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控制系统课程设计

控制系统课程设计
控制系统课程设计

控制系统(1)课程设计指导书1

2012-2013学年第一学期

班级:电气定单2009级一班

指导教师:张开如

一、课程设计任务书

1.课程设计题目:双闭环直流调速系统的设计

2.课程设计主要参考资料

(1)电力拖动自动控制系统-运动控制系统,陈伯时主编,第3、4版,机械工业出版社

(2)电力电子技术(教材),王兆安,黄俊主编,机械工业出版社

(3)电力电子技术,孙树朴等编著,2000.7,中国矿业大学出版社

3.课程设计应解决主要问题

(1)推导双闭环调速系统的静特性方程式:工作段和下垂段静特性方程式;

(2)计算系统的稳态参数;

(3)用工程设计方法进行动态设计,确定ASR和ACR结构并选择参数(注:应考虑给定和反馈滤波);

(4)画出三相全控桥式晶闸管整流电路图,计算晶闸管定额参数(电压、电流等)。

4.课程设计相关附件

这一项不填(所有相关图纸画在设计过程中的相关位置)。

5.时间安排

共四周:2012.8.27~2012.9.21。

第一、二周:2012.8.27~2012.9.7理论设计。要求:根据指导书进行设计。

第三、四周:2012.9.10~2012.9.21实验室调试(根据实验室情况,可以延期到四周后的周六或周日做实验)。

二、已知条件及控制对象的基本参数

(1)已知电动机参数为:额定功率P N=3kW,额定电压U N=220V,额定电流I N=17.5A,额定转速n N=1500r/min,电枢绕组电阻R a=1.25Ω,GD2=3.53N·m2。

(2)采用三相全控桥式晶闸管整流,整流装置内阻R rec =1.3Ω。平波电抗器电阻R L=0.3Ω。整流回路总电感L=200mH(考虑了变压器漏感等)。

(3)采用速度、电流双闭环调节。这里暂不考虑稳定性问题,设ASR和ACR均采用PI调节器,ASR 限幅输出U im*=-10V,ACR限幅输出U ctm=10V,ASR和ACR的输入电阻R o=20KΩ,最大给定U nm*=10V,调速范围D=20,静差率s=10%,堵转电流I dbl=2.1I N,临界截止电流I dcr=2I N。

(4)设计指标:电流超调量σi %≤5%,空载起动到额定转速时的转速超调量σn≤10%,空载起动到额定转速的过渡过程时间 t S≤1.5s。

三、设计要求

(1)画出双闭环调速系统的电路原理图和系统的稳态结构图(设ASR和ACR均采用PI调节器);

(2)推导系统的静特性方程式:工作段和下垂段静特性方程式;

(3)计算系统的稳态参数,包括:推导计算K ASR公式、推导计算K ACR公式;计算C e、n cr(临界截止电流I dcr对应的电动机转速)、电流反馈系数β、K ASR、K S和K ACR;

(4)用工程设计方法进行动态设计,决定ASR和ACR结构并选择参数(注:应考虑给定和反馈滤波);

(5)动态设计过程中画出双闭环调速系统的电路原理图及动态结构图;

(6)画出三相全控桥式晶闸管整流电路图,计算晶闸管定额参数;

(7)(此小题为选做)若选用锯齿波垂直移相相控触发电路,试画出与电流调节器输出信号和各晶闸管的连接线路图,并选择触发电路同步电压(画出晶闸管主电路及同步变压器)。

四、设计方法及步骤

1.稳态设计

(1)画系统的稳态结构图时,应先画出电路原理图,而此时的PI调节器只有两种状态:饱和-输出达到限幅植,不饱和-输出未达到限幅植。参考教材。

(2)在推导系统的静特性方程式时,注意所谓工作段是指调节器的输出未达到限幅植,此时的稳态结构图参考教材。下垂段静特性方程式是指速度调节器的输出达到限幅植,此时只有电流环起

作用。

据此即可推导出系统的静特性方程式。

(3)将工作段的静特性方程式用相对值表示时,可得到

12**11d d o ASR ACR s n ASR n

RI I n

s s n K K K U K U β=--=-- 由于ASR S ACR ASR K K K K >>,所以系统的静差率主要为s 2起作用,而s 1可以忽略不计。故系统的静差率可近似表示为

2*

*

min

/N

N

ASR n ASR nm I I s s K U K U D

ββ=≈

=

所以 *

/N

ASR nm I K sU D

β=

由于电动机堵转时n=0,I d =I dbl ,代人下垂段静特性方程式,可得到一方程。另堵转电流I dbl 和临界

截止电流I dcr 在一条特性曲线上,故可将n cr 和临界截止电流I dcr 也代入下垂段静特性方程式得到另一方程,由这两方程即可推导出计算K ACR 的公式。

由于静特性是线性的,所以n cr =n N -Δn N 。

计算电流反馈系数β时应考虑最大电流情况;同样计算K S 也应考虑最大电流情况。 2.电流环的动态设计

系统动态设计一般原则是“先内环后外环”,从内环开始,逐步向外扩展。在这里,首先设计电流调节器,然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节,再设计转速调节器。

先应绘出双闭环调速系统的动态结构图,然后先将电流环挑出并设计好,电流环设计可分为以下几个步骤:

● 电流环结构图的简化 ● 电流调节器结构的选择 ● 电流调节器的参数计算 ● 电流调节器的实现

(1)电流环动态结构图及简化 简化内容:

● 忽略反电动势的动态影响

● 等效成单位负反馈系统小惯性环节近似处理

1)忽略反电动势的动态影响,即D E ≈0。这时,绘出电流环的动态结构图。 2)等效成单位负反馈系统

如果把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内,同时把给定信号改成U *

i (s ) /b ,则电 流环便等效成单位负反馈系统,绘出单位反馈形式的动态结构图。

3)小惯性环节近似处理

最后,由于T s 和T oi 一般都比T l 小得多,可以当作小惯性群而地看作是一个惯性环节,绘 出近似后的单位反馈形式的动态结构图。其中T ∑i =T s +T oi 。

