控制装置与仪表课程设计
欧阳家百（2021.03.07）
课程设计报告
( 2012-- 2013年度第二学期)
名称：控制装置与仪表课程设计
题目：炉膛压力系统死区控制系统设计
院系：
班级：
学号：
学生姓名：
指导教师：
设计周数：一周
成绩：
日期：2013年7 月5日
一、课程设计(综合实验)的目的与要求
1.1 目的与要求
（1）认知控制系统的设计和控制仪表的应用过程。
（2）了解过程控制方案的原理图表示方法（SAMA图）。
（3）掌握数字调节器KMM的组态方法，熟悉KMM的面板操作、数据设定器和KMM数据写入器的使用方法。
（4）初步了解控制系统参数整定、系统调试的过程。
1.2设计实验设备
KMM数字调节器、KMM程序写入器、PROM擦除器、控制系统模拟试验台1
1.3主要内容
1. 按选题的控制要求，进行控制策略的原理设计、仪表选型并将控制方案以SAMA
图表示出来。
2 . 组态设计
2．1 KMM组态设计
以KMM单回路调节器为实现仪表并画出KMM仪表的组态图，由组态图填写
KMM的各组态数据表。
2．2 组态实现
在程序写入器输入数据，将输入程序写入EPROM芯片中。
3. 控制对象模拟及过程信号的采集
根据控制对象特性，以线性集成运算放大器为主构成反馈运算回路，模拟控制
对象的特性。将定值和过程变量送入工业信号转换装置中，以便进行观察和记
录。
4. 系统调试
设计要求进行动态调试。动态调试是指系统与生产现场相连时的调试。由于生
产过程已经处于运行或试运行阶段，此时应以观察为主，当涉及到必需的系统
修改时，应做好充分的准备及安全措施，以免影响正常生产，更不允许造成系
统或设备故障。动态调试一般包括以下内容：
1)观察过程参数显示是否正常、执行机构操作是否正常；
2)检查控制系统逻辑是否正确，并在适当时候投入自动运行；
3）对控制回路进行在线整定；
4）当系统存在较大问题时，如需进行控制结构修改、增加测点等，要重新组态下装。
二、设计（实验）正文
1设计题目：炉膛压力系统死区控制系统设计（如附图1）
附图1：
2.1．按控制方案设计流程图（附图2）
引风机
炉膛压力系统死区单回路控制系统
附图2:
对如附图1所示的炉膛压力系统死区单回路控制系统，要求对炉膛压力进行单变量
定值控制。炉膛压力经压力变送器测量后，由KMM 模入通道送至调节器中。调节器输
出AO1经A/D 转换通道控制调节阀，控制炉膛压力。
控制要
求：当调节器的给定值SP 和测量
值PV 之偏差超过给定的监视值
（15%）时，调节器自动切换至手
动（M ）方式。在偏差允许的范围
内（15%），允许切入自动（A ）
方式。 2.2确定可编程调节器要求
输入输出要求：控制系统要求一路
模拟量输入（模入）通道输入压力
信号，一路模拟量输出（模出）通道
输出控制信号控制压力调节阀。而
KMM 具有5路模入通道、3路模出
通道（其 中第一路模出通道AO1可
另外同时输出一路4～20mA 电流信号），可满足本系统控制要求；
控制要求：设计单回路控制系统，采用带死区的PID 调节器，使得测量值尽可能快的跟踪
给定值变化，且超调量和衰减率满足一定得要求；
显示要求：给定值（SP ）与测量值（PV ）指示表（双针动圈指示表）
输出值指示
各种指示灯
操作要求：给定值和输出值的增减操作
2.3设计控制原理图（SAMA 图）。
根据控制对象的特性和控制要求，进行常规的控制系统设计。SAMA 图见附图3
附
图3：
2.4绘
制KMM 组态图
并填写控制数据KMM
表
用
所采用的控制仪
表制造厂商提供
的控制图例和组
态方法，在控制
装置中实现控制
策略。的组态方KMM
式是填表式组态按控制方案画出控制流程图确定对可编程调节器的要求绘制组态图填写控制数据表用编程器编制用户EPROM EPROM 装入仪表，经调试修改投入运行
方法，要根据控制要求画出KMM组态图并由组态图按KMM数据表格式填写控制数据表，为制作用户EPROM作准备。
(1)绘制KMM组态图
附图4是根据SAMA图绘制的KMM系统组态图。
附图4：
（2）根据KMM组态图填写控制数据表。
KMM组态通过填入以下7个数据表格实现。
①基本数据表
(F001-01-□□-)
项目代码设定范围代码数据省缺值
PROM管理编号指定的四位数0110230
运算操作周期1、2、3、4、5022
调节器类型0、1、2、3030
PV报警显示PID编号1、2041
调节器编号1～50051
上位计算机控制系统0、1、2060
上位机故障时切换状态0、1070
PROM管理编号：作芯片记号，指定一个四位数。
运算操作周期：1－100ms；2－200ms；3－300ms；4－400ms；5－500ms。
调节器类型：0－1PID(A/M)1；1－PID(C/A/M)；2－2PID(A/M)；3－2PID(C/A/M)。
上位计算机控制系统：0－无通信；1－有通信（无上位机）；2－有通信（有上位机）。
