过程控制系统课程单元设计
《过程控制系统应用技术》课课程单元教学设计（2014～ 2015学年第2学期）
所属系部：机械电子系
制定人：
合作人：
制定时间： 2015.2
河南化工职业学院
《过程控制系统应用技术》课程单元教学设计1 1.单元教学设计
单元标题：自动控制系统概述单元教学学时 2
在整体设计中的位置第 1 次
授课班级自动化1301
上课
时间
周月日
第节
至
周月日
第节
上课
地点
教学目标
能力目标知识目标素质目标
1、能够区分控制系统
的不同组成部分，及
不同的控制系统
2、能够正确分析控制
系统的性能
1、了解过程控制系统的
基本概念
2、掌握控制系统过渡过
程及品质指标
1、培养学生发散思维能
力及独立思考的能力。
能力训练任务及案例（指教学的主要内容等）
任务1.自动控制系统相关知识
1.1过程控制系统的基本概念
自动控制就是在没人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或者过程自动的按照预定的规律运行。
实例讨论：
（1）导弹能够准确命中目标，
（2）人造卫星能够按照预定的轨道运行并返回地标；
（3）宇宙飞船能够在月球和其他星球着陆探测后返回地球
1.2过程控制系统的任务
过程控制是自动控制学科的一门分支，是对过程控制系统的分析和设计。
1.3过程控制系统的特点
（1）被控对象的多样性
（2）对象存在滞后
（3）对象特性的非线性
（4）控制系统比较复杂
1.4自动控制理论的发展
分为经典控制理论和现代控制理论
能力训练任务及案例任务2.自动控制系统的组成和分类
2.1自动控制系统的组成
分析图1-1，1-2，理解被控对象、检测元件和变送器、控制器、执行器、比较机构、被控变量y，设定值x,偏差e，操纵变量q，扰动f。
2.2过程控制系统的分类
（1）按照控制系统的基本机构不同，可分为：闭环控制系统、开环控制系统。
（2）按设定值的不同情况，将自动控制系统分三类：定制控制系统、随动控制系统、程序控制系统。
任务3.自动控制系统的过渡过程及品质指标
3.1过渡控制系统的过渡过程
在扰动的作用下，控制系统从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态的过程叫过渡过程。
把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为静态或稳态，而把被控变量随时间而变化的不平衡状态称为动态或瞬态。
在阶跃扰动作用下，过程控制系统的过渡过程将出现如图1-4的几种形式。
（1）发散震荡过程
（2）等幅震荡过程
（3）衰减震荡过程（稳定迅速准确，是所希望的）
（4）非振荡衰减过程（不是理想的不宜采用）
（5）非振荡发散过程（生产中不希望的）
3.2 过程控制系统的品质指标
对过程控制系统的基本技术性能要求包括稳态和瞬态两个方面，一般可归纳为以下三点：
（1）稳定性
（2）准确性
（3）快速性
分析讨论图1-5，学习最大偏差、衰减比、余差、振荡周期等几个参数的计算。
教材及参考资料（1）过程控制系统应用技术（2）化工仪表及自动化（3）自动控制原理
2.单元教学过程设计
步骤教学内容及能力
/知识目标
教师活动学生活动
时间
（分钟）
1复习上一个学习环节
简单总结提问上一
个学习环节的重点
难点
在教师的引导下回
顾知识点，并回答
教师的问题
5
2
授课教授教材内容听课70 3
讨论提出问题分组进行讨论10
4总结
对讲授的知识进行
总结
在教师引导下把所
学的知识串联起
来，加深理解
5
作
业
课
后
体
会
注：每个步骤占用的行数，可以按照实际需要增减。
《过程控制系统应用技术》课程单元教学设计2 1.单元教学设计
单元标题：过程特性单元教学学时 2
在整体设计中的位置第2次
授课班级自动化1301
上课
时间
周月日
第节
至
周月日
第节
上课
地点
教学目标
能力目标知识目标素质目标
1、能够正确分析控制
系统的过程特性
2、能够正确的分析对
象的特性参数
1、掌握控制系统的静
态与动态的定义及
特点性质
2、掌握对象特性三大
参数的定义及在控
制系统的意义
1、培养学生的独立思考
及自学的能力。
能力训练任务及案例（指教学的主要内容等）
任务1.控制系统的静态与动态
在定制控制系统中，将被控变量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态（稳态），而把被控变量岁时间而变化的不平衡状态称为系统的动态。
定制控制系统的目的就是希望将被控变量保持在一个不变的值上，这只有当进入被控对象的物料量和流出对象的物料量相等时才有可能。
平衡状态是暂时的、相对的、有条件的，不平衡状态才是普遍的、绝对的、无条件的。
在生产过程中，干扰是客观存在的，不可避免的，了解系统的动态更为重要。研究自动控制控制系统的重点就是要研究系统的动态。
任务2.过程特性的类型
在研究过程特性时，应该预先指明对象的输入变量是什么，输出变量是什么，因为对于同样一个对象，输入变量或输出变量不相同时，它们间的关系也是不相同的。
工业过程中常采用阶跃输入信号作用下过程的相应表示过程的动态特性。典型的工作过程动态特性分为以下四类。
能力训练任务及案例 2.1自衡的非振荡过程
在外部阶跃输入信号作用下，过程原有的平衡状态被破坏，并在外部信号作用下自动地非振荡地稳定到一个新的稳态，这类工业过程成为具有自衡的非振荡过程。（分析图2-2）
2.2无自衡的非振荡过程
这类过程没有自衡能力，它在阶跃输入信号的作用下的输出响应曲线无震荡地从一个稳态一直上升或下降，不能达到新的稳态。（分析图2-3）
2.3有自衡的震荡过程
这类过程有自衡能力，在阶跃信号的作用下，输出响应呈现衰减震荡特性，最终过程会趋于新的稳态。（分析图2-4）
2.4具有反响特性的过程
在阶跃信号的作用下，被控变量先上升后降低或者先降低后上升，即阶跃响应在初始情况与最终情况方向相反。（分析图2-5）
任务3.过程特性的一般分析
对象的特性可以通过其数学模型来描述，在实际工作中，常用下面三个物理量来表示对象的特性，也就是对象的特性参数。
3.1放大系数K
K在数值上等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量的比值。它的意义可以理解为：如果有一定的输入变化量，通过对象就放大了K倍变化为输出变化量。K被称为对象的放大系数。
3.2时间常数T
在自动化领域中，往往用时间常数T来表示，时间常数越大，表示对象受到输入作用后，被控变量变化得越慢，到达新的稳态值所需的时间越长。
3.3滞后时间t
（1）时滞称为纯滞后，一般由于介质的输送需要一段时间而引起的。（分析图2-7）
（2）容量之后，有些对象在受到阶跃输入作用开始变化缓慢，后来才逐渐加快，最后又变得直至逐渐接近稳态值，这种现象叫容量滞后或过渡滞后。（分析参考图分-8）
教材及参考资料（1）过程控制系统应用技术（2）化工仪表及自动化（3）自动控制原理