(2)电流调节器结构的选择 典型系统的选择:

● 从稳态要求上看,希望电流无静差,以得到理想的堵转特性,采用I 型系统就够了。

● 从动态要求上看,实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调,以保证电流在动态过程中不超过允许值,而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素,为此,电流环应以跟随性能为主,应选用典型I 型系统。

由于电流环的控制对象是双惯性型的,要校正成典型I 型系统,显然应采用PI 型的电流调节器,其传递函数可以写成

s

s K s W i i i ACR )

1()(ττ+=

式中 K i —电流调节器的比例系数;

t i —电流调节器的超前时间常数。

为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消,选择电流环的动态结构图,并绘出单位反馈形式的动态结构图和开环对数幅频特性。其中

R

K K K i s i I τβ

=

(3)电流调节器参数计算

在一般情况下,希望电流超调量s i <5%,由教材查表,可选x =0707,K I T Si =0.5,则

i

ci I 21∑=

=T K ω 和 )(22i

s i s i ∑∑==

T T K R

T K R T K l l ββ

注意:

如果实际系统要求的跟随性能指标不同,应作相应的改变。此外,如果对电流环的抗扰性能也有具体的要求,还得再校验一下抗扰性能指标是否满足。

(4)电流调节器的实现

绘出模拟式电流调节器电路图,并进行电流调节器电路参数的计算。对需要的参数应进行一一计算。

1)确定时间常数

根据已知数据得:N N a U E I R =+,e N N N a E C n U I R ==-,()e

N N a N

C U I R n =-

30/m e C C π=。

机电时间常数为:2

)375m e m T GD R C C =?,l T L R =,a rec L R R R R =++

三相桥式晶闸管整流电路的平均滞后时间T s =0.0017s ;三相桥式整流电路每个波头的时间为3.3ms ,应有(1~2)T oi =3.3ms 。因此,取电流反馈滤波时间常数T oi =2ms=0.002s 。可得电流环的小时间常数之和为:T Σi =T s +T oi

2)选择电流调节器结构

验证T l /T Σi 是否大于10。若大于,但由于对电流超调量有较严格要求,根据设计要求,电流超调量σi %≤5%,而抗扰指标却没有具体要求,因此电流环仍按典型I 型系统设计。

电流调节器选用PI 调节器,其传递函数为

1i ACR i

i s W K s

ττ+=

3)选择电流调节器参数

积分时间常数τi =T l =L/R 。为满足σi %≤5%要求,应取5.0=∑i I T K ,所以电流环开环增益K I 为

i

I T K ∑=

5

.0,于是,电流调节器比例系数K i 为I i i s K R K K τβ=(式中ctm dbl U I β=)。

由于调节器的输入电阻R o =20K Ω,可以计算出电流调节器的各参数,并取为标称植。根据计算

的参数验证可否达到的动态指标为σi %=4.3%的设计要求。

4)校验近似条件

a.按电流环截至频率ωci =K I

,校验晶闸管装置传递函数近似条件:13ci s

T ω≤

。 b.

按忽略反电动势影响的近似条件:ci ω≥。 c.

按小时间常数近似处理条件为ci ω≤

3.转速环的动态设计

转速环的动态设计可分为以下几个步骤:

● 电流环的等效闭环传递函数 ● 转速调节器结构的选择 ● 转速调节器参数的选择 ● 转速调节器的实现

(1)电流环的等效闭环传递函数 1)电流环闭环传递函数

电流环经简化后可视作转速环中的一个环节,为此,须求出它的闭环传递函数。 2)传递函数化简 按教材求出的i

I

cn 31∑≤

T K ω近似条件,并忽略高次项,得到降阶的传递函数。

3)电流环等效传递函数

接入转速环内,电流环等效环节的输入量应为U *

i (s ),因此电流环在转速环中应等效为

d cli *i ()()

()

I s W s U s β= 这样,原来是双惯性环节的电流环控制对象,经闭环控制后,可以近似地等效成只有较小时间常数的一阶惯性环节。

(2)转速调节器结构的选择 1)转速环的动态结构

用电流环的等效环节代替实际的电流环后,绘出整个转速控制系统的动态结构图。 2)系统等效和小惯性的近似处理

和电流环中一样,把转速给定滤波和反馈滤波环节移到环内,同时将给定信号改成U *n(s )/a ,再把时间常数为1/K I 和T on 的两个小惯性环节合并起来,近似成一个时间常数为的惯性环节,其中

on I

n 1

T K T +=

∑ 3)转速环结构简化

绘出等效成单位负反馈系统和小惯性的近似处理的动态结构图。 4)转速调节器选择

为了实现转速无静差,在负载扰动作用点前面必须有一个积分环节,它应该包含在转速调节器 ASR 中,现在在扰动作用点后面已经有了一个积分环节,因此转速环开环传递函数应共有两个积分环节,所以应该设计成典型Ⅱ型系统,这样的系统同时也能满足动态抗扰性能好的要求。

由此可见,ASR 也应该采用PI 调节器,其传递函数为

s

s K s W n n n ASR )

1()(ττ+=

式中 n K —转速调节器的比例系数; n τ—转速调节器的超前时间常数。 5)调速系统的开环传递函数 这样,调速系统的开环传递函数为

)

1()

1()1()1()(n 2m e n n n n m e n n n n ++=

+?+=

∑∑s T s T C s R K s T s T C R s s K s W βτταβ

αττ 令转速环开环增益为

m

e n n N T C R

K K βτα=

)

1()