上位机故障时切换状态：0－MAN方式；1－AUTO方式。
PROM管理编号为组号，由实验顺序给定的；由于我们设计的是单回路控制系统，其他数值均为缺省值。
②输入处理数据表
（F002-□□-□□-）
项目代码设定范围代码模拟输入数据缺省值
010203040
5
输入使用0、10110
按工程显示小数点
0、1、2、30221
位置
工程测量单位的下-9999～9999030.000.0
输入使用：0－不用；1－用。
按工程显示小数点位置：0－无小数；1－1位小数；2－2位小数；3－三位小数。
开平方处理：0－直线；0－开平方处理。
开方小信号切除：给AI1～AI5设定的开方信号切除值。
传感器故障诊断：0－无诊断；1－诊断。
我们设计的是单回路控制系统，需要一个输入通道，选择了KMM调节器的AIR2通道作为输入。传感器故障诊断为无诊断，由于我们的测量信号都是压力信号，不需要进行进行补偿等处理，其他数值均缺省。
③PID数据表
PID操作类型：0－常规PID；1－微分先行PID。
PV跟踪：定值跟踪功能，0－无；1－有。
在这次设计中，PID调节器为常规调节方式，所以操作类型为0；设定PID的输入信号由通道2输入，PV输入编号为2。当调节器的输入偏差超过15%时，系统产生偏差报警。
④折线数据表
该设计中没有对信号进行折线处理，均为缺省值。
⑤可变变量表
可使用百分型可变变量20个，时间型可变变量5个。
百分型数据：缺省值为0.0；给定范围为：-699.0～799.9%。
时间型数据：缺省值为0.00min；给定范围为：0.00～99.99min。
本设计中，PPAR1、PPAR2为调节器输出的高低值限制；PPAR3、PPAR4为DSM模块的偏差限制。
⑥输出处理数据表
规定模拟输出信号和数字输出信号从哪个模块引出。
代码为U0004；输出端AO2为调节器内给定信号LSP1，其代码为P0001。没有使用数字输出。
⑦运算模块数据表
用来规定模块的类型及模块相互之间的连接。
根据KMM调节器组态图中各个模块的输入输出，依据运算模块数据表和模块输入端的内部信号填写该表的。KMM调节器组态图中运算模块的编号是按照模块调入顺序给出的。
2.5设计实现被控对象的电路图
由运算放大器构成的反馈网络模拟控制对象特性，构成控制系统的模拟控制回路。系统原理接线图如附图4所示。
附图4：
图中实线连线表示已接连线，有三条，分别是KMM（CZ6）端子33－37（禁止外部联锁信号输入）、端子3－4（模拟通道1的电流输出构成闭合回路，以避免产生开路报警信号）和端子1－11（供电电源）。实验时需检查确认。弯虚线表示实验时需接连线，按附图4逐条正确连接。
模拟的控制对象采用由两个线性运算放大器构成的一阶滞后反馈环节串连构成，以加大对象的滞后时间。控制回路中测量值和设定值信号分别送入工业控制信号转换器中的A/D 模拟量输入通道中进行显示和记录。
运算放大器构成的是一阶滞后特性的反馈回路。运放的反馈网络是电阻和电容的并联，
等效阻抗，输入网络的等效阻抗，这个放大器构成的闭环特性传递函数，设定，则。因此，这是
一个滞后时间的一阶滞后环节。设计实验中选取，，计
算得这个滞后环节的滞后时间。因滞后时间较小，且对象为负对象，故设计中将这样的两个滞后环节和一个比例系数为1的环节串连而成。
工业控制信号转换器是一个数据采集系统。本设计中输入系统的定值信号和测量值，可完成信号的数据存储、显示、打印等功能。
2.6 掌握KMM程序写入器的使用方法并用程序写入器将数据写入EPROM中。
根据数据表中所填写的代码和数据用KMM程序写入器进行编程。按表格次序逐项输入数据。程序输入并检查修改完毕后，按“WRIT”、“ENT”键，将程序写入EPROM中。写入程序后的EPROM移插到KMM调节器的用户EPROM中，即可进行整机和系统调试工作。
KMM程序写入器的操作：程序写入器具有制作可编程调节器的用户PROM所需要的全部功能，还能够打印出程序的内容并具有程序写入器本身的自诊断功能。
其显示部分由两排数码管显示信息，上排数码管显示控制代码及数据，其全部格式见
下图所示。
代码2：表示详细项目
代码1：表示运算式编号、
输入编号、折线编号等
：基本数据
：输入处理数据
：PID运算数据
：折线数据
：可变参数
：输出处理数据
：运算单元（1#）
~
：运算单元（2#）
下排数码管给出数据填写过程中的提示信息或出错代码。
控制代码及数据的内容填写由键盘控制。
我们先输入C333+ENT，用来检查所用的芯片是否擦除干净，若没有擦除干净，下排数
码管显示“ERROR21”，需要换用其他芯片。
按照上面给出的数据顺序顺入到数据写入器。没有写的数据默认为缺省值。
当写入完成后，检查写入数据是否正确。若有错，更正错误。然后，按WRITE键将程
序写入器RAM中写好的数据写入我们所用的PROM中。完成数据写入工作。
利用数据写入器写入数据如下：.
