大系数为K s ，则此时整个系统的闭环传递函数为： ) ()(1)()()(s G s G K K s G s G K s c s a c a +=Φ （5—3） 将式（5—1）和式（5—2）代入式（5—3）中可以得到： x p i s a d p i s a d p i a K K K K K s T K K K K ms s T K K K s -+++=Φ2) 1()( （5—4） 令k K K K K K x p i s a =- （5—5） 用Routh 判据可知，该系统稳定的充要条件为包括k 在内的所有参数均大于0。由 式（5—4）和（5—5），可得闭环系统的特征方程为 02=++k s T K K K K ms d p i s a

PLC的矿井提升机控制系统设计方案

基于 PLC 的矿井提升机控制系统设计
2010-2-9 20:25:00 来源：
1 引言目前，我国绝大部分矿井提升机（超过 70% ）采用传统的交流提升机电控系统（tkd-a 为代 表）。tkd 控制系统是由继电器逻辑电路、大型空气接触器、测速发电机等组成的有触点控制系统。经 过多年的发展，tkd-a 系列提升机电控系统虽然已经形成了自己的特点，然而其不足之处也显而易见， 它的电气线路过于复杂化，系统中间继电器、电气接点、电气联线多，造成提升机因电气故障停车事 故不断发生。采用 plc 技术的新型电控系统都已较成功的应用于矿井提升实践，并取得了较好的运行经 验，克服了传统电控系统的缺陷，代表着交流矿井提升机电控技术发展的趋势。2 总体设计方案基于 plc 技术的矿井交流提升机电控系统控制电路组成结构如图 1 所示，要由以下 5 部分组成：高压主电路 （包括高压换向器、电动机、启动柜、动力制动电源）、主控 plc 电路、提升行程检测与显示电路、提 升速度检测、提升信号电路，其中高压主电路部分仍采用传统的继电器控制电路。
图 1 矿井交流提升机电控系统 框图 工作过程：当井口或井底通过信号通信电路发出开车信号后，开车条件具备。司机将制动手柄向前推 离紧闸位置，主电动机松闸。司机将主令控制器的操作手柄推向正向（或反向）极端位置，主控 plc 通 过程序控制高压换向器首先得电，使高压信号送入主电动机定子绕组，主电动机接入全部转子电阻启 动，然后依次切除 8 段电阻，实现自动加速，最后运行在自然机械特性上。交流提升机运行时，旋转 编码器跟随主电动机转动，输出 2 列 a/b 相脉冲，分别接到主控 plc 的高速计数器 hsc0 的 a/b 相脉冲输 入端，由主控 plc 根据 a/b 脉冲的相位关系，自动确定 hsc0 的加、减计数方式。根据 hsc0 的计数值，就 可以计算出提升行程并显示。同时只根据旋转编码器输出的 a 相脉冲，主控 plc 进行加计数。根据 hsc1 在恒定间隔时间内的计数值，就可以计算出提升速度。 3 硬件设计 3.1 提升机主回路部分设计主回路用于供给提升电动机电源，实现失压、过流保护，控制电机的转向和 调节转速。主回路由高压开关柜、高压换向器的常开触头、动力制动接触器的常开主触头、动力制动 电源装置、提升电动机、电机转子电阻、加速接触器的常开主触头（1jc～8jc）和装在司机操作台上的 指示电流表和电压表等组成。系统原理图如图 2 所示。

数字控制系统设计 实验报告

自动控制原理实验报告 题目：数字控制系统设计 专业班级：电气工程及其自动化02 学号： 学生姓名： 指导教师： 学院名称：电气信息学院 完成日期： 2012年 5月20日 1．熟悉本实验涉及的部分MATLAB 函数 函数c2d 调用示例 某离散系统如图5.4 所示,利用函数c2d 获取其z 传递函数的程序段及运行结果如图5.5 所示。

图5.4 某离散系统 图5.5 例1 系统z 传递函数的获取及相关程序 函数step、impulse、lsim等可用于离散系统的仿真，其调用方法分别见图5.6、图5.7 和图5.8。 图5.6 函数step 的调用