1()(n 2

n N n ++=

∑s T s s K s W τ 6)校正后的系统结构

绘出校正后的系统结构图。 7)转速调节器的参数计算

转速调节器的参数包括n K 和n τ。按照典型Ⅱ型系统的参数关系

n n ∑=hT τ

2

n

2N 21

∑+=

T h h K 因此

n

m e n 2)1(∑+=

RT h T C h K αβ

至于中频宽h 应选择多少,要看动态性能的要求决定。无特殊要求时,一般可选择5h =。 8)转速调节器的实现

绘出模拟式转速调节器电路图。 9)转速调节器参数计算

on on 1

4o T R C = n n o

R K R =

n n n C R =τ

10)转速环与电流环的关系

外环的响应比内环慢,这是按上述工程设计方法设计多环控制系统的特点。这样做,虽然不利于快速性,但每个控制环本身都是稳定的,对系统的组成和调试工作非常有利。

(5)按设计要求的转速环参数计算 1)确定速度反馈系数

*n

max max

U n α=

2)确定时间常数 ● 电流环的等效时间常数I 1

K 。

● 转速滤波时间常数on T 。根据测速发电机纹波情况,取转速滤波时间常数on 0.01T s =。 ● 转速环小时间常数。按小时间常数近似处理,取

n n n I

1

2o i o T T T T K ∑∑=

+=+ 3)选择转速调节器结构

设计要求中虽然允许系统有静差,转速调节器的稳态放大系数很大,因此转速调节器如采用比例调节器,将很难满足稳定性要求。为此,转速调节器选用PI 调节器,按典型Ⅱ型进行设计。PI 调节器的传递函数重写如下:

s

s K s W n n n ASR )

1()(ττ+=

4)计算转速调节器参数

按跟随性能和抗干扰性能较好的原则,取h=5,求出转速超调量σn 和过渡过程时间t S 。如果能满足设计要求,则可根据选取的h 值计算有关参数;否则要改变h 值重新进行计算,直到满足设计要求为止。

当h=5时,ASR 退饱和超调量为

max 2()%(

)*N n

n b m

C z n T C n T λσ∑?-?= 式中,为电机允许的过载倍数,即I dm =I N ,在本设计中I dbl =2.1I N ,故=2.1;z 表示负载系数,

既I dl =zI N ,本设计设为理想空载启动,故z=0;n N 为调速系统开环机械特性的额定稳态速降,

N N e

I R

n C ?=

;max (%)b C C ?是基准值为C b 时的超调量相对值。 当h=5时,查表得max

(

%)b

C C ?,故启动到额定转速,即*N n n =时,退饱和超调量为max 2()%(

)*N n

n b m

C z n T C n T λσ∑?-?=,验证是否满足设计要求。 验证t s ,t s =t 2+t v 。 而2e m N

N

C T n t R I λ=

,t v 可由教材查表求得,当h=5时查得。 计算ASR 的时间常数n n t hT ∑=、转速开环增益N K 和ASR 比例系数n K ;计算调节器参数。 5)效验近似条件(参考教材)。

4.绘制三相全控桥式晶闸管整流电路图,计算晶闸管定额参数(参考电力电子技术教材相关内容)。

5.选做内容参考电力电子技术教材相关内容。

2012.8

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控制系统仿真课程设计报告.

控制系统仿真课程设计 (2011级) 题目控制系统仿真课程设计学院自动化 专业自动化 班级 学号 学生姓名 指导教师王永忠/刘伟峰 完成日期2014年6月

控制系统仿真课程设计一 ———交流异步电机动态仿真 一 设计目的 1.了解交流异步电机的原理,组成及各主要单元部件的原理。 2. 设计交流异步电机动态结构系统; 3.掌握交流异步电机调速系统的调试步骤,方法及参数的整定。 二 设计及Matlab 仿真过程 异步电机工作在额定电压和额定频率下,仿真异步电机在空载启动和加载过程中的转速和电流变化过程。仿真电动机参数如下: 1.85, 2.658,0.2941,0.2898,0.2838s r s r m R R L H L H L H =Ω=Ω===, 20.1284Nm s ,2,380,50Hz p N N J n U V f =?===,此外,中间需要计算的参数如下: 21m s r L L L σ=-,r r r L T R =,22 2 s r r m t r R L R L R L +=,10N m TL =?。αβ坐标系状态方程: 其中,状态变量: 输入变量: 电磁转矩: 2p m p s r s L r d ()d n L n i i T t JL J βααωψψβ=--r m r r s r r d 1d L i t T T ααβαψψωψ=--+r m r r s r r d 1d L i t T T ββαβψψωψ=-++22s s r r m m m s r r s s 2r r r r d d i R L R L L L L i u t L T L L ααβαα σψωψ+=+-+22 s s r r m m m s r r s s 2 r r r r d d i R L R L L L L i u t L T L L ββαββ σψωψ+=--+[ ] T r r s s X i i αβαβωψψ=[ ] T s s L U u u T αβ=()p m e s s s s r n L T i i L βααβ ψψ=-

自动控制系统课程设计说明书

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程设计说明书(论文) 课程名称:自动控制理论课程设计 设计题目:直线一级倒立摆控制器设计 院系:电气学院电气工程系 班级: 设计者: 学号: 指导教师: 设计时间:2016.6.6-2016.6.19 手机: 工业大学教务处

*注:此任务书由课程设计指导教师填写。

直线一级倒立摆控制器设计 摘要:采用牛顿—欧拉方法建立了直线一级倒立摆系统的数学模型。采用MATLAB 分析了系统开环时倒立摆的不稳定性,运用根轨迹法设计了控制器,增加了系统的零极点以保证系统稳定。采用固高科技所提供的控制器程序在MATLAB中进行仿真分析,将电脑与倒立摆连接进行实时控制。在MATLAB中分析了系统的动态响应与稳态指标,检验了自动控制理论的正确性和实用性。 0.引言 摆是进行控制理论研究的典型实验平台,可以分为倒立摆和顺摆。许多抽象的控制理论概念如系统稳定性、可控性和系统抗干扰能力等,都可以通过倒立摆系统实验直观的表现出来,通过倒立摆系统实验来验证我们所学的控制理论和算法,非常的直观、简便,在轻松的实验中对所学课程加深了理解。由于倒立摆系统本身所具有的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合特性,许多现代控制理论的研究人员一直将它视为典型的研究对象,不断从中发掘出新的控制策略和控制方法。 本次课程设计中以一阶倒立摆为被控对象,了解了用古典控制理论设计控制器(如PID控制器)的设计方法和用现代控制理论设计控制器(极点配置)的设计方法,掌握MATLAB仿真软件的使用方法及控制系统的调试方法。 1.系统建模 一级倒立摆系统结构示意图和系统框图如下。其基本的工作过程是光电码盘1采集伺服小车的速度、位移信号并反馈给伺服和运动控制卡,光电码盘2采集摆杆的角度、角速度信号并反馈给运动控制卡,计算机从运动控制卡中读取实时数据,确定控制决策(小车运动方向、移动速度、加速度等),并由运动控制卡来实现该控制决策,产生相应的控制量,使电机转动,通过皮带带动小车运动从而保持摆杆平衡。