F001-01-01-0864 F002-02-01-1
F002-02-02-2 F002-02-03-0.00
F002-02-04-99.99 F002-02-15-0
F003-01-02-2 F003-01-04-0 F003-01-14-15.0
F005-01-01-0.0 F005-01-02-100.0
F005-01-03-15.0 F005-01-04-0.0 F006-01-01-U0004 F006-
01-02-P0001 F101-20-H1-P0001 F101-20-H2-P0402 F101-20-P1-U0004 F101-20-P2-P0502 F102-11-H1-U0001 F102-11-H2-P0101 F103-13-H1-U0002 F103-13-H2-P0102 F104-19-H1-U0003 F105-16-H1-P0001 F105-16-H2-P0402 F105-16-P1-P0103 F105-16-P2-P0104 F106-30-H1-U0005 F107-28-H1-P1001 F107-28-H2-U0005 F108-27-H1-P1002 F108-27-H2-U0006 F109-45-H1-P0502 F109-45-H2-U0007 F109-45-P1-U0008 F109-45-P2-P0502
2.7.进行控制参数调整，对控制系统各项功能进行模拟测试并记录定值扰动控制曲线。
实验前，用MA TLAB对本次实验中设计的对象进行了仿真实验，调节器采用PI调节。
上电准备。①检查并确认接线正确；②对内藏有“后备手操单元”的KMM，要预先将此
单元的“后备/正常方式切换开关”（Standby/Normal made Switch）扳到“正常”（Normal）
侧。对使用“预置（Preset）型后备手操单元”的场合，要预先设定好“预置（Preset）输出
值”。
（1）通电。使调节器通电，初上电，调节器先处于“联锁手动”（Interlock Manmal
mode）方式。
（2）运行数据的确认。用“数据设定器”来确认，对于运行所必需的控制数据、可变参
数等是否被设定在规定值。必要时可进行数据的设定变更。
（3）按控制面板上的R（Reset，复位）按钮，解除“联锁方式”后，调节器可进行输出
操作、方式切换等正常的运行操作。
（4）在CAE2000中组态工业控制信号转换设备的显示画面，以便记录调试曲线。
（5）先将PID调节器的死区设为0，通过“数据设定器”，根据MA TLAB仿真结果，设定各个调节器的参数，记录定值扰动时的动态过程曲线。
（6）分析得到的曲线，对调节器参数进行整定，直到得到理想的响应曲线。用打印机打印曲线。
（7）保持PID调节器的参数不变，将死区设为0.2，记录定值扰动时的动态响应曲线，打印曲线。
（8）比较加入死区前后，系统对定值扰动响应的区别。
2.8实验结果：
单回路调节器参数：δ=17.2 % Ti=0.20 min
不加死区时的动态响应结果：
衰减率：85% ；超调量：5%；稳态误差：0
加入0.2的死区后的动态响应与不加死区的比较如下：
加入死区后，当调节器的输入，即测量值与给定值的偏差小于死区时，调节器的实际输入为0，即控制机构不动作，所以加入死区后，系统的调节时间变短，响应加快，超调量变小；但同时也会有不足之处，加入死区后，系统会出现稳态误差，且误差大小会随着死区的增加而增加。这些特性在本次设计中都体现的很好，实验较为成功。
三、课程设计总结或结论
本次课程设计，主要是根据被控对象的实际特性，利用现有的条件模拟被控对象，然后利用KMM调节器进行控制系统的设计。经过我们一组的共同努力，通过查阅资料和老师的帮助，完成了设计实验，但是由于地线虚接干扰，加入死区的控制曲线不是很理想，但还是可以看出加入死区后的作用的，达到了课程设计的目的与要求。
通过本次课程设计，我们有很大的收获。首先，查阅相关资料，了解锅炉炉膛压力的控制原理，制定出了控制方案；然后，用SAMA图表示其控制方式和过程。为此我们对SAMA图的绘制有了初步的认识，学会了一些简单的表示方法；然后，根据SAMA图和控制方案，绘制KMM组态图，使得KMM调节器的控制方式满足系统的要求。加深了对KMM调节器模块的理解，掌握了应用方法；按照组态图填写了控制数据表，并通过程序写
入器将控制方案写入芯片，这是一个比较新鲜的过程，也是课本里没有的知识，通过课程设计才接触到的，也使我了解到了一种新的编程方法；最后，到实验室实际操作，连接电路，使用数据设定器改变调节器参数，直到输出曲线满足实验要求。这个过程中，我们熟悉了KMM的面板操作、数据设定器的使用方法；我们学会了控制系统参数整定、系统调试的过程，加深了对PID控制的认识。
实验中也不是一帆风顺的。首先，我们在第一次程序写入的时候由于输入错误语句，导致我们需要给第二块EPROM芯片写入正确的程序，这也是影响整体进度的主要原因。其次，在接线的过程中我们少接了一根线，结果导致我们的KMM调节器出现异常报警，经及时检查找出了错误，解决了问题！通过这次教训，我们认识到做什么事都要一丝不苟、认真对待。
四、参考文献
《控制仪表与装置第三版》吴勤勤主编化学工业出版社
《控制仪表与装置实验及课程设计指导书》韦根原王秀霞主编华北电力大学
控制装置与仪表课程设计 课程设计报告 ( 2012-- 2013年度第二学期) 名称：控制装置与仪表课程设计 题目：炉膛压力系统死区控制系统设计院系： 班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 设计周数：一周 成绩： 日期：2013年7 月5日