图 5.7 函数impulse 的调用 图5.8 函数lsim 的调用 2．数字闭环系统的单位阶跃响应 利用本实验所附程序lab5_1.m，求取图5.4 所示系统的单位阶跃响应，并分析改变采样周期的后果。 程序段如下： num=[1]; den=[1 1 0]; sysc=tf(num,den); sysd=c2d(sysc,1,'zoh'); sys=feedback(sysd,[1]); T=[0:1:20]; step(sys,T) 实验结果如下 当T=1时，

当T=2时, 当T=3时，

改变采样周期了，系统的稳定性降低，采样输出不能真实反映实际输出。3．数字控制系统的根轨迹及其参数设计 图5.9 所示数字控制系统中，() () ()() 0.36780.7189 10.3680 z G z z z + = -- ， () () 0.3678 0.2400 K z D z z - = + ，其中，参数K待定。试利用本实验所附程序lab5_2.m 选取使该系统稳定的K 值。 图 5.9 某数字控制系统 程序段为 num=[0.3678 0.2644]; den=[1 -0.76 -0.24]; sys=tf(num,den); x=[-1:0.1:1];y=sqrt(1-x.^2); rlocus(sys);grid,hold on plot(x,y,'--',x,-y,'--') 结果如下

集散控制系统工程设计

合肥学院HEFEI UNIVERSITY 集散控制系统的工程设计 班级： 10 姓名： 学号： 10 指导教师： 完成时间：

集散控制系统的工程设计 现代科学技术领域中，计算机技术和自动化技术被认为是发展较快的两个分支，工业自动化根据生产过程的特点可分为过程控制和制造工业自动化及自动化测量系统。过程控制自动化是以流程工业为对象，流程工业自动化控制一般采用集散控制系统(DCS)。 一、DCS控制系统介绍 集散控制系统（Distributed control system）是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称DCS系统。该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散。DCS系统在现代化生产过程控制中起着重要的作用。 DCS的工程设计主要有12项内容，按先后顺序排列如下：方案论证，DCS 评估，DCS询价，技术谈判，合同签订，开工会议，系统设计，组态编程，安装调试，现场投运，整理文件，工程验收。 1.1集散控制系统的组成 1、现场控制级 又称数据采集装置，主要是将过程非控变量进行数据采集和预处理，而且对实时数据进一步加工处理，供CRT操作站显示和打印，从而实现开环监视，并将采集到的数据传输到监控计算机。输出装置在有上位机的情况下，能以开关量或者模拟量信号的方式，向终端元件输出计算机控制命令。 在DCS系统中，这一级别的功能就是服从上位机发来的命令，同时向上位机反馈执行的情况。至于它与上位机交流，就是通过模拟信号或者现场总线的数字信号。由于模拟信号在传递的过程或多或少存在一些失真或者受到干扰，所以目前流行的是通过现场总线来进行DCS信号的传递。

PLC控制系统总体设计方案

PLC控制系统总体设计 在控制系统设计之前，需要对系统的方案进行论证。主要是对整个系统的可行性作一个预测性的估计。在此阶段一定要全面地考虑到设计和实施此系统将会遇到的各种问题。如果没有做过相关项目的经验，应当在实地仔细考察，并详细地论证设计此系统中的每一个步骤的可行性。特别是在硬件实施阶段中，稍有不慎，就会造成很大的麻烦，轻则系统不成功，重则会造成严重的人员和财产的损失。工程实施的过程中的阻碍，往往都是由于这一步没有做足工夫而导致的。 系统的总体设计关系到整个系统的总体构架，每个细节都必须经过反复斟酌。首先要能够满足用户提出的基本要求；其次是确保系统的可靠性，不可以经常出现故障，就算出现故障也不会造成大的损失；然后在经济性等方面予以考虑。 一般来说，在系统总体设计时，需要考虑下面几个问题： （1）确定系统是用plc单机控制，还是PLC联网控制；确定系统是采用远程I/O还是本地I/O。主要根据系统的大小及用户要求的功能来选择。对于一般的中小型过程控制系统来说，PLC单机控制已基本能够满足功能要求。但也可借鉴集散控制系统的理念，即将危险和控制分散，管理与监控集中。这样可以大大提高系统的可靠性。 （2）是否需要与其它部分通信。一个完整的控制系统，至少