智能家居控制系统课程设计报告

.. XXXXXXXXXXXXXX 嵌入式系统原理及应用实践 —智能家居控制系统(无操作系统) 学生姓名XXX 学号XXXXXXXXXX 所在学院XXXXXXXXXXX 专业名称XXXXXXXXXXX 班级XXXXXXXXXXXXXXXXX 指导教师XXXXXXXXXXXX 成绩 XXXXXXXXXXXXX 二○XX年XX月

综合实训任务书 学生姓名XXX 学生学号XXX 学生专业XXX 学生班级XXX 设计题目智能家居控制系统(无操作系统) 设计目的: 巩固AD转换模块的应用—光照采集 掌握PWM驱动蜂鸣器产生不同频率声音的方法 巩固SSI 模块控制数码管动态显示的方法 掌握定时器控制数码管实现动态扫描的思想 掌握DS18B20检测温度的程序设计方法 掌握一个完整项目的分析、规划、硬件设计、软件设计、报告撰写的流程方法。 具体任务: 1、编写(或改写)发光二极管、按键、继电器、定时器、数码管、ADC、PWM、温度传感器DS18B20等模块的初始化程序及基本操作程序。 2、为保证数码管显示的稳定性,使用定时器定时扫描各个数码管,可避免 处理器在执行其他程序时,数码管停止扫描而使得显示不正常。 3、通过ADC模块采集开发板上的光敏电阻(CH3),并在数码管低四位显示 采集的值,将光照强度分为 5 级,亮度最亮时开发板上的 4 颗LED全部熄灭, 亮度越来越低时,分别点亮 1 颗、2 颗、3 颗,完全黑暗时点亮 4 颗LED。 4、通过DS18B20检测环境温度,并在数码管高三位显示(两位整数、一位 小数),当环境温度低于设定的下限温度时,蜂鸣器报警,同时打开空调制热(继 电器);当环境温度高于上限温度时,蜂鸣器报警,同时打开空调制热(继电器)。 5、通过开发板上的三个按键KEY1、KEY2、KEY4(KEY3引脚与DS18B20共用,在此项目中不使用)设定上下限温度: KEY1按一次设定上限温度(同时数码管显示上限温度),按两次设定下限温 度(同时数码管显示下限温度),按三次,设定完成(同时数码管显示实时温度); KEY2按一次,上限或下限温度加1; KEY3—该引脚被DS18B20占用,不可使用!!! KEY4按一次,上限或下限温度减1。

机电控制系统课程设计

JIANG SU UNIVERSITY 机电系统综合课程设计 ——模块化生产教学系统的PLC控制系统设计 学院:机械学院 班级:机械 (卓越14002) 姓名:张文飞 学号: 3140301171 指导教师:毛卫平 2017年 6月

目录 一: MPS系统的第4站PLC控制设计 (3) 1.1第四站组成及结构 (3) 1.2 气动回路图 (3) 1.3 PLC的I/O分配表,I/O接线图(1、3、6站电气线路图) (4) 1.4 顺序流程图&梯形图 (5) 1.5 触摸屏控制画面及说明,控制、信息软元件地址表 (10) 1.6 组态王控制画面及说明 (13) 二: MPS系统的两站联网PLC控制设计 (14) 2.1 PLC和PLC之间联网通信的顺序流程图(两站)&从站梯形图 (14) 2.2 通讯软元件地址表 (14) 三:调试过程中遇到的问题及解决方法 (18) 四:设计的收获和体会 (19) 五:参考文献 (20)

一:MPS系统的第4站PLC控制设计 1.1第四站组成及结构: 由吸盘机械手、上下摆臂部件、料仓换位部件、工件推出部件、真空发生器、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、通讯接口板、多种类型电磁阀及气缸组成,主要完成选择要安装工件的料仓,将工件从料仓中推出,将工件安装到位。 1.吸盘机械手臂机构:机械手臂、皮带传动结构真空吸嘴组成。由上下摆臂装置带动其旋转完成吸取小工件到放小工件完成组装流程的过程。 2.上下摆臂结构:由摆臂缸(直线缸)摆臂机械装置组成。将气缸直线运动转化为手臂旋转运动。带动手臂完成组装流程。 3.仓料换位机构:由机构端头换仓缸带动仓位装置实现换位(蓝、黑工件切换)。 4.推料机构:由推料缸与机械部件载料平台组成。在手臂离开时将工件推出完成上料。 5.真空发生器:当手臂在工件上方时,真空发生器通气吸盘吸气。 5.I/O接口板:将桌面上的输入与输出信号通过电缆C1与PLC的I/O相连。 6.控制面板:完成设备启动上电等操作。(具体在按钮上有标签说明)。

计算机仿真课程设计报告

、 北京理工大学珠海学院 课程设计任务书 2010 ~2011 学年第 2学期 学生姓名:林泽佳专业班级:08自动化1班指导教师:钟秋海工作部门:信息学院一、课程设计题目 : 《控制系统建模、分析、设计和仿真》 本课程设计共列出10个同等难度的设计题目,编号为:[0号题]、[1号题]、[2号题]、[3号题]、[4号题]、[5号题]、[6号题]、[7号题]、[8号题]、[9号题]。 学生必须选择与学号尾数相同的题目完成课程设计。例如,学号为8xxxxxxxxx2的学生必须选做[2号题]。 二、课程设计内容 (一)《控制系统建模、分析、设计和仿真》课题设计内容|