一、课程设计(综合实验)的目的与要求 1.1 目的与要求 （1）认知控制系统的设计和控制仪表的应用过程。 （2）了解过程控制方案的原理图表示方法（SAMA图）。 （3）掌握数字调节器KMM的组态方法，熟悉KMM的面板操作、数据设定器和KMM数据写入器的使用方法。 （4）初步了解控制系统参数整定、系统调试的过程。 1.2设计实验设备 KMM数字调节器、KMM程序写入器、PROM擦除器、控制系统模拟试验台1 1.3 主要内容 1. 按选题的控制要求，进行控制策略的原理设计、仪表选型并将控制方案以SAMA 图表示出来。 2 . 组态设计 2．1 KMM组态设计 以KMM单回路调节器为实现仪表并画出KMM仪表的组态图，由组态图填写 KMM的各组态数据表。 2．2 组态实现 在程序写入器输入数据，将输入程序写入EPROM芯片中。 3. 控制对象模拟及过程信号的采集 根据控制对象特性，以线性集成运算放大器为主构成反馈运算回路，模拟控制对 象的特性。将定值和过程变量送入工业信号转换装置中，以便进行观察和记录。 4. 系统调试 设计要求进行动态调试。动态调试是指系统与生产现场相连时的调试。由于生产 过程已经处于运行或试运行阶段，此时应以观察为主，当涉及到必需的系统修改 时，应做好充分的准备及安全措施，以免影响正常生产，更不允许造成系统或设 备故障。动态调试一般包括以下内容： 1)观察过程参数显示是否正常、执行机构操作是否正常； 2)检查控制系统逻辑是否正确，并在适当时候投入自动运行； 3）对控制回路进行在线整定； 4）当系统存在较大问题时，如需进行控制结构修改、增加测点等，要重新组态下装。 二、设计（实验）正文 1设计题目：炉膛压力系统死区控制系统设计（如附图1） 附图1： 引风机 炉膛压力系统死区单回路控制系统
概论思考题与习题 0-1 控制仪表与装置采用何种信号进行联络？电压信号传输和电流信号传输各有什么特点？使用在何种场合？ 0-2 说明现场仪表与控制室仪表之间的信号传输及供电方式。0～10mA的直流电流信号能否用于两线制传输方式？为什么？ 0-3 什么是本质安全型防爆仪表，如何构成本质安全防爆系统？ 0-4 安全栅有哪几种？它们是如何实现本质安全防爆的？ 第一章思考题与习题 1-1 说明P、PI、PD调节规律的特点以及这几种调节规律在控制系统中的作用。 1-2 调节器输入一阶跃信号，作用一段时间后突然消失。在上述情况下，分别画出P、PI、PD调节器的输出变化过程。如果输入一随时间线性增加的信号时，调节器的输出将作何变化？ 1-3 如何用频率特性描述调节器的调节规律？分别画出PI、PD、PID的对数幅频特性。 1-4 什么是比例度、积分时间和微分时间？如何测定这些变量？ 1-5 某P调节器的输入信号是4～20mA，输出信号为1～5Ｖ，当比例度δ=60%时，输入变化6mA所引起的输出变化量是多少？ 1-6 说明积分增益和微分增益的物理意义。它们的大小对调节器的输出有什么影响？ 1-7 什么是调节器的调节精度？实际PID调节器用于控制系统中，控制结果能否消除余差？为什么？ 1-8 某PID调节器（正作用）输入、输出信号均为4～20mA，调节器的初始值I i=I0=4mA，δ=200%，T I=T D=2min，K D=10。在t=0时输入ΔI i=2mA的阶跃信号，分别求取t=12s 时：（1）PI工况下的输出值；（2）PD工况下的输出值。 1-9 PID调节器的构成方式有哪几种？各有什么特点？ 1-10 基型调节器的输入电路为什么采用差动输入和电平移动的方式？偏差差动电平移动电路怎样消除导线电阻所引起的运算误差？ 1-11 在基型调节器的PD电路中，如何保证开关S从“断”位置切至“通”位置时输出信号保持不变？ 1-12 试分析基型调节器产生积分饱和现象的原因。若将调节器输出加以限幅，能否消除这一现象？为什么？应怎样解决？ 1-13 基型调节器的输出电路（参照图1-20）中，已知R1=R2=KR=30kΩ，R f=250Ω，试通过计算说明该电路对运算放大器共模输入电压的要求及负载电阻的范围。 1-14 基型调节器如何保证“自动”→“软手操”、“软手操”（或硬手操）→“自动”无平衡、无扰动的切换？ 1-15 积分反馈型限幅调节器和PI-P调节器是如何防止积分饱和的？ 1-16 简述前馈调节器和非线性调节器的构成原理。 1-17 偏差报警单元为什么要设置U b和U c？简述其工作原理。 1-18 输出限幅单元是如何实现限幅的？电路中的二极管起什么作用？ 第二章思考题与习题 2-1 变送器在总体结构上采用何种方法使输入信号与输出信号之间保持线性关系？ 2-2 何谓量程调整、零点调整合零点迁移，试举一例说明。 2-3 简述力平衡式差压变送器的结构和动作过程，并说明零点调整合零点迁移的方法。 2-4 力平衡式差压变送器是如何实现量程调整的？试分析矢量机构工作原理。 2-5 说明位移检测放大器的构成。该放大器如何将位移信号转换成输出电流的？ 2-6 以差压变送器为例说明“两线制”仪表的特点。
一、知识点 1.按照系统工程的技术观点，可以将产品生产的技术结构分为能量流，材料流 和信息流。 2.计算机辅助设计系统从功能角度它可以分为数据库、程序库和输入输出人机 通信系统。 3.所谓可靠性，是指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。 按产品可靠性的形成，可靠性可分为固有可靠性、使用可靠性和环境适应性4.分辨力是显示装置能有效辨别的最小示值；鉴别力是使测量仪器产 生未察觉的响应变化的最大激励变化。 5.稳定性是指测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力；漂移 是指仪器计量特性的慢变化。 6.示值范围又称为量程，测量范围是测量仪器允许范围内的被测量值。 7.标尺间隔示值对应标尺两相邻标记的两个值之差，分度值示值一个标尺间隔 所代表的被测量值。 8.仪器误差产生的原因是多方面的，从数学特性上看原理误差多为系统误差， 制造误差和运行误差多为随机误差。 