会包括三个部分：控制器、被控对象和监控系统。所以对于控制器来说，至少要跟监控系统之间进行通讯。至于是否跟另外的控制单元或部门通讯要根据用户的要求来决定。一般来说，如果用户没有要求，也都会留有这样的通讯接口。 （3）采用何种通信方式。一般来说，在现场控制层级用PROFIBUS DP；而从现场控制层级到监控系统的通讯用PROFINET。但有时候也可互相通用，根据具体情况选择合适的通信方式。 （4）是否需要冗余备份系统。根据系统的所要求的安全等级，选择不同的办法。在数据归档时，为了让归档数据不丢失，可以使用OS服务器冗余；在自动化站（Automation Station，AS），为了使系统不会因故障而导致停机或不可预知的结果，可以使用控制器冗余备份系统。选择适当的冗余备份，可以使系统的可靠性得到大幅提高。 在进行控制系统选型之前，首先考虑系统的网络结构是怎样搭建的。 确定系统的操作站、过程控制站的数目和位置，相互之间是怎样连接的。是否需要工业以太网交换机。 一般情况下，现场控制室和主控制室与电气控制柜分别安放在两个地方，且距离较远，为保证信号的稳定可靠，会考虑用光缆来连接各自的交换机。同时，为了通讯线路的冗余，会考虑选用带荣誉管理功能的工业以太网交换机，将现场操作站和过程控制站组成一个光纤环网。这样，即使有一个方向的通讯断开，也可通过另一个方向继续通讯。

基于PLC的雕刻机控制系统设计

目录
1 绪论 ............................................................................................................................................................ 1 1.1 课题的研究意义................................................................................................................................... 1 1.2 雕刻机的应用及发展........................................................................................................................... 1 1.2.1 雕刻机的应用........................................................................................................................... 1 1.2.2 国内外发展与现状................................................................................................................... 2 1.3 课题研究的主要内容........................................................................................................................... 3 1.3.1 实验平台简介........................................................................................................................... 3 2 方案选择 ..................................................................................................................................................... 4 2.1 三轴驱动方案选择.................................................................................................................................. 4 2.1.1 直流驱动 ..................................................................................................................................... 4 2.1.2 交流伺服驱动............................................................................................................................. 4 2.1.3 步进驱动 .................................................................................................................................... 5 2.2 控制器的选择 ........................................................................................................................................ 6 2.3 限位开关 ................................................................................................................................................. 7 3 硬件电路设计 ............................................................................................................................................. 9 3.1 主电路设计 ............................................................................................................................................. 9 3.1.1 步进电机及步进驱动器.............................................................................................................. 9 3.1.2 主轴及变频驱动......................................................................................................................... 9 3.2 控制电路设计 ........................................................................................................................................11 3.2.1 控制要求 ....................................................................................................................................11 3.2.2 步进电机驱动器......................................................................................................................... 12 3.2.3 PLC 选型 ................................................................................................................................... 14 3.2.4 I/O 配置及 PLC 外部接线图 ................................................................................................... 16 4 软件设计 ................................................................................................................................................... 18 4.1 PTO/POS 配置........................................................................................................................................ 19 4.1.1 PTO 配置 .................................................................................................................................. 19 4.1.2 PTO/PWM 组件 ....................................................................................................................... 29 4.2 主程序 .................................................................................................................................................... 29 5 总结 ........................................................................................................................................................... 33 致谢 .............................................................................................................................................................. 33