! " [2 有波纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见(二)。 (二)《控制系统建模、分析、设计和仿真》课题设计要求及评分标准【共100分】 , 1、求被控对象传递函数G(s)的MATLAB描述。(2分) 2、求被控对象脉冲传递函数G(z)。(4分) 3、转换G(z)为零极点增益模型并按z-1形式排列。(2分) 4、确定误差脉冲传递函数Ge(z)形式,满足单位加速度信号输入时闭环稳态误差为零和实际 闭环系统稳定的要求。(6分) 5、确定闭环脉冲传递函数Gc(z)形式,满足控制器Dy(z)可实现、最少拍和实际闭环系统稳 定的要求。(8分)

6、根据4、5、列写方程组,求解Gc(z)和Ge(z)中的待定系数并最终求解Gc(z)和Ge(z) 。 (12分) 7、求针对单位加速度信号输入的最少拍有波纹控制器Dy(z)并说明Dy(z)的可实现性。 (3分) ! 8、用程序仿真方法分析加速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。(7分) 9、用图形仿真方法(Simulink)分析单位加速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。 (8分) 10、确定误差脉冲传递函数Ge(z)形式,满足单位速度信号输入时闭环稳态误差为零和实际 闭环系统稳定的要求。(6分) 11、确定闭环脉冲传递函数Gc(z)形式,满足控制器Dw(z)可实现、无波纹、最少拍和实际 闭环系统稳定的要求。(8分) 12、根据10、11、列写方程组,求解Gc(z)和Ge(z)中的待定系数并最终求解Gc(z)和Ge(z) 。 (12分) 13、求针对单位速度信号输入的最少拍无波纹控制器Dw(z)并说明Dw(z)的可实现性。(3分) 14、用程序仿真方法分析单位速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。(7分) 15、用图形仿真方法(Simulink)分析单位速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。 & (8分) 16、根据8、9、14、15、的分析,说明有波纹和无波纹的差别和物理意义。(4分) 三、进度安排 6月13至6月14:下达课程设计任务书;复习控制理论和计算机仿真知识,收集资料、熟悉仿真工具;确定设计方案和步骤。 6月14至6月16:编程练习,程序设计;仿真调试,图形仿真参数整定;总结整理设计、 仿真结果,撰写课程设计说明书。 6月16至6月17:完成程序仿真调试和图形仿真调试;完成课程设计说明书;课程设计答 辩总结。 [ 四、基本要求

软件工程课程设计智能灯光控制系统

软件工程课程设计 智能家居.智能灯光控制系统 学院计算机学院 专业 班级级班 学号 姓名 指导教师 合作人 2014年1月日

目录 1、引言...............................................................................................................................- 4 - 1.1、项目背景......................................................................................................................- 4 - 1.2、项目可行性..................................................................................................................- 4 - 1.3、项目目的及意义..........................................................................................................- 4 - 2、任务概述.......................................................................................................................- 5 - 2.1、系统定义......................................................................................................................- 5 - 2.1.1、自动感知...........................................................................................................- 5 - 2.1.2、智能分析...........................................................................................................- 5 - 2.1.3、智能决策...........................................................................................................- 5 - 2.1.4、远程控制...........................................................................................................- 5 - 2.1.5、电源控制...........................................................................................................- 5 - 2.2、术语定义:..................................................................................................................- 5 - 2.2.1、照明设备单元...................................................................................................- 5 - 2.2.2、光源单元...........................................................................................................- 6 - 2.2.3、照明模式...........................................................................................................- 6 - 2.3、数据描述:..................................................................................................................- 7 - 2.3.1、物理信号...........................................................................................................- 7 - 2.3.2、数字信号...........................................................................................................- 7 - 2.3.3、指令...................................................................................................................- 7 - 2.3.4、数据处理过程...................................................................................................- 7 - 3、需求分析.......................................................................................................................- 8 - 3.1、功能需求......................................................................................................................- 8 - 3.1.1、业务需求...........................................................................................................- 8 - 3.1.2、用户需求...........................................................................................................- 8 - 3.1.3、系统需求...........................................................................................................- 8 - 3.1.4、用例图及说明................................................................................................ - 10 - 3.2、性能需求................................................................................................................... - 12 - 3.2.1、速度................................................................................................................ - 12 - 3.2.2、鲁棒性............................................................................................................ - 12 - 3.2.3、容错性............................................................................................................ - 12 - 3.2.4、界面................................................................................................................ - 12 - 3.3、约束........................................................................................................................... - 14 - 3.3.1、运行环境........................................................................................................ - 14 - 3.3.2、硬件要求........................................................................................................ - 15 - 4、概要设计.................................................................................................................... - 16 - 4.1、系统架构设计........................................................................................................... - 16 - 4.1.1、总体架构........................................................................................................ - 16 - 4.1.2、智能控制........................................................................................................ - 17 - 4.1.3、远程控制:基于B/S结构 ............................................................................ - 17 - 4.2、系统需求设计........................................................................................................... - 17 - 4.2.1、智能控制设计................................................................................................ - 17 - 4.2.2、远程控制设计................................................................................................ - 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电气综合控制系统课程设计

成都理工大学工程技术学院电气综合控制系统课程设计 院系:自动化工程系 专业:建筑电气与智能化 班级:2013建电1班 学号: 姓名: 同组成员: 指导老师:

完成时间:2015年12月25日

目录 概述 (1) 一、PLC的分类及特点 (1) 二、PLC的结构与工作原理 (1) 三、S7-200 PLC的硬件组成及指令系统 (2) 四、常用低压电器介绍 (3) 第一部分 (6) 课题一电动机带延时正反转控制实操模拟 (6) 课题二天塔之光控制模拟 (10) 课题三机械手控制模拟 (15) 第二部分 (20) 课题一电动机点动控制 (20) 课题二电动机自锁控制 (22) 课题三两台电动机顺序起、停控制 (24) 课题四三台电动机顺序起动控制 (26) 总结 (28)