9.传递位移的方式有推力传动和摩擦力传动。 10.对于推力传动其作用线是两构件接触区的公法线，对于摩擦力传动则是 公切线。 11.若略去某项误差对总误差的影响小于不略去结果的1/10，则可视为微小误差。 根据微小误差定义，测量仪器和测量标准的误差只需小于测量总误差的1/3,则对测量结果的影响是微不足道的。 12.检测与测量就是把被测量与标准量进行比较的过程。测量的精度首先取决于 标准量的精度。 13.标准量根据标准量体现的标准值的个数可以分为单值和多值两种。根据计量 值方法可分为绝对码和增量码。 14.标准量可分为实物标准量与自然标准量。自然标准量是以光波波长为标准的。 15.在几何量中按被测参数，可分为长度标准量、角度标准量和复合参数标准量。 16.对仪器的支承件设计要求，具有足够刚度，力变形要小；稳定性好，内应力 变形小；热变形要小；有良好抗振性。 17.按导轨面间摩擦性质，导轨可分为滑动摩擦导轨、滚动导轨、静压导轨和弹 性摩擦导轨。 18.导轨的基本功能是传递精密直线运动，导向精度是其最重要的精度要求。 19.凡作回转运动的仪器中都必须有主轴系统，其由主轴、轴承及安装在主轴上 的传动件或分度元件组成。 20.轴系的误差运动是指在规定的轴向和径向位置上，以及规定的方向上，指定 的旋转物体相对轴线平均线的位置变化。 21.主轴回转精度是主轴系统设计的关键。轴系误差运动可分为径向误差运动、 轴向误差运动、倾角误差运动以及端面误差运动。 22.动压轴承获得动压的条件是：结构上必须有斜楔，轴系之间必须有一定粘度 的润滑油。 23.按控制技术分，控制系统可分为闭环控制系统，开环控制系统和半闭环控制 系统。
控制装置与仪表课程设计 课程设计报告( 2012-- 2013年度第二学期) 名称：控制装置与仪表课程设计 题目：炉膛压力系统死区控制系统设计 院系： 班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 设计周数：一周 成绩： 日期：2013年7 月5日
一、课程设计(综合实验)的目的与要求 1.1 目的与要求 （1）认知控制系统的设计和控制仪表的应用过程。 （2）了解过程控制方案的原理图表示方法（SAMA图）。 （3）掌握数字调节器KMM的组态方法，熟悉KMM的面板操作、数据设定器和KMM数据写入器的使用方法。 （4）初步了解控制系统参数整定、系统调试的过程。 1.2设计实验设备 KMM数字调节器、KMM程序写入器、PROM擦除器、控制系统模拟试验台1 1.3主要内容 1. 按选题的控制要求，进行控制策略的原理设计、仪表选型并将控制方案以SAMA 图表示出来。 2 . 组态设计 2．1 KMM组态设计 以KMM单回路调节器为实现仪表并画出KMM仪表的组态图，由组态图填写 KMM的各组态数据表。 2．2 组态实现 在程序写入器输入数据，将输入程序写入EPROM芯片中。 3. 控制对象模拟及过程信号的采集 根据控制对象特性，以线性集成运算放大器为主构成反馈运算回路，模拟控制对 象的特性。将定值和过程变量送入工业信号转换装置中，以便进行观察和记录。 4. 系统调试 设计要求进行动态调试。动态调试是指系统与生产现场相连时的调试。由于生产 过程已经处于运行或试运行阶段，此时应以观察为主，当涉及到必需的系统修改 时，应做好充分的准备及安全措施，以免影响正常生产，更不允许造成系统或设 备故障。动态调试一般包括以下内容： 1)观察过程参数显示是否正常、执行机构操作是否正常； 2)检查控制系统逻辑是否正确，并在适当时候投入自动运行； 3）对控制回路进行在线整定； 4）当系统存在较大问题时，如需进行控制结构修改、增加测点等，要重新组态下装。 二、设计（实验）正文 1设计题目：炉膛压力系统死区控制系统设计（如附图1） 附图1： 引风机 炉膛压力系统死区单回路控制系统
检测技术及仪表课程设计报告 1、1 课程设计目的针对“应用技术主导型”普通工科高等教育的特点，从工程创新的理念出发，以工程思维模式为主，旨在培养突出“实践能力、创新意识和创业精神”特色的、适应当前经济社会发展需要的“工程应用型人才”。通过在模拟的实战环境中系统锻炼，使学生的学习能力、思维能力、动手能力、工程创新能力和承受挫折能力都得到综合提高。以增强就业竞争力和工作适应力。 1、2课题介绍本课设题目以多功能动态实验装置为对象，要求综合以前所学知识，完成此实验装置所需参数的检测。设计检测方案，包括检测方法，仪表种类选用以及需要注意事项，并分析误差产生的原因等等。 1、3 实验背景知识换热设备污垢的形成过程是一个极其复杂的能量、质量和动量传递的物理化学过程，污垢的存在给广泛应用于各工业企业的换热设备造成极大的经济损失，因而污垢问题成为传热学界和工业界分关注而又至今未能解决的难题之一。 1、4 实验原理 1、4、1 检测方法按对沉积物的监测手段分有：热学法和非传热量的污垢监测法。热学法中又可分为热阻表示法和温差表示法两种；非传热量的污垢监测法又有直接称重法、厚度测量法、压降测量法、放射技术、时间推移电影法、显微照相法、电解法
和化学法。这些监测方法中，对换热设备而言，最直接而且与换热设备性能联系最密切的莫过于热学法。这里选择热学法中的污垢热阻法。 1、4、2 热阻法原理简介表示换热面上污垢沉积量的特征参数有：单位面积上的污垢沉积质量mf，污垢层平均厚度δf和污垢热阻Rf。这三者之间的关系由式表示： （1-1）图1-1 清洁和有污垢时的温度分布及热阻通常测量污垢热阻的原理如下：设传热过程是在热流密度q为常数情况下进行的，图1a为换热面两侧处于清洁状态下的温度分布，其总的传热热阻为： （1-2）图1b为两侧有污垢时的温度分布，其总传热热阻为： （1-3）忽略换热面上污垢的积聚对壁面与流体的对流传热系数影响，则可认为（1-4）于是两式相减得： （1-5）该式表明污垢热阻可以通过清洁状态和受污染状态下总传热系数的测量而间接测量出来。实验研究或实际生产则常常要求测量局部污垢热阻，这可通过测量所要求部位的壁温表示。为明晰起见，假定换热面只有一侧有污垢存在，则有：（1-6）（1-7）若在结垢过程中，q、Tb均得持不变，且同样假定（1-8）则两式相减有： （1-9）这样，换热面有垢一侧的污垢热阻可以通过测量清洁状态和污染状态下的壁温和热流而被间接测量出来。