2.单元教学过程设计
步骤教学内容及能力
/知识目标
教师活动学生活动
时间
（分钟）
1
2
3
4
作
业
课
后
体
会
注：每个步骤占用的行数，可以按照实际需要增减。
《过程控制系统应用技术》课程单元教学设计3 1.单元教学设计
单元标题：过程空太数学模型单元教学学时 2
在整体设计中的位置第3次
授课班级自动化1301
上课
时间
周月日
第节
至
周月日
第节
上课
地点
教学目标
能力目标知识目标素质目标
1、能够建立简单系统
的数学模型（传递函
数）
2、能够利用实验测取
方法建立特殊系统
的数学模型
1、了解系统建模的两
种方法
2、了解几种控制系统
数学模型的类别
3、掌握传递函数的定
义及构建方法。
1、培养学生的独立思
考及自学的能力。
2、能够和所学过的高
等数学知识联系一
块，解决控制系统方
面的问题。
能力训练任务及案例（指教学的主要内容等）
任务1.数学模型
1.1数学模型的概念
过程特性的数学描述称为过程的数学模型。数学模型不仅是分析和设计控制系统方案的需要，也是控制系统投运、控制器参数整定的需要。在操作优化、故障和诊断方案制定等方面也是极其重要的。
静态数学模型是动态数学模型在达到平衡状态时的一个特例。
1.2数学模型的主要形式
数学模型主要有两种类型，一类是参量形式，就是要用曲线或数据表格来表示，一类是非参量形式，就是用数学方程式来表示。
动态数学模型的形式主要有以下几种：
（1）微分方程
（2）传递函数
（3）微分方程
（4）差分方程及动态方程
1.3数学模型建立的方法
根据数学模型建立的途径不同，可分为机理建模、实测建模两种方法，也可以将两种方法结合起来。
机理建模可以在设备投产之前，充分利用已知的过程知识，从本质上
能力训练任务及案例去了解对象的特性。
任务2.传递函数
传递函数是经典控制理论中广泛采用的一种数学模型。利用传递函数不比求解微分方程就可以分析系统的动态性能，以及系统参数或结构变化对动态性能的影响。
（1）传递函数的定义：
系统输出与输入拉氏变换的比值
（2）传递的性质：五条
（3）典型环节的传递函数
从结构上及作用原理上来看，有各种不同的元件，但从动态性能或数学模型来看，却可分成为数不多的基本环节，也就是典型环节。（分析学习教材例题，回顾所学的高数知识）
（1）比例环节系统的输出量与输入量成比例关系的环节
（2）积分环节输出量是输入量对时间的积分
（3）理想微分环节
（4）惯性环节
（5）一阶微分环节
（6）二阶振荡环节
（7）纯滞后环节
任务3.过程动态模型的实验测取
在实际工作中，常常用实测的方法来研究对象的特性，它能比较可靠的建立对象的数学模型，也可以对通过机理分析建立起来的数学模型加以验证或修改。
在测试过程中需要主要一些事项
为了获得动态特性，必须使被研究的过程处于被激励状态。
根据加入的激励信号和结果的分析方法不同，测试动态特性的实验方法也不相同，常用的方法有时域法、频率法和统计相关法。
测试信号通常选阶跃信号或矩形脉冲信号，由于被测对象的阶跃响应曲线比较直观的放映了其动态特性，实验也比较简单，而且从响应曲线直接求出其对应的传递函数，因此阶跃输入信号是时域测定法首选的输入测试信号。
教材及参考资料（指教材或讲义、课件、参考资料、仪器、设备等）（1）过程控制系统应用技术
（2）化工仪表及自动化
（3）自动控制原理
2.单元教学过程设计
步骤教学内容及能力
/知识目标
教师活动学生活动
时间
（分钟）
1
2
3
4
作
业
课
后
体
会
注：每个步骤占用的行数，可以按照实际需要那样增减。
《过程控制系统应用技术》课程单元教学设计4 1.单元教学设计
单元标题：控制的控制规律1、双位控制 2、比例控制单元教学学时 2 在整体设计中的位置第4次
授课班级自动化1301
上课
时间
周月日
第节
至
周月日
第节
上课
地点
教学目标
能力目标知识目标素质目标
1、能够简述双位控制
的应用实例
2、能够对比例控制中
的主要参数进行求
解
1、掌握双位控制和比例
控制的定义及应用特
点。
1、培养学生的独立思
考及自学的能力。
能力训练任务及案例（指教学的主要内容等）
控制器的作用是对测量变送仪表送来的测量值和其内部或外部设置的设定值进行比较得到偏差，然后按照一定的控制规律进行运算，产生符合系统要求的信号去驱动执行器工作，以达到调节被控变量的目的。
基本控制规律只有四种：
（1）双位控制规律
（2）比例控制规律
（3）积分控制规律
（4）微分控制规律
后三者控制规律通常称为常规PID控制，是绝大多数过程控制系统采用的形式。
任务1.双位控制
定义：双位控制是指控制器输入偏差连续变化时，其输出信号只产生两个值，相应的执行机构也只在两个位置工作。
讨论分析学习图3-2，图3-2是一个贮槽的液位双位控制示意图。
双位控制系统结构简单、成本低、易于实现，但控制质量较差，只能应用于允许被控变量在一个小范围内波动的场合，如空调、电冰箱、加热炉、恒温箱的温度控制，气动仪表气源气罐的压力控制。
能力训练任务及案例任务2.比例控制
2.1 比例控制规律
定义：比例控制规律指控制器输出信号u随输入偏差信号e按一定比例关系变化的控制规律。用数学式表示为：
u=K
p
e
式中，K
p
叫做比例放大倍数，也称比例增益或比例系数，其值越大，输出
信号越大，即控制作用越强。所以K
p
是决定控制器比例控制作用强弱的参数。
K
p
＞1,控制器是一台信号放大的仪表，反之则是一台信号缩小的仪表。
2.2 比例度
在过程控制仪表中，用来实现比例控制作用的参数并不是比例放大倍数，而是比例度。
比例度和比例放大倍数成反比。
在控制器上，比例度可以通过旋动旋钮或在相应栏填入数字来实现或者更改。比例度的范围一般从百分之几到百分之几百。
2.3 比例度对系统的影响
分析图3-5和表3-1，讨论比例控制作用一下几个特点
（1）比例度越小，系统的控制作用越强
（2）纯粹的比例控制具有动作迅速、反应灵敏的特点。所以比例控制规律也是所有控制系统最基本、最普遍的控制规律。
（3）比例控制作用过强会使系统震荡剧烈，稳定性急剧下降甚至无法重新回复到原先的状态，不可取。
（4）比例作用增强在一定范围内可以减小系统的余差，但是单纯使用比例控制作用并不能完全消除余差。
单纯的比例控制适用于扰动不大，滞后较小，负荷变化较小，工艺要求不高且允许有一定余差的场合。
教材及参考资料（指教材或讲义、课件、参考资料、仪器、设备等）（1）过程控制系统应用技术
（2）化工仪表及自动化
（3）自动控制原理
2.单元教学过程设计
步骤教学内容及能力
/知识目标
教师活动学生活动
时间
（分钟）
1
2
3
4
作
业
课
后
体
会
注：每个步骤占用的行数，可以按照实际需要那样增减
《过程控制系统应用技术》课程单元教学设计5 1.单元教学设计
单元标题：控制规律
1、比例积分控制
2、比例微分控制单元教学学时 2 在整体设计中的位置第次
授课班级自动化1301
上课
时间
周月日
第节
至