机器人控制系统设计(毕业设计)文献综述

一、前言 1.课题研究的意义，国内外研究现状和发展趋势 1.1课题研究的意义 随着机器人在工业装配线的应用越来越广泛，工业环境对其控制系统的要求也越来越高，所以开放式机器人控制系统的设计具有工程实际意义。 课题以一四自由度关节型机器人研制为背景，设计机器人运动控制系统的硬件电路和软件结构，对机器人的运动控制电路进行设计，实现机器人按照预定轨迹或自主运动控制功能。 在机械工业中，应用机械手的意义可以概括如下： ①以提高生产过程中的自动化程度 应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。 ②以改善劳动条件，避免人身事故 在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。 ③可以减轻人力，并便于有节奏的生产 应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都没有机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产 随着机器人技术的发展，机器人应用领域的不断扩大，对机器人的性能提出了更高的要求，因此，如何有效地将其他领域（如图像处理、声音识别、最优控制、人工智能等）的研究成果应用到机器人控制系统的实时操作中，是一项富有挑战性的研究工作。而具有开放式结构的模块化、标准化机器人，其控制系统的研究无疑对提高机器人性能和自主能力，推动机器人技术的发展具有重大意义。 1.2国内外研究现状和发展趋势 随着机器人控制技术的发展，针对结构封闭的机器人控制器的缺陷，开发“具有开放式结构的模块化、标准化机器人控制器”是当前机器人控制器的一个发展方向。近几年，日本、美国和欧洲一些国家都在开发具有开放式结构的机器人控制器，如日本安川公司基于PC开发的具有开放式结构、网络功能的机器人控制器。我国863计划智能机器人主题也已对这方面的研究立项。 由于适用于机器人控制的软、硬件种类繁多和现代技术的飞速发展，开发一个结构完全开放的标准化机器人控制器存在一定困难，但应用现有技术，如工业PC

控制系统的设计与实施

控制系统的设计与实施 教材：（凤凰国标教材）普通高中课程标准实验教科书通用技术（必修2） 文档内容：控制系统的设计与实施 章节：第四单元控制与设计第四节控制系统的设计与实施 课时：共3课时 作者：根据南京五中刘建明教学设计改编 一、教学目标 1. 了解简单的被控对象的基本特性。 2. 能确定被控量、控制量，画出控制系统的方框图。 3. 形成初步的控制系统设计的方案。 4. 能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置；学会调试运行，提出改进方案。 二、教学重点 设计一个控制系统应明确的问题；对控制系统的基本要求；控制系统设计的思想方法。 三、教学难点 设计一个控制系统应明确的问题的分析；控制系统设计思想方法。 四、教学方法 讨论法、案例教学法、模型教学法、实践教学法。 五、设计思想 1.教材分析 本节教材由“1.控制系统的设计一般思路”、“2.控制系统的设计与实施案例”2小节组成。 教材先对控制系统的设计一般思路作了一般介绍，然后通过开环控制系统和简单闭环控制系统的三个案例的分析（电吹风控制系统的设计、抽水马桶自动控制系统的设计、自动升旗简易控制系统的设计），对这一中心内容进行了深入的阐释。 教材这样的结构说明，在这一节的教学中，要让学生在针对实际问题进行控制设计的实践中去领会控制系统设计的一般方法。 突出主要问题：进行控制系统设计时，最主要的是明确控制对象，明确控制目的，分析控制对象的特性，确定被控量和控制量，分析主要的干扰因素，构思设计方案。 (1)从流程的角度看，上述各项的次序也是控制系统设计的基本步骤。 (2)通过列举一些实例，引导学生思考上述基本步骤。从而理解相关的主要问题。 2.学情分析 学生对一些产品有一定的使用经验，这些经验有成功的，也有失败的，通过控制系统的分析与设计，使学生对一定的实践经验和生活经历，上升到一定的理论认识，对失败的使用经验，能从控制与设计的角度重新的认识。 课时安排 本节总计3课时。 第1课时，讲授控制系统设计的一般思路，分析开环、闭环控制的案例。 第2课时加2个课外课时，实施控制系统设计的实践。 第3课时，评价和总结。 六、教学准备 为配合课堂教学，应准备下列模型和教具：一只电吹风，抽水马桶可透视模型。演示温度计一只。自动升旗简易控制装置模型。 七、教学过程 第1课时: 引入新课： 要设计一种自动开关的节能灯控制系统，如何展开我们的设计思路？需要从哪些方面着手考虑问题