第1章绪论 1.1 课题背景与意义 换热设备污垢的形成过程是一个极其复杂的能量、质量和动量传递的物理化学过程，污垢的存在给广泛应用于各工业企业的换热设备造成极大的经济损失，因而污垢问题成为传热学界和工业界十分关注而又至今未能解决的难题之一。 1.1.1目的 针对“应用技术主导型”普通工科高等教育的特点，从工程创新的理念出发，以工程思维模式为主，旨在培养突出“实践能力、创新意识和创业精神”特色的、适应当前经济社会发展需要的“工程应用型人才”。 通过在模拟的实战环境中系统锻炼，使学生的学习能力、思维能力、动手能力、工程创新能力和承受挫折能力都得到综合提高。以增强就业竞争力和工作适应力。 以多功能动态实验装置为对象，成此换热设备污垢的实验装置所需检测参数的检测。 1.2污垢的研究 换热设备污垢的形成过程是一个极其复杂的能量、质量和动量传递的物理化学过程，污垢的存在给广泛应用于各工业企业的换热设备造成极大的经济损失，因而污垢问题成为传热学界和工业界十分关注而又至今未能解决的难题之一。 1.2.1污垢的形成和现状 近10年来，基于污垢形成机理认识的逐步深入，污垢的预测和模拟都取得了明显进展。然而换热设备污垢形成的影响因素众多，是在动量、能量、质量传递以及生物活动同时存在的多相、多组分流动过程中进行的，其理论基础除传热传质学外，还涉及到化学动力学、流体力学、胶体化学、热力学与统计物理、微生物学、非线性科学以及表面科学等相关学科，是一个典型的多学科交叉的高度复杂问题，因而对其机理的清晰理解和准确把握仍是一项极为艰巨的任务。在20世纪80年代中Epstein曾以矩阵形式对污垢形成过程的理论分析和实验研究作了形象的概括，指出了发展趋势；Pinhero则比较了当时已有的各预测模型，
控制装置与仪表课程设计 欧阳家百（2021.03.07） 课程设计报告 ( 2012-- 2013年度第二学期) 名称：控制装置与仪表课程设计 题目：炉膛压力系统死区控制系统设计 院系： 班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 设计周数：一周 成绩： 日期：2013年7 月5日
一、课程设计(综合实验)的目的与要求 1.1 目的与要求 （1）认知控制系统的设计和控制仪表的应用过程。 （2）了解过程控制方案的原理图表示方法（SAMA图）。 （3）掌握数字调节器KMM的组态方法，熟悉KMM的面板操作、数据设定器和KMM数据写入器的使用方法。 （4）初步了解控制系统参数整定、系统调试的过程。 1.2设计实验设备 KMM数字调节器、KMM程序写入器、PROM擦除器、控制系统模拟试验台1 1.3主要内容 1. 按选题的控制要求，进行控制策略的原理设计、仪表选型并将控制方案以SAMA 图表示出来。 2 . 组态设计 2．1 KMM组态设计 以KMM单回路调节器为实现仪表并画出KMM仪表的组态图，由组态图填写 KMM的各组态数据表。 2．2 组态实现 在程序写入器输入数据，将输入程序写入EPROM芯片中。 3. 控制对象模拟及过程信号的采集 根据控制对象特性，以线性集成运算放大器为主构成反馈运算回路，模拟控制 对象的特性。将定值和过程变量送入工业信号转换装置中，以便进行观察和记 录。 4. 系统调试 设计要求进行动态调试。动态调试是指系统与生产现场相连时的调试。由于生 产过程已经处于运行或试运行阶段，此时应以观察为主，当涉及到必需的系统 修改时，应做好充分的准备及安全措施，以免影响正常生产，更不允许造成系 统或设备故障。动态调试一般包括以下内容： 1)观察过程参数显示是否正常、执行机构操作是否正常； 2)检查控制系统逻辑是否正确，并在适当时候投入自动运行； 3）对控制回路进行在线整定； 4）当系统存在较大问题时，如需进行控制结构修改、增加测点等，要重新组态下装。 二、设计（实验）正文 1设计题目：炉膛压力系统死区控制系统设计（如附图1） 附图1： 2.1．按控制方案设计流程图（附图2） 引风机 炉膛压力系统死区单回路控制系统
目录 第一节 《测控仪器课程设计》要求 (1) 第二节 国内外现状 (2) 第三节 方案设计 (5) 第四节 测量控制方法设计 (13) 第五节 未来展望与总结 (18) 参考文献 (20)
第一节 《测控仪器课程设计》要求 一课程设计目的： 测控仪器课程设计是一次比较完整的仪器设计，它是理论联系实际、培养初步设计能力的重要教学环节，完成课程设计的目的有一下几点： （1） 培养学生综合地考虑使用、经济、工艺、安全性等方面的设计要求，确定合理的设计方案。 （2） 测控仪器设计是综合光学，电学，机械学，控制等多门课程的一个系统工程，培养学生从全局出发，体会各个学科融合的一次实战演练。 （3） 培养学生仔细阅读本课程指导书和随时查阅有关教材。 （4） 通过分析比较吸取现有结构中的优点，并在此基础上发挥自己的创造性，而不是简单抄袭或没有根据在臆造； （5） 培养学生制图功底，训练学生通过计算参数，最后完成设计制图的能力，（6） 了解国内外的技术前沿，以及现有企业可以提供的各种封装产品技术参数。 二 课程设计技术要求 课题名称：基于CCD边缘检测的二维测量系统设计 要求：1. 二维精密工作台系统 X轴行程范围10mm，分辨率0.1um，精度要求0.5um； Y轴行程范围10mm，分辨率0.1um，精度要求0.5um； 2. CCD测量系统 边缘识别，精度要求1um； 三 设计说明书要求 1．根据设计任务要求，确定设计方案。 2. 详细讨论系统各部分的实现方法和原理。 3．按照技术指标要求计算相应的机械结构参数，有国家标准的零部件，过计算选取。 4．完成设计说明书一份，仪器工作原理图一张，总装配图一张（0号），零件图5张以上。 5．提交设计报告书。要求打印，并列出参考文献。设计说明书要求5000字。