周月日
第节
上课
地点
教学目标
能力目标知识目标素质目标
1、能够正切分析比例积
分、比例微分每个参数
的实际对应含义。
1、掌握比例积分的定义
及应用特点
2、掌握比例微分的定义
及应用特点
1、培养学生把抽象理论
与实际生产控制技术结
合起来，知行合一。
能力训练任务及案例（指教学的主要内容等）
任务1.比例积分控制
1.1积分控制规律
积分控制规律指控制器输出信号u与输入偏差信号e的积分成正比变化的控制规律。用数学表达式：
00
1
t t
i
i
u k edt edt
T
==
??
式中i
K——积分增益；
i
T——积分时间。
积分控制器的输出不仅与偏差的大小有关，还与偏差存在的时间有关，只要偏差存在，控制器输出就会不断累积，直至偏差为零它才会停止变化，意味着积分控制作用可以消除余差。
1.2积分时间对系统的影响
i
K和
i
T都能表示积分作用变化的快慢，二者成反比。实用中采用积分时间i
T实现积分控制作用。积分时间的范围一般从几秒到几百秒。
由上式还可以知道，i
T值越大，其输出信号越小，控制作用越弱；反之，i
T值越小，其输出信号越大，控制作用越强。
如果输入偏差信号e为阶跃信号，设其常数A，则积分控制器的输出为
能力训练任务及案例
11
t
i i
u edt At
T T
==
?
该式子表明，积分控制器的输出是一条随时间变化的斜线，斜率为i
A
T。
分析图3-6，当i T较小时，积分曲线上升得较快，意味着积分控制作用越强；反之，i T较大时，积分曲线上升较慢，说明积分控制作用越弱。
图3-6还表明，单纯采用积分控制规律的话，控制器输出在起始段信号很小，即控制作用很弱，远不如比例控制作用来得及时和迅速，所以积分规律不会单独使用，而是经常与比例规律配合使用
总结积分控制作用有如下特点：
（1）积分时间越小，系统的控制作用越强
（2）积分控制作用只要稍微加强就能很好地消除余差，对于保证系统的准确性起到了不可替代的作用
（3）积分控制作用过强会使系统震荡剧烈，稳定性急剧下降甚至发散，这是正常系统不能允许的。
1.3比例积分规律
比例积分控制器既有比例作用能调节及时、迅速，又有积分作用能消除余差，合理配置比例度和积分时间两个参数，就能满足很多工艺生产场合的要求。
任务2.比例微分控制
2.1微分控制规律
微分控制规律指控制器输出信号u与输入偏差信号e对时间的导数成正比。理想的微分控制规律数学表达式：D
de
u T
dt
=
式中：D
T为微分时间，表示微分控制作用的速度。
2.2微分时间对系统的影响
（1）微分时间越大，系统的微分控制作用越强。
（2）微分控制作用令系统反应极其迅速，所以应使用在信号变化较慢或具有较大滞后的系统中，而不应该使用在本身就反应灵敏的系统中。
（3）微分控制作用稍微加强便会使系统震荡剧烈，稳定性急剧下降甚至发散
2.3比例微分控制规律
理想的比例微分控制规律的数学表达式：
()
p D
de
u K e T
dt
=+
PID控制器既有比例作用的及时迅速的优势，又有积分作用的消除余差的能力，还有微分作用的超前控制功能，所以是各种控制规律组合中功能最全、效果最好的一种。
教材及参考资料（指教材或讲义、课件、参考资料、仪器、设备等）（1）过程控制系统应用技术
（2）化工仪表及自动化
（3）自动控制原理
2.单元教学过程设计
步骤教学内容及能力
/知识目标
教师活动学生活动
时间
（分钟）
1
2
3
4
作
业
课
后
体
会
注：每个步骤占用的行数，可以按照实际需要那样增减
《过程控制系统应用技术》课程单元教学设计6 1.单元教学设计
单元标题：单回路控制系统
1、简单控制系统
2、被控变量与操纵变量单元教学学时
在整体设计中的位置第次
授课班级自动化1301
上课
时间
周月日
第节
至
周月日
第节
上课
地点
教学目标
能力目标知识目标素质目标
1、能够正确分析单回路
控制系统的控制过程
2、能够根据控制要求正
确选择被控变量
1、掌握单回路控制系统
的结构组成
2、掌握被控变量选择的
原则
1、培养学生静心看书的
习惯（本教材理论性较
强，学生基础比较差，
学习起来具有一定的难
度。）
能力训练任务及案例（指教学的主要内容等）
任务1.单回路控制系统
单回路控制系统，指仅由一个被控过程（或）被控对象、一个测量变送装置、一个控制器（或称调节器）和一个执行器（如调节器）所组成的单闭环负反馈控制系统，也称为简单控制系统。
作为复杂控制系统的基础，简单控制系统是工业生产过程中最基本的控制系统，约占工业控制系统的80%。
1.1单回路控制系统的结构
在建立一套单回路控制系统时，应该被控对象特性分析后选择测量变送装置、执行器和控制器控制规律，并对所组成控制系统进行控制品质分析，在满足生产过程需要的情况下才能投运到生产过程中。
1.2控制过程分析
对控制过程的分析，首先应了解生产过程对控制提出的要求时什么，才能根据生产过程的需要建立控制系统。
以图4-1工业换热器生产过程为例，分析控制过程。
在这些因素中，除外界环境温度变化不可控制外，可通过对蒸汽量的调节或对冷无聊量的调节控制换热器出口温度。
1.3单回路控制系统设计基础
要建立一套单回路控制系统，首先确定单回路控制系统的四个基本
能力训练任务及案例环节，即被控对象、控制器、执行器及测量变送环节。在简单控制系统设计中，主要任务是被控变量和操纵变量的选择、建立被控对象的数学模型、控制器的设计、测量变送装置和执行器的选型。
任务2.被控变量的选择
根据已经学过的知识可知，对任何一个需要控制的生产过程，首先要找出被控对象的数学模型，了解其被控对象的特性才能根据其需求设计出质量保证的控制系统。
2.1 生产过程中自动控制系统要保证以下参数稳定在工艺生产要求的范围内。
（1）对产品的数量和质量起决定作用的参数
（2）对安全生产起决定作用的因素
（3）能直接鉴定产品质量的工艺参数。
（4）有些工艺变量虽然不直接影响产品的质量和数量，但对生产过程有十分重要的意义
2.2 被控变量的选择应按照生产工艺过程需要进行选择，当然在选择过程中，根据对过程参数检测的仪器仪表或检测手段的差异，或不同过程参数对应的过程结构不同，选择方法是不同的。具体的被控变量选择原则如下：
（1）被控变量的直接选择方法：对生产过程中希望控制好的重要工艺参数，其参数反应灵敏
（2）被控变量的间接选择方法：对生产过程中希望控制好的重要工艺参数。虽有较成熟的检测手段，但其检测过程滞后大或检测出的信号微弱，这时应选择与这些参数有意义对应关系的易于检测和变化大的参数作为被控变量。
（3）被控变量的选择应考虑是否符合工艺上的合理性和生产过程对自动化水平的要求。
教材及参考资料（指教材或讲义、课件、参考资料、仪器、设备等）（1）过程控制系统应用技术
（2）化工仪表及自动化
（3）自动控制原理
2.单元教学过程设计
步骤教学内容及能力
/知识目标
教师活动学生活动
时间
（分钟）
1
2
3
4
作
业
课
后
体
会
注：每个步骤占用的行数，可以按照实际需要那样增减