概 述 一、PLC 的分类及特点 可编程控制器简称PLC (Programmable Logic Controller ),在1987年国际电工委员会(International Electrical Committee )颁布的PLC 标准草案中对PLC 做了如下定义:PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。 PLC 的分类:按产地分,可分为日系、欧美、韩台、大陆等;按点数分,可分为大型机、中型机及小型机等;按结构分,可分为整体式和模块式;按功能分,可分为低档、中档、高档三类。 PLC 的特点:1.可靠性高,抗干扰能力强2.配套齐全,功能完善,适用性强3.易学易用,深受工程技术人员欢迎3.系统的设计、建造工作量小,维护方便,容易改造4.体积小,重量轻,能耗低 二、PLC 的结构与工作原理 PLC 的结构:PLC 的类型繁多,功能和指令系统也不尽相同,但结构与工作原理则大同小异,通常由主机、输入/输出接口、电源、编程器扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。其组成框图如图1所示。 图1 整体式PLC 的组成框图 PLC 的工作原理:PLC 是采用“顺序扫描,不断循环”的方式进行工作的。即在PLC 运行时,CPU 根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序,按指令步序号(或地址号)作周期性循环扫描,如无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序,直至程序结束。然后重新返回第一条指令,开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中,还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。 接触器电磁阀指示灯电源 电源 限位开关选择开关按钮

摇臂钻床电气控制系统课程设计

PLC课程设计 设计题目: 摇臂钻床电气控制系统课程设计

一摇臂钻床简单介绍 钻床是一种专门进行孔加工的机床,主要用于钻孔,扩孔,铰孔和攻丝等。钻床得主要类型有台式钻床,立式钻床,卧式钻床,深孔钻床和多轴钻床等。摇臂钻床是立式钻床中的一种,具有操作方便灵活,应用范围广的特点,特别适用于单件或批量生产中带有多孔大型零件的孔加工,是一般机械加工车间常见的机床。 图1 摇臂钻床示意图 1—内外立柱;2—主轴箱;3—摇臂;4—主轴;5—工作台;6—底座;SB1—主电动机停止按钮;SB2—主电动机启动按钮;SB3—摇臂上升按钮;SB4—摇臂下降按钮;SB5—松开按钮;SB6—夹紧按钮 二电气控制要求 (1) 主要控制电器为四台电机:主电动机、摇臂升降电动机、液压泵电动机、冷却泵电机。 (2)主电动机和液压泵电机采用热继电器进行过载保护,摇臂升降电动机、冷却泵电机均为短时工作,不设过载保护。

(3)摇臂的升降,主轴箱、立柱的夹紧放松都要求拖动摇臂升降电动机、液压泵电动机能够正反转。 (4)摇臂的升降控制:按下摇臂上升起动按钮,液压泵电动机起动供给压力油,经分配阀体进入摇臂的松开油腔,推动活塞使摇臂松开。同时摇臂升降电动机旋转使摇臂上升。如果摇臂没有松开,摇臂升降电动机不能转动,必须保证了只有摇臂的可靠松开后方可使摇臂上升或下降,可使用限位开关控制。 当摇臂上升到所需要的位置时,松开摇臂上升起动按钮,升降电动机断电,摇臂停止上升。当持续1~3s后,液压泵电动机反转,使压力油经分配阀进入的夹紧液压腔,摇臂夹紧,同时液压泵电动机停止,完成了摇臂的松开—上升—夹紧动作。 (5)摇臂升降电动机的正转与反转不能同时进行,否则将造成电源两相间的短路。 (6)因为摇臂的上升或下降是短时的调整工作,所以应采用点动方式。 (7)摇臂的上升或下降要设立极限位置保护。 (8)立柱和主轴箱的松开与夹紧控制:主轴箱与立柱的松开及夹紧控制可以单独进行,也可以同时进行。由开关SA2和按钮SB5(或SB6)进行控制。SA2有三个位置:在中间位置(零位)时为松开及夹紧控制同时进行,扳到左边位置时为立柱的夹紧或放松,扳到右边位置时为主轴箱的夹紧或放松。SB5是主轴箱和立柱的松开按钮,SB6为主轴箱和立柱的夹紧按钮。 (9)主轴箱的松开和夹紧为的动作过程:首先将组合开关SA2扳向右侧。当要主轴箱松开时,按下按钮SB5,经1~3s后,液压泵电动机正转使压力油经分配阀进入主轴箱液压缸,推动活塞使主轴箱放松。主轴箱和立柱松开指示灯HL2亮。当要主轴箱夹紧时,按下按钮SB6,经1~3s后,液压泵电动机反转,压力油经分配阀进入主轴箱液压缸,推动活塞使主轴箱夹紧。同时指示灯HL3亮,HL2灭,指示主轴箱与立柱夹紧。 (10)当将SA2扳到左侧时,立柱松开或夹紧。SA2在中间位置按下SB5或SB6时,主轴箱和主柱同时进行夹紧或放松。其他动作过程和主轴箱松开和夹紧完全相同,不再重复。 (11)机床要有照明设施

课程设计之matlab仿真报告

西安邮电大学 专业课程设计报告书 院系名称:电子工程学院学生姓名:李群学号05113096 专业名称:光信息科学与技术班级:光信1103 实习时间:2014年4月8日至2014年4月 18日