目录 1设计目的 (2) 2题目介绍 (2) 3 背景意义 (2) 3.1实验装置简介 (2) 3.2研究污垢传热的理论知识 (3) 4参数检测与控制 (5) 4.1进出口温度水浴温度测量 (5) 4.1.1 仪表种类选用及依据 (5) 4.1.2 注意事项 (6) 4.1.3 可能误差 (6) 4.2 实验管壁温测量 (7) 4.2.1 仪表种类选用及依据 (7) 4.2.2 可能误差 (7) 4.3 水位的测量 (7) 4.3.1 仪表种类选用及依据 (7) 4.3.2 注意事项 (8) 4.3.3 可能误差 (8) 4.4 实验管内流体流量的测量 (8) 4.4.1仪表种类选用与依据 (8) 4.4.2 可能误差 (10) 4.5 差压测量 (10) 4.5.1仪表种类选用与依据 (10) 4.5.2 可能误差 (11) 5.参考文献 (12)
第1章绪论 1.1设计目的 针对“应用技术主导型”普通工科高等教育的特点，从工程创新的理念出发，以工程思维模式为主，旨在培养突出“实践能力、创新意识和创业精神”特色的、适应当前经济社会发展需要的“工程应用型人才”。通过在模拟的实战环境中系统锻炼，使学生的学习能力、思维能力、动手能力、工程创新能力和承受挫折能力都得到综合提高。以增强就业竞争力和工作适应力。 2题目介绍 本课设题目以一多功能动态实验装置为对象，要求综合以前所学知识，完成此实验装置所需检测参数的检测。设计检测方案，包括检测方法、仪表种类选用以及需要注意事项，并分析误差产生的原因等等。 该实验装置上，需要检测和控制的参数主要有： 1、温度：包括实验管流体进口（20~40℃）、出口温度（20~80 ℃）， 2、实验管壁温（20~80 ℃）以及水浴温度（20~80 ℃） 3、水位：补水箱上位安装，距地面2m，其水位要求测量并控制，以适应不同流速的需要，水位变动范围200mm~500mm 4、流量：实验管内流体流量需要测量，管径Φ25mm，流量范围0.5~4m3/h 5、差压：由于结垢导致管内流动阻力增大，需要测量流动压降，范围为0~50mm 水柱 3 背景意义 3.1实验装置简介 如图3—1所示的实验装置是东北电力大学节能与测控研究中心杨善让教授为首的课题组基于测量新技术—软测量技术开发的多功能实验装置。 基于本实验装置，先后完成国家、东北电力公司、省、市多项科研项目并获奖，鉴定结论为国际领先。目前承担国家自然科学基金、973项目部分实验工作。
第一章绪论 ?本章提要 1.过程控制系统的基本概念 2.过程控制的发展概况 3.过程控制系统的组成 4.过程控制的特点及分类 5.衡量过程控制系统的质量指标 ?授课内容 第一节过程控制的发展概况 1.基本概念 ?过程控制系统-----指自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位成 分、粘度、湿度以及PH值(氢离子浓度)等这样一些过程变量时的系统。(P3) ?过程控制-----指工业部门生产过程的自动化。(P3) 2.过程控制的重要性 ●进入90年代以来自动化技术发展很快，是重要的高科技技术。过程控制是 自动化技术的重要组成部分。在现代工业生产过程自动化电过程控制技术 正在为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、节约 能源、改善劳动条件、保护环境卫生等方面起着越来越大的作用。 3.过程控制的发展概况 ●19世纪40年代前后(手工阶段)：手工操作状态，凭经验人工控制生产过程， 劳动生产率很低。 ●19世纪50年代前后(仪表化与局部自动化阶段)：过程控制发展的第一个阶 段，一些工厂企业实现了仪表化和局部自动化。主要特点：检测和控制仪 表-----采用基地式仪表和部分单元组合仪表(多数是气动仪表)；过程控制系 统结构------单输入、单输出系统；被控参数------温度、压力、流量和液位 参数；控制目的------保持这些参数的稳定，消除或者减少对生产过程的主 要扰动；理论-----频率法和根轨迹法的经典控制理论，解决单输入单输出 的定值控制系统的分析和综合问题。 ●19世纪60年代(综合自动化阶段)：过程控制发展的第二个阶段，工厂企业 实现车间或大型装置的集中控制。主要特点：检测和控制仪表-----采用单 元组合仪表(气动、电动)和组装仪表，计算机控制系统的应用，实现直接 数字控制(DDC)和设定值控制(SPC)；过程控制系统结构------多变量系统， 各种复杂控制系统，如串级、比值、均匀控制、前馈、选择性控制系统； 控制目的------提高控制质量或实现特殊要求；理论-----除经典控制理论， 现代控制理论开始应用。 ?前馈控制-----按扰动来控制，在扰动可测的情况下，可以地提高控制质量。 ?选择性控制-----在生产过程遇到不正常工况或被控量达到安全极限事，自 动实现的保护性控制。 ●19世纪70年代以来(全盘自动化阶段)：发展到现代过程控制的新阶段，这 是过程控制发展的第三个阶段。主要特点：检测和控制仪表-----新型仪表、
中南大学 《过程控制仪表》 课程设计报告 设计题目液位控制系统 指导老师 设计者 专业班级 设计日期 2011年6月 目录 第一章过程控制课程设计的目的和意义 (2) 1.1课程设计的目的 (2) 1.2课程设计的意义 (3) 1.3课程设计在教学计划中的地位和作用 (3) 第二章液位控制系统的设计任务 (3)