《过程控制系统应用技术》课程单元教学设计7 1.单元教学设计
单元标题：被控变量和操纵变量的选择单元教学学时
在整体设计中的位置第次
授课班级自动化1301
上课
时间
周月日
第节
至
周月日
第节
上课
地点
教学目标
能力目标知识目标素质目标
1、能够根据设计要求选
择正确的操纵变量。
1、掌握操纵变量选择的
依据
1、培养学生独立思考的
能力。
能力训练任务及案例（指教学的主要内容等）
任务1.被控变量的选择举例
直接被控变量选择如图4-3的工业换热器，直接选择换热后的物料温度为被控比量。
（1）在氨合成塔中，需要分析N
2
，H
2
，成分分析滞后大，不宜直接作为被控变量。因合成反应是放热反应，故其反应温度能间接反映合成率的大小，则选反应温度作为被控变量。
（2）在某生产厂要对其生产的饱和蒸汽质量进行控制，提出下面三种方案：
1）将压力P和温度T都选为被控变量；
2）将压力P选为被控变量；
3）将温度T选为被控变量。
正确选择：方案2和方案3.
（3）分析图4-4，是一个笨-甲苯二元体系精馏过程，它是充分利用被分离物各组分挥发程度的不同，把混合物分离成较纯的产品。
过程设备设计
1压力容器主要由哪几部分组成分别起什么作用 压力容器由筒体，封头密封装置，开孔接管，支座，安全附件六大部件组成。筒体的作用：用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间。封头的作用：与筒体直接焊在一起，起到构成完整容器压力空间的作用。密封装置的作用：保证承压容器不泄漏开孔接管的作用：满足工艺要求和检验需要支座的作用：支撑并把压力容器固定在基础上安全附件的作用：保证压力容器的使用安全和测量，控制工作介质的参数 2固定式压力容器安全技术监察规程》在确定压力容器类别时，为什么不仅要根据压力高低，还要视压力与容积的乘积pV大小进行分类： 压力容器所蓄能量与其内部介质压力和介质体积密切相关：体积越大，压力越高，则储存的能量越大，发生爆破是产生的危害也就越大。而《固定式压力容器安全技术监察规程》在确定压力容器类别时是依据整体危害水平进行分类的，所以要这样划分. 3压力容器用钢的基本要求 较好的强度，良好的塑性，韧性，制造性能和与介质的相容性 4为什么要控制压力容器用钢的硫磷含量 硫能促进非金属夹杂物的形成，使塑性和韧性降低，磷能提高钢的强度，但会增加钢的脆性，特别是低温脆性，将硫磷等有害元素控制在较低的水平，就能大大提高钢材的纯净度，可以提高钢材的韧性，抗辐射脆化能力，改善抗应变时效性能，抗回火脆性和耐腐蚀性能 设计双鞍座卧式容器时，支座位置应该按照哪些原则确定试说明理由。 答：根据JB473规定，取A小于等于，否则容器外伸端将使支座界面的应力过大。因为当A=时，双支座跨距中间截面的最大弯矩和支座截面处的弯矩绝对值相等，使两个截面保持等强度。考虑到除弯矩以外的载荷，所以常区外圆筒的弯矩较小。所以取A小于等于。 当A满足小于等于时，最好使A小于等于。这是因为支座靠近封头可充分利用封头对支座处圆筒的加强作用。
【VIP专享】运动控制系统课程设计报告
《运动控制系统》课程设计报告 时间 2014.10 _ 学院自动化 _ 专业班级自1103 _ 姓名曹俊博 __ 学号 41151093 指导教师潘月斗 ___ 成绩 _______
摘 要 本课程设计从直流电动机原理入手，建立V-M双闭环直流调速系统，设计双闭环直流调速系统的ACR和ASR结构，其中主回路采用晶闸管三相桥式全控整流电路供电，触发器采用KJ004触发电路，系统无静差；符合电流超调量σi≤5%；空载启动到额定转速超调量σn≤10%。并详细分析系统各部分原理及其静态和动态性能，且利用Simulink对系统进行各种参数给定下的仿真。 关键词：双闭环；直流调速；无静差；仿真 Abstract This course is designed from DC motor, establish the principles of V-M double closed loop DC speed control system design, the double closed loop dc speed control system and the structure, including ACR ASR the main loop thyristor three-phase bridge type all control the power supply and trigger the rectifier circuit KJ004 trigger circuit, the system without the static poor; Accord with current overshoots sigma I 5% or less; No-load start to the rated speed overshoot sigma n 10% or less. And detailed analysis of the system principle and the static and dynamic performance, and the system of simulink to various parameters set simulation. Key Words：double closed loop；DC speed control system；without the static poor；simulation
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）。
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=-
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
matlab控制系统仿真课程设计
课程设计报告 题目PID控制器应用 课程名称控制系统仿真院部名称机电工程学院专业 班级 学生姓名 学号 课程设计地点 课程设计学时 指导教师 金陵科技学院教务处制成绩
一、课程设计应达到的目的 应用所学的自动控制基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行控制系统的初步设计。 应用计算机仿真技术，通过在MATLAB软件上建立控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。 二、课程设计题目及要求 1．单回路控制系统的设计及仿真。 2．串级控制系统的设计及仿真。 3．反馈前馈控制系统的设计及仿真。 4．采用Smith 补偿器克服纯滞后的控制系统的设计及仿真。 三、课程设计的内容与步骤 (1)．单回路控制系统的设计及仿真。 （a）已知被控对象传函W(s) = 1 / (s2 +20s + 1)。 （b）画出单回路控制系统的方框图。 （c）用MatLab的Simulink画出该系统。