一、课程设计题目: 用matlab 仿真光束的传输特性。 二、任务和要求 1、用matlab 仿真光束通过光学元件的变换。 ① 设透镜材料为k9玻璃,对1064nm 波长的折射率为1.5062,镜片中心厚度为3mm ,凸面曲 率半径,设为100mm ,初始光线距离透镜平面20mm 。用matlab 仿真近轴光线(至少10条)经过平凸透镜的焦距,与理论焦距值进行对比,得出误差大小。 ② 已知透镜的结构参数为101=r ,0.11=n ,51=d ,5163.121==' n n (K9玻璃), 502-=r ,0.12=' n ,物点A 距第一面顶点的距离为100,由A 点计算三条沿光轴夹角分别为10、20、 30的光线的成像。试用Matlab 对以上三条光线光路和近轴光线光路进行仿真,并得出实际光线的球差大小。 ③ 设半径为1mm 的平面波经凸面曲率半径为25mm ,中心厚度3mm 的平凸透镜。用matlab 仿 真平面波在透镜几何焦平面上的聚焦光斑强度分布,计算光斑半径。并与理论光斑半径值进行对比,得出误差大小。(方法:采用波动理论,利用基尔霍夫—菲涅尔衍射积分公式。) 2、用MATLAB 仿真平行光束的衍射强度分布图样。(夫朗和费矩形孔衍射、夫朗和费圆孔衍射、夫朗和费单缝和多缝衍射。) 3、用MATLAB 仿真厄米—高斯光束在真空中的传输过程。(包括三维强度分布和平面的灰度图。) 4、(补充题)查找文献,掌握各类空心光束的表达式,采用费更斯-菲涅尔原理推导各类空心光束在真空中传输的光强表达式。用matlab 对不同传输距离处的光强进行仿真。 三、理论推导部分 第一大题 (1)十条近轴光线透过透镜时,理想情况下光线汇聚透镜的焦点上,焦点到像方主平面的距离为途径的焦距F ,但由于透镜的折射率和厚度会影响光在传输过程中所走的路径(即光程差Δ)。在用MATLAB 仿真以前先计算平行光线的传输路径。,R 为透镜凸面的曲率半径,h 为入射光线的高度,θ1为入射光线与出射面法线的夹角,θ2为出射光线与法线的夹角,n 为透镜材料的折射率。设透镜的中心厚度为d ,则入射光线经过透镜的实际厚度为:L=(R-d) 光线的入射角为:sinq1=h/R 折射角度满足:sinq2=nsinq1 而实际的光束偏折角度为:θ2-θ1。 由此可以看出,当平行光线照射透镜时,在凸面之前光线平行于光轴,在凸面之后发生了偏折,于光轴交汇一点,这一点成为焦点f ,折线的斜率为(-tan(θ2-θ1))。 (2)根据题意可得,本题所讨论的是与光轴夹角不同的三条光线,经过透镜的两次反射后的成像问题。利用转面公式计算。

自动控制课程设计~~~

指导教师评定成绩: 审定成绩: 重庆邮电大学 移通学院 自动控制原理课程设计报告 系部: 学生姓名: 专业: 班级: 学号: 指导教师: 设计时间:2013年12 月 重庆邮电大学移通学院制

目录 一、设计题目 二、设计报告正文 摘要 关键词 设计内容 三、设计总结 四、参考文献

一、设计题目 《自动控制原理》课程设计(简明)任务书——供2011级机械设计制造及其自动化专业(4-6班)本科学生用 引言:《自动控制原理》课程设计是该课程的一个重要教学环节,既有别于毕业设计,更不同于课堂教学。它主要是培养学生统筹运用自动控制原理课程中所学的理论知识,掌握反馈控制系统的基本理论和基本方法,对工程实际系统进行完整的全面分析和综合。 一设计题目:I型二阶系统的典型分析与综合设计 二系统说明: 该I型系统物理模拟结构如图所示。 系统物理模拟结构图 其中:R=1MΩ;C =1uF;R0=41R 三系统参量:系统输入信号:x(t); 系统输出信号:y(t);

四设计指标: 设定:输入为x(t)=a×1(t)(其中:a=5) 要求动态期望指标:M p﹪≤20﹪;t s≤4sec; 五基本要求: a)建立系统数学模型——传递函数; b)利用根轨迹方法分析和综合系统(学号为单数同学做); c)利用频率特性法分析和综合系统(学号为双数同学做); d)完成系统综合前后的有源物理模拟(验证)实验; 六课程设计报告: 1.按照移通学院课程设计报告格式写课程设计报告; 2.报告内容包括:课程设计的主要内容、基本原理; 3.课程设计过程中的参数计算过程、分析过程,包括: (1)课程设计计算说明书一份; (2)原系统组成结构原理图一张(自绘); (3)系统分析,综合用精确Bode图一张; (4)系统综合前后的模拟图各一张(附实验结果图); 4.提供参考资料及文献 5.排版格式完整、报告语句通顺; 6.封面装帧成册。

智能家居控制系统课程设计报告20

XXXXXXXXXXXXXX 嵌入式系统原理及应用实践 —智能家居控制系统(无操作系统) 学生姓名XXX 学号XXXXXXXXXX 所在学院XXXXXXXXXXX 专业名称XXXXXXXXXXX 班级XXXXXXXXXXXXXXXXX 指导教师XXXXXXXXXXXX 成绩 XXXXXXXXXXXXX 二○XX年XX月

综合实训任务书

目录 前言 (1) 1 硬件设计 (1) 1.1 ADC转换 (3) 1.2 SSI控制数码管显示 (3) 1.3 按键和LED模块 (5) 1.4 PWM驱动蜂鸣器 (6) 2 软件设计 (7) 2.1 ADC模块 (7) 2.1.1 ADC模块原理描述 (7) 2.1.2 ADC模块程序设计流程图 (8) 2.2 SSI 模块 (8) 2.2.1 SSI模块原理描述 (9) 2.2.2 SSI模块程序设计流程图 (10) 2.3 定时器模块 (10) 2.3.1 定时器模块原理描述 (10) 2.3.2 定时器模块流程图 (11) 2.4 DS18B20模块 (11) 2.4.1 DS18B20模块原理描述 (11) 2.4.2 DS18B20模块程序设计流程图 (12) 2.5 按键模块 (13) 2.5.1 按键模块原理描述 (13) 2.5.2 按键模块程序设计流程图 (13) 2.6 PWM模块 (13) 2.6.1 PWM模块原理描述 (14) 2.6.2 PWM模块程序设计流程图 (14) 2.6 主函数模块 (14) 2.6.1 主函数模块原理描述 (14) 2.6.2主函数模块程序设计流程图 (15)