（d）选PID调节器的参数使系统的控制性能较好，并画出相应的单位阶约响应曲线。注明所用PID调节器公式。PID调节器公式Wc（s）=50(5s+1)/(3s+1) 给定值为单位阶跃响应幅值为3。 有积分作用单回路控制系统
无积分作用单回路控制系统 大比例作用单回路控制系统 （e）修改调节器的参数，观察系统的稳定性或单位阶约响应曲线，理解控制器参数对系统的稳定性及控制性能的影响？ 答：由上图分别可以看出无积分作用和大比例积分作用下的系数响应曲线，这两个PID调节的响应曲线均不如前面的理想。增大比例系数将加快系统的响
运动控制系统课程设计报告
《运动控制系统》课程设计报告 时间2014.10 _ 学院自动化 _ 专业班级自1103 _ 姓名曹俊博__ 学号 指导教师潘月斗 ___ 成绩 _______
摘要 本课程设计从直流电动机原理入手，建立V-M双闭环直流调速系统，设计双闭环直流调速系统的ACR和ASR结构，其中主回路采用晶闸管三相桥式全控整流电路供电，触发器采用KJ004触发电路，系统无静差；符合电流超调量σi≤5%；空载启动到额定转速超调量σn≤10%。并详细分析系统各部分原理及其静态和动态性能，且利用Simulink对系统进行各种参数给定下的仿真。 关键词：双闭环；直流调速；无静差；仿真 Abstract This course is designed from DC motor, establish the principles of V-M double closed loop DC speed control system design, the double closed loop dc speed control system and the structure, including ACR ASR the main loop thyristor three-phase bridge type all control the power supply and trigger the rectifier circuit KJ004 trigger circuit, the system without the static poor; Accord with current overshoots sigma I 5% or less; No-load start to the rated speed overshoot sigma n 10% or less. And detailed analysis of the system principle and the static and dynamic performance, and the system of simulink to various parameters set simulation. Key Words：double closed loop；DC speed control system；without the static poor；simulation
控制系统仿真课程设计
控制系统仿真课程设计 （2010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2013年7月
控制系统仿真课程设计（一） ——锅炉汽包水位三冲量控制系统仿真1.1 设计目的 本课程设计的目的是通过对锅炉水位控制系统的Matlab仿真，掌握过程控制系统设计及仿真的一般方法，深入了解反馈控制、前馈-反馈控制、前馈-串级控制系统的性能及优缺点，实验分析控制系统参数与系统调节性能之间的关系，掌握过程控制系统参数整定的方法。 1.2 设计原理 锅炉汽包水位控制的操作变量是给水流量，目的是使汽包水位维持在给定的范围内。汽包液位过高会影响汽水分离效果，使蒸汽带水过多，若用此蒸汽推动汽轮机，会使汽轮机的喷嘴、叶片结垢，严重时可能使汽轮机发生水冲击而损坏叶片。汽包液位过低，水循环就会被破坏，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，甚至爆炸。 常见的锅炉汽水系统如图1-1所示，锅炉汽包水位受汽包中储水量及水位下汽包容积的影响，而水位下汽包容积与蒸汽负荷、蒸汽压力、炉膛热负荷等有关。影响水位变化的因素主要是锅炉蒸发量（蒸汽流量）和给水流量，锅炉汽包水位控制就是通过调节给水量，使得汽包水位在蒸汽负荷及给水流量变化的情况下能够达到稳定状态。 图1-1 锅炉汽水系统图
在给水流量及蒸汽负荷发生变化时，锅炉汽包水位会发生相应的变化，其分别对应的传递函数如下所示： （1）汽包水位在给水流量作用下的动态特性 汽包和给水可以看做单容无自衡对象，当给水增加时，一方面会使得汽包水位升高，另一方面由于给水温度比汽包内饱和水的温度低，又会使得汽包中气泡减少，导致水位降低，两方面的因素结合，在加上给水系统中省煤器等设备带来延迟，使得汽包水位的变化具有一定的滞后。因此，汽包水位在给水流量作用下，近似于一个积分环节和惯性环节相串联的无自衡系统，系统特性可以表示为 ()111()()(1)K H S G S W S s T s ==+ （1.1） （2）汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性 在给水流量及炉膛热负荷不变的情况下，当蒸汽流量突然增加时，瞬间会导致汽包压力的降低，使得汽包内水的沸腾突然加剧，水中气泡迅速增加，将整个水位抬高；而当蒸汽流量突然减小时，汽包内压力会瞬间增加，使得水面下汽包的容积变小，出现水位先下降后上升的现象，上述现象称为“虚假水位”。虚假水位在大中型中高压锅炉中比较显著，会严重影响锅炉的安全运行。“虚假水位”现象属于反向特性，变化速度很快，变化幅值与蒸汽量扰动大小成正比，也与压力变化速度成正比，系统特性可以表示为 222()()()1f K K H s G s D s T s s ==-+ （1.2） 常用的锅炉水位控制方法有：单冲量控制、双冲量控制及三冲量控制。单冲量方法仅是根据汽包水位来控制进水量，显然无法克服“虚假水位”的影响。而双冲量是将蒸汽流量作为前馈量用于汽包水位的调节，构成前馈-反馈符合控制系统，可以克服“虚假水位”影响。但双冲量控制系统要求调节阀具有好的线性特性，并且不能迅速消除给水压力等扰动的影响。为此，可将给水流量信号引入，构成三冲量调节系统，如图1-2所示。图中LC 表示水位控制器（主回路），FC 表示给水流量控制器（副回路），二者构成一个串级调节系统，在实现锅炉水位控制的同时，可以快速消除给水系统扰动影响；而蒸汽流量作为前馈量用于消除“虚假水位”的影响。
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
过程设备课程设计
目录 一、课程设计任务书---------------------------------------------3 1、题目-----------------------------------------------------------------3 2、设计参数及要求--------------------------------------------------3 3、设计任务-----------------------------------------------------------4 二、夹套好氧发酵罐的结构------------------------------------------4 1、夹套好氧发酵罐的功能和用途--------------------------------4 2、发酵罐的反应条件-----------------------------------------------4 三、计算及说明----------------------------------------------------4 1、罐体和夹套的设计-----------------------------------------------4 （1）罐体和夹套的设计结构-----------------------------------4 （2）罐体几何尺寸计算-----------------------------------------5 （3）夹套几何尺寸计算-----------------------------------------5 （4）罐体及夹套的强度计算及稳定性校核-----------------6 （5）水压试验校核-----------------------------------------------8 2、搅拌器的设计-----------------------------------------------------8 （1）搅拌器的类型及应用场合--------------------------------9 （2）搅拌器的计算-----------------------------------------------9 3、发酵罐的传动装置----------------------------------------------10 （1）电机的选取-------------------------------------------------11 （2）减速机选择-------------------------------------------------11 （3）选择凸缘法兰----------------------------------------------11
控制系统仿真课程设计
控制系统数字仿真课程设计 1．课程设计应达到的目的 1、通过Matlab仿真熟悉课程设计的基本流程； 2、掌握控制系统的数学建模及传递函数的构造； 3、掌握控制系统性能的根轨迹分析； 4、学会分析系统的性能指标； 2．课程设计题目及要求 设计要求 1、进行系统总体设计，画出原理框图。（按给出的形式，自行构造数学模型，构造成1 个零点，三个极点的三阶系统，主导极点是一对共轭复根） G（s）=10(s+2)/(s+1)(s2+2s+6) 2、构造系统传递函数，利用MATLAB绘画系统的开环和闭环零极点图；(分别得 到闭环和开环的零极点图)参考课本P149页例题4-30 clear; num = [10,20]; den =[1 3 8 6]; pzmap(num,den) 3、利用MATLAB绘画根轨迹图，分析系统随着根轨迹增益变化的性能。并估算超 调量=16.3%时的K值（计算得到）。参考课本P149页例题4-31 clear num=[10,20]; den=[1 3 8 6]; sys=tf(num,den); rlocus(sys) hold on jjx(sys); s=jjx(sys); [k,Wcg]=imwk(sys)
set(findobj('marker','x'),'markersize',8,'linewidth',1.5,'Color','k'); set(findobj('marker','o'),'markersize',8,'linewidth',1.5,'Color','k'); function s=jjx(sys) sys=tf(sys); num=sys.num{1}; den=sys.den{1}; p=roots(den); z=roots(num); n=length(p); m=length(z); if n>m s=(sum(p)-sum(z))/(n-m) sd=[]; if nargout<1 for i=1:n-m sd=[sd,s] end sysa=zpk([],sd,1); hold on; [r,k]=rlocus(sysa); for i=1:n-m plot(real(r(i,:)),imag(r(i,:)),'k:'); end end else disp; s=[]; end function [k,wcg]=imwk(sys) sys=tf(sys) num=sys.num{1} den=sys.den{1}; asys=allmargin(sys); wcg=asys.GMFrequency; k=asys. GainMargin;
自动控制综合课程设计报告
题目：根据线性系统的频域分析法和串联校正方法的原理，编写MATLAB程序，要求针对被校正系统的特点以及校正目 标，实现串联校正装置结构的选择以及相应参数的计 算 1）在频域内进行系统设计，是一种间接设计方法，因为设计结果满足的是一些频域指标，而不是时域指标。然而，在频域内进行设计是一种简便的方法，在伯德图上虽不能严格地定量给出系统的动态性能。但却能方便地根据频域指标校正装置的参数。 2)频域设计的这种简便性，是由于开环系统的频率特性与闭环系统的时间响应有关。开环频域特性的低频段表征了闭环系统的稳态性能；中频段表征了闭环系统的动态性能；高频段表征了闭环系统的复杂性和噪声抑制性能。 3）因此，用频域法设计控制系统的实质，就是在系统中加入频率特性形状合适的校正装置，使开环系统频率特性形状变为所期望的形状：低频段增益充分大，以保证稳态误差要求；中频段对数幅频特性斜率一般为-20db/dec，并占据充分的频带，以保证具备适当的相角裕度；高频段增益尽快减小，以消弱噪声影响。 4）串联校正就是将校正装置G(s)与待校正系统在主调节回路里串联连接。控制环节的设计的实质就是，当系统的静态、动态性能指标偏离要求时，在系统的适当位置加入适宜的特殊机构，通过调节它们的参数，从而使系统的整体特性发生改变，最终达到符合要求的性能指标。
1 算法实现流程图