南理工控制系统综合课程设计-随机切换系统

随机切换系统的仿真

目录 摘要 (3) 1 引言 (4) 1.1 切换系统概述 (4) 1.1.1 切换系统工程背景 (4) 1.1.2 切换系统研究现状 (4) 1.1.3 切换系统的特点 (4) 1.2 问题描述与准备 (5) 2 一般随机线性切换系统 (5) 2.1 切换系统模型 (5) 2.1.1 模型形式 (5) 2.1.2 反馈控制律 (6) 2.2 仿真实例 (7) 3 对随机切换系统性能的研究 (8) 3.1 线性切换系统的能控性和能观性 (8) 3.2 线性切换系统的稳定性 (9) 4 随机切换系统的有趣现象探索 (10) 4.1 切换函数的选取 (10) 4.1.1 切换函数依赖状态变量 (10) 4.1.2 切换函数为随机数 (11) 4.2 系统结构的选取 (12) 4.3 时延函数的选取 (12) 4.4 多个子系统切换探究 (13) 4.2.1 改变初值 (14) 4.2.2 改变切换函数 (15) 5 总结和展望 (16) 参考文献 (17)

摘要 本文研究了随机切换控制系统的分析和仿真问题。首先介绍切换系统的发展背景、特点、研究内容、研究现状以及本文要讨论的问题;第二部分介绍随机切换系统的一般模型,用实例分析了切换系统的运动特性;第三部分简析了切换系统性能,并结合实例说明切换函数的存在对于稳定性的影响;第四部分通过改变系统参数、不同切换函数等情况,利用MATLAB/Simulink软件对系统进行仿真,给出了仿真程序、系统状态曲线,试图从各个系统状态曲线的不同现象的特点和系统性能中发现一些有趣的现象并进行分析;第五部分对全文作了总结并对随机切换系统进行展望。 关键词:随机切换系统simulink仿真状态响应曲线分析有趣现象探索

基于Simulink仿真双闭环系统综合课程设计报告书

课程设计 双闭环直流调速系统设计及仿真验证 学院年级:工程学院08级 组长:陈春明学号200830460102 08自动化1班成员一:陈木生学号 200830460103 08自动化1班 指导老师: 日期: 2012-2-28 华南农业大学工程学院

摘要 转速、电流双闭环调速系统是应用最广的直流调速系统,由于其静态性能良好,动态响应快,抗干扰能力强,因而在工程设计中被广泛地采用。现在直流调速理论发展得比较成熟,但要真正设计好一个双闭环调速系统并应用于工程设计却有一定的难度。 Matlab是一高性能的技术计算语言,具有强大的科学数据可视化能力,其中Simulink具有模块组态简单、性能分析直观的优点,方便了系统的动态模型分析。应用Simulink来研究双闭环调速系统,可以清楚地观察每个时刻的响应曲线,所以可以通过调整系统的参数来得出较为满意的波形,即良好的性能指标,这给分析双闭环调速系统的动态模型带来很大的方便。 本研究采用工程设计方法,并利用Matlab协助分析双闭环调速系统,依据自动控制系统快、准、稳的设计要求,重点分析系统的起动过程。 关键词:双闭环直流调速 Simulink 自动控制

目录 1、直流电机双闭环调速系统的结构分析....................... 1.1 双闭环调速系统的组成............................... 1.2 双闭环调速系统的结构.................................... 2 、建立直流电机双闭环调速系统的模型............................ 2.1 小型直流调速系统的指标及参数......................... 2.2 电流环设计............................................... 2.3 转速环设计................................................ 3、直流电动机双闭环调速系统的MATLAB仿真.................... 3.1 系统框图的搭建............................................. 3.2 PI控制器参数的设置...................................... 3.3 仿真结果.................................................... 4、结论与总结....................................................... 5、参考资料.......................................................

自动控制原理课程设计实验

上海电力学院 自动控制原理实践报告 课名:自动控制原理应用实践 题目:水翼船渡轮的纵倾角控制 船舶航向的自动操舵控制 班级: 姓名: 学号:

水翼船渡轮的纵倾角控制 一.系统背景简介 水翼船(Hydrofoil)是一种高速船。船身底部有支架,装上水翼。当船的速度逐渐增加,水翼提供的浮力会把船身抬离水面(称为水翼飞航或水翼航行,Foilborne),从而大为减少水的阻力和增加航行速度。 水翼船的高速航行能力主要依靠一个自动稳定控制系统。通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。因此,设计上要求系统使浮力稳定不变,相当于使纵倾角最小。 航向自动操舵仪工作时存在包括舵机(舵角)、船舶本身(航向角)在内的两个反馈回路:舵角反馈和航向反馈。 当尾舵的角坐标偏转错误!未找到引用源。,会引起船只在参考方向上发生某一固定的偏转错误!未找到引用源。。传递函数中带有一个负号,这是因为尾舵的顺时针的转动会引起船只的逆时针转动。有此动力方程可以看出,船只的转动速率会逐渐趋向一个常数,因此如果船只以直线运动,而尾舵偏转一恒定值,那么船只就会以螺旋形的进入一圆形运动轨迹。 二.实际控制过程 某水翼船渡轮,自重670t,航速45节(海里/小时),可载900名乘客,可混装轿车、大客车和货卡,载重可达自重量。该渡轮可在浪高达8英尺的海中以航速40节航行的能力,全靠一个自动稳定控制系统。通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。因此,设计上要求该系统使浮力稳定不变,相当于使纵倾角最小。

上图:水翼船渡轮的纵倾角控制系统 已知,水翼船渡轮的纵倾角控制过程模型,执行器模型为F(s)=1/s。 三.控制设计要求 试设计一个控制器Gc(s),使水翼船渡轮的纵倾角控制系统在海浪扰动D (s)存在下也能达到优良的性能指标。假设海浪扰动D(s)的主频率为w=6rad/s。 本题要求了“优良的性能指标”,没有具体的量化指标,通过网络资料的查阅:响应超调量小于10%,调整时间小于4s。 四.分析系统时域 1.原系统稳定性分析 num=[50]; den=[1 80 2500 50]; g1=tf(num,den); [z,p,k]=zpkdata(g1,'v'); p1=pole(g1); pzmap(g1) 分析:上图闭环极点分布图,有一极点位于原点,另两极点位于虚轴左边,故处于临界稳定状态。但还是一种不稳定的情况,所以系统无稳态误差。 2.Simulink搭建未加控制器的原系统(不考虑扰动)。

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