2 伯德图超前校正的设计 2.1 伯德图超前校正设计的方法 1）超前校正环节的两个转折频率应分别设在系统截止频率的两侧。因为超 前校正环节相频特性曲线具有正相移，幅频特性曲线具有正斜率，所以校正后系统伯德图的低频段不变，而其截止频率和相角裕度比原系统的大，这说明校正后系统的快速性和稳定性得到提高。 2）然而，这两者是一对矛盾，不可能同时达到最大，总是顾此失彼。一般， 我们在选用超前校正时，以提高截止频率为主要目的。 3）利用系统频率响应性能可以试凑地解决超前滞后类校正器的设计问题， 但这样很耗时，有时还不能得出期望的结果。本次本人用基于校正后系统剪切频率和相位裕度设定的算法来设计超前校正。 2.2 超前校正设计的步骤 1）根据稳态误差要求，确定开环增益k 。 2）利用已确定的开环增益，计算待校正系统的相角裕度。 调用伯德函数可以轻松求出。 3） 根据幅值关系计算出α。 由超前校正系统的伯德图可知，在最大相角处，幅值增益为10lg α由此 可算出α。 4）计算零、极点z 、p 的值 由 c m ωω=== 得p ω=、/z p α= 5）得出校正网络传递函数、并作校正后系统的伯德图，得相角裕度。 2.3 超前校正设计的程序 [mag,phase,w]=bode(sys0); m1=spline(w,mag,wc);
运动控制系统实验指导书分解
运动控制系统 实验指导书 赵黎明、王雁编 广东海洋大学信息学院自动化系
直流调速 实验一不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究 一．实验目的 1．研究晶闸管直流电动机调速系统在反馈控制下的工作。 2．研究直流调速系统中速度调节器ASR的工作及其对系统静特性的影响。 3．学习反馈控制系统的调试技术。 二．预习要求 1．了解速度调节器在比例工作与比例—积分工作时的输入—输出特性。 2．弄清不可逆单闭环直流调速系统的工作原理。 三．实验线路及原理 见图6-7。 四．实验设备及仪表 1．MCL系列教学实验台主控制屏。 2．MCL—18组件（适合MCL—Ⅱ)或MCL—31组件（适合MCL—Ⅲ）。 3．MCL—33(A)组件或MCL—53组件。 4．MEL-11挂箱 5．MEL—03三相可调电阻（或自配滑线变阻器）。 6．电机导轨及测速发电机、直流发电机M01（或电机导轨及测功机、MEL—13组件）。 7．直流电动机M03。 8．双踪示波器。 五．注意事项 1．直流电动机工作前，必须先加上直流激磁。 2．接入ASR构成转速负反馈时，为了防止振荡，可预先把ASR的RP3电位器逆时针旋到底，使调节器放大倍数最小，同时，ASR的“5”、“6”端接入可调电容（预置7μF）。 3．测取静特性时，须注意主电路电流不许超过电机的额定值（1A）。 4．三相主电源连线时需注意，不可换错相序。 5．电源开关闭合时，过流保护发光二极管可能会亮，只需按下对应的复位开关SB1
即可正常工作。 6．系统开环连接时，不允许突加给定信号U g起动电机。 7．起动电机时，需把MEL-13的测功机加载旋钮逆时针旋到底，以免带负载起动。 8．改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开”红色按钮，同时使系统的给定为零。 9．双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接，故在使用时，必须使两探头的地线同电位（只用一根地线即可），以免造成短路事故。 六．实验内容 1．移相触发电路的调试（主电路未通电） （a）用示波器观察MCL—33（或MCL—53，以下同）的双脉冲观察孔，应有双脉冲，且间隔均匀，幅值相同；观察每个晶闸管的控制极、阴极电压波形，应有幅值为1V～2V 的双脉冲。 （b）触发电路输出脉冲应在30°～90°范围内可调。可通过对偏移电压调节单位器及ASR输出电压的调整实现。例如：使ASR输出为0V，调节偏移电压，实现α=90°；再保持偏移电压不变，调节ASR的限幅电位器RP1，使α=30°。 2．求取调速系统在无转速负反馈时的开环工作机械特性。 a．断开ASR的“3”至U ct的连接线，G（给定）直接加至U ct，且Ug调至零，直流电机励磁电源开关闭合。 b．合上主控制屏的绿色按钮开关，调节三相调压器的输出，使U uv、Uvw、Uwu=200V。 注：如您选购的产品为MCL—Ⅲ、Ⅴ，无三相调压器，直接合上主电源。以下均同。 c．调节给定电压U g，使直流电机空载转速n0=1500转/分，调节测功机加载旋钮（或直流发电机负载电阻），在空载至额定负载的范围内测取7～8点，读取整流装置输出电压U d 3．带转速负反馈有静差工作的系统静特性 a．断开G（给定）和U ct的连接线，ASR的输出接至U ct，把ASR的“5”、“6”点短接。 b．合上主控制屏的绿色按钮开关，调节U uv，U vw，U wu为200伏。 c．调节给定电压U g至2V，调整转速变换器RP电位器，使被测电动机空载转速n0=1500转/分，调节ASR的调节电容以及反馈电位器RP3，使电机稳定运行。 调节测功机加载旋钮（或直流发电机负载电阻），在空载至额定负载范围内测取7～8
智能控制系统课程设计
目录 有害气体的检测、报警、抽排.................. . (2) 1 意义与要求 (2) 1.1 意义 (2) 1.2 设计要求 (2) 2 设计总体方案 (2) 2.1 设计思路 (2) 2.2 总体设计方框图 2.3 完整原理图 (4) 2.4 PCB制图 (5) 3设计原理分析 (6) 3.1 气敏传感器工作原理 (7) 3.2 声光报警控制电路 (7) 3.3 排气电路工作原理 (8) 3.4 整体工作原理说明 (9) 4 所用芯片及其他器件说明 (10) 4.1 IC555定时器构成多谐振荡电路图 (11) 5 附表一：有害气体的检测、报警、抽排电路所用元件 (12) 6.设计体会和小结 (13)
有害气体的检测、报警、抽排 1 意义与要求 1.1.1 意义 日常生活中经常发生煤气或者其他有毒气体泄漏的事故，给人们的生命财产安全带来了极大的危害。因此，及时检测出人们生活环境中存在的有害气体并将其排除是保障人们正常生活的关键。本人运用所学的电子技术知识，联系实际，设计出一套有毒气体的检测电路，可以在有毒气体超标时及时抽排出有害气体，使人们的生命健康有一个保障。 1.2 设计要求 当检测到有毒气体意外排时，发出警笛报警声和灯光间歇闪烁的光报警提示。当有毒气体浓度超标时能自行启动抽排系统，排出有毒气体，更换空气以保障人们的生命财产安全。抽排完毕后，系统自动回到实时检测状态。 2 设计总体方案 2.1 设计思路 利用QM—N5气敏传感器检测有毒气体，根据其工作原理构成一种气敏控制自动排气电路。电路由气体检测电路、电子开关电路、报警电路、和气体排放电路构成。当有害气体达到一定浓度时，QM—N5检测到有毒气体，元件两极电阻变的很小，继电器开关闭合，使得555芯片组成的多谐电路产生方波信号，驱动发光二极管间歇发光；同时LC179工作，驱使蜂鸣器间断发出声音；此时排气系统会开始抽排有毒气体。当气体被排出，浓度低于气敏传感器所能感应的范围时，电路回复到自动检测状态。
《自动控制系统》课程设计任务书1201.1202
《电力拖动自动控制系统》课程设计 计划、任务与指导书 一、课程设计的目的 通过电力拖动自动控制系统的设计，了解一般交直流调速系统设计过程及设计要求，并巩固交直流调速系统课程的所学内容，初步具备设计电力拖动自动控制系统的能力。为今后从事相关技术工作打下必要的基础。 二、课程设计的要求 1、熟悉交直流调速系统设计的一般设计原则，设计内容以及设计程序的要求。 2、掌握控制系统设计制图的基本规范，熟练掌握电气控制部分的新图标。 3、学会收集、分析、运用自动控制系统设计的有关资料和数据。 4、培养独立工作能力、创造能力及综合运用专业知识解决实际工程技术问题的能力。 三、课程设计的内容 完成某一给定课题任务，按给出的工艺要求、运用变频调速对系统进行控制。四、进度安排：共1.5周 本课程设计时间共1.5周，进度安排如下： 1、设计准备，熟悉有关设计规范，熟悉课题设计要求及内容。（1.5天） 2、分析控制要求、控制原理，设计控制方案。（1.5天） 3、绘制控制原理图、控制流程图、端子接线图。（2天） 4、编制程序、梯形图设计、程序调试说明。（1.5天） 5、整理图纸、写课程设计报告。（1.5天） 五、课程设计报告内容 完成下列课题的课程设计及报告（课题工艺要求由课程设计任务书提供） 1．退火炉温度控制系统 2．变频液位自动控制系统设计 3．变频流量自动控制系统设计 4．变频供水系统设计 5．变频调速恒张力控制系统设计 6．变频器在印染机械多电机同步调速系统中应用 7．线缆设备恒张力变频器控制设计 8．空气压缩机变频调速的设计 六、参考书 1．陈伯时主编电力拖动自动控制系统(第二版), 机械工业出版社1992 2．陈伯时, 陈敏逊. 交流调速系统. 机械工业出版社1998 3．张燕宾著SPWM变频调速应用技术机械工业出版社1997 4．王兆义主编2《可编程控制器教程》主编 5．徐世许主编2《可编程控制器教程原理、应用、网络》主编 6．《工厂常用电气设备手册》（第2版）上、下册中国电力出版社
化工单元过程及设备课程设计-- 精馏
化工单元过程及设备课程设计-- 精馏
化工单元过程及设备课程设计 目录 前言 (2) 第一章任务书 (3) 第二章精馏过程工艺及设备概述 (4) 第三章精馏塔工艺设计 (6) 第四章再沸器的设计 (18) 第五章辅助设备的设计 (26) 第六章管路设计 (32) 第七章塔计算结果表 (33) 第八章控制方案 (33) 总结 (34) 参考资料 (35)
前言 本课程设计说明书包括概述、流程简介、精馏塔、再沸器、辅助设备、管路设计和控制方案共七章。 说明书中对精馏塔的设计计算做了详细的阐述，对于再沸器、辅助设备和管路的设计也做了说明。 鉴于设计者经验有限，本设计中还存在许多错误，希望各位老师给予指正。 感谢老师的指导和参阅！
第一章概述 精馏是分离过程中的重要单元操作之一，所用设备主要包括精馏塔及再沸器和冷凝器。 1．1精馏塔 精馏塔是一圆形筒体，塔内装有多层塔板或填料，塔中部适宜位置设有进料板。两相在塔板上相互接触时，液相被加热，液相中易挥发组分向气相中转移；气相被部分冷凝，气相中难挥发组分向液相中转移，从而使混合物中的组分得到高程度的分离。 简单精馏中，只有一股进料，进料位置将塔分为精馏段和提馏段，而在塔顶和塔底分别引出一股产品。精馏塔内，气、液两相的温度和压力自上而下逐渐增加，塔顶最低，塔底最高。 本设计为筛板塔，筛板的突出优点是结构简单、造价低、塔板阻力小且效率高。但易漏液，易堵塞。然而经长期研究发现其尚能满足生产要求，目前应用较为广泛。 1．2再沸器 作用：用以将塔底液体部分汽化后送回精馏塔，使塔内气液两相间的接触传质得以进行。 本设计采用立式热虹吸式再沸器，它是一垂直放置的管壳式换热器。液体在自下而上通过换热器管程时部分汽化，由在壳程内的载热体供热。 立式热虹吸特点： 1.循环推动力：釜液和换热器传热管气液混合物的密度差。
计算机控制系统课程设计
《计算机控制》课程设计报告 题目: 超前滞后矫正控制器设计 姓名: 学号: 10级自动化 2013年12月2日
《计算机控制》课程设计任务书 指导教师签字：系（教研室）主任签字： 2013年11 月25 日
1.控制系统分析和设计 1.1实验要求 设单位反馈系统的开环传递函数为) 101.0)(11.0(100 )(++= s s s s G ，采用模拟设 计法设计数字控制器，使校正后的系统满足：速度误差系数不小于100，相角裕度不小于40度，截止角频率不小于20。 1.2系统分析 （1）使系统满足速度误差系数的要求: ()() s 0 s 0100 lim ()lim 100 0.1s 10.011V K s G s s →→=?==++ (2)用MATLAB 画出100 ()(0.11)(0.011) G s s s s = ++的Bode 图为： -150-100-50050 100M a g n i t u d e (d B )10 -1 10 10 1 10 2 10 3 10 4 P h a s e (d e g ) Bode Diagram Gm = 0.828 dB (at 31.6 rad/s) , P m = 1.58 deg (at 30.1 rad/s) Frequency (rad/s) 由图可以得到未校正系统的性能参数为： 相角裕度0 1.58γ=?， 幅值裕度00.828g K dB dB =, 剪切频率为：030.1/c rad s ω=， 截止频率为031.6/g rad s ω=
（3）未校正系统的阶跃响应曲线 024******** 0.20.40.60.811.2 1.41.61.8 2Step Response Time (seconds) A m p l i t u d e 可以看出系统产生衰减震荡。 （4）性能分析及方法选择 系统的幅值裕度和相角裕度都很小，很容易不稳定。在剪切频率处对数幅值特性以-40dB/dec 穿过0dB 线。如果只加入一个超前校正网络来校正其相角，超前量不足以满足相位裕度的要求，可以先缴入滞后，使中频段衰减，再用超前校正发挥作用，则有可能满足要求。故使用超前滞后校正。 1.3模拟控制器设计 （1）确定剪切频率c ω c ω过大会增加超前校正的负担，过小会使带宽过窄，影响响应的快速性。 首先求出幅值裕度为零时对应的频率，约为30/g ra d s ω=，令 30/c g rad s ωω==。 （2）确定滞后校正的参数 2211 3/10 c ra d s T ωω= ==, 20.33T s =,并且取得10β=
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 手机号码： 哈尔滨工业大学教务处
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。