2.1设计内容及要求 (3) 2.2课程设计的要求 (4) 第三章实验内容及调试中遇到的具体问题和解决的办法 (4) 3.1实验目的 (4) 3.2实验内容 (5) 3.2.1流量单闭环控制系统 (5) 3.2.2流量比值控制系统 (6) 3.3实验调试中遇到的具体问题和解决办法 (7) 第四章液位控制系统总体设计方案 (9) 4.1液位控制系统在工业上的应用 (9) 4.2液位控制系统变送器以及开关阀的选择 (10) 4.3控制算法 (11) 4.4系统控制主机的选择 (11) 4.5系统的硬件设计（单纯的逻辑控制） (13) 4.5.1 水塔液位控制系统的主电路图 (13) 4.5.2 I/O接口的分配 (13) 4.5.3 水塔液位控制系统的I/O设备 (14) 4.5.2 控制系统硬件介绍 (14) 第五章系统软件设计 (16) 5.1系统软件设计1（单纯的逻辑控制） (16) 5.1.1水塔液位控制系统的程序流程图 (16) 5.1.2 水塔液位控制系统的工作过程 (17) 5.1.3 水塔液位控制系统的梯形图 (19) 5.2系统控制的程序 (20) 5.3 加入PID控制的指令的软件程序 (20) 5.3.1PID控制系统梯形图 (21) 5.3.2PID控制系统的指令： (24) 第六章收获、体会和建议 (25) 参考文献 (26) 第一章过程控制课程设计的目的和意义 1.1课程设计的目的 本课程设计是为《过程控制仪表》课程而开设的综合实践教学环节，是对《现代检测技术》、《自动控制理论》、《过程控制仪表》、《计算机控制技术》等前期课堂学习内容的综合应用。其目的在于培养学生综合运用理论知识来分析和解决实
习 题 2.1 什么是线性系统?其最重要的特性是什么?下列用微分方程表示的系统中,x o 表示系统输出,x i 表示系统输入,哪些是线性系统? (1) x x x x x i o o o o 222=++ (2) x tx x x i o o o 222=++ (3) x x x x i o 222o o =++ (4) x tx x x x i o o o 222o =++ 解: 凡是能用线性微分方程描述的系统就是线性系统。线性系统的一个最重要特性就是它满足叠加原理。该题中（2）和（3）是线性系统。 2.2 图（题2.2）中三同分别表示了三个机械系统。求出它们各自的微分方程，图中x i 表示输入位移，x o 表示输出位移，假设输出端无负载效应。 图(题2.2) 解: (1)对图(a)所示系统，由牛顿定律有
x m x c x x c i o o 2 o 1 )(=-- 即 x c x c c x m i 1 2 1 o o )(=++ (2)对图(b)所示系统，引入一中间变量x,并由牛顿定律有 )1()()(1 x x c k x x o i -=- )2()(2 x k x x c o o =- 消除中间变量有 x ck x k k x k k c i o 1 2 1 o 2 1 )(=-- (3)对图(c)所示系统，由牛顿定律有 x k x x k x x c o o i o i 2 1 )()(=-+- 即 x k x c x k k x c i i o o 1 2 1 )(+=++ 2.3求出图(题2.3)所示电系统的微分方程。 图（题2.3） 解:(1)对图(a)所示系统,设i 1为流过R 1的电流,i 为总电流,则有 ?+=idt C i R u o 12 2 i R u u o i 1 1=-
控制仪表课程设计 说明书
摘要 煤气炉是工业生产中常见的加热设备，广泛应用于冶金、机械、建材、化工等行业，其温度控制系统常见的控制技术有PID 控制、模糊控制技术等，但由于煤气炉是一个时变的、大滞后的被控对象，且升温具有单向性，很难建立精确的数学模型。而PID 控制因其成熟、容易实现、并具有可消除稳态误差的优点，基本能够满足系统性能要求。 KMM可编程程序调节器是一种多输入/输出、多功能、多用途的数学式控制仪表。它与模拟式调节器相比，具有与模拟仪表兼容，运算，控制及通信功能丰富、通用性强、可靠性高，使用维护方便等优点，用KMM进行系统设计，只要根据控制流程图进行组态即可，经过各种运算模块的不同组态能够实现多种控制功能，如平、PID控制、前馈控制等，非常简便。用它进行控制，P、I、D参数调整方便，数字显示直观，适合于小规模生产装置的控制、显示和操作，也能够经过通信接口挂到数据通道同集散控制系统连接起来，实现中、大规模的分散控制、集中监视、操作和管理。 一总体方案设计 煤气炉是工业生产的重要装置之一，它的任务是经过煤气的燃烧，产生一个理想的温度，以供生产、生活之用。在产品的工艺加工过程中，温度对产品质量的影响很大，温度检测和控制很
重要。基于常见的单回路控制系统结构简单但控制精度较低的实际，本设计提出了基于KMM可编程控制器的串级控制系统。1、串级控制系统 1.1 串级控制系统的基本概念 串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。 前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。 整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。 一次扰动：作用在主被控过程上的，而不包括在副回路范围内的扰动。二次扰动：作用在副被控过程上的，即包括在副回路范围内的扰动。 主参数（主变量）：串级控制系统中起主导作用的那个被调节参数称为主参数。 副参数（副变量）：其给定值随主调节器的输出而变化，能提前反应主信号数字变化的中间参数称为副参数。
习 题 2.1 什么是线性系统其最重要的特性是什么下列用微分方程表示的系统中,x o 表示系统输出,x i 表示系统输入,哪些是线性系统 (1) x x x x x i o o o o 222=++&&& (2) x tx x x i o o o 222=++&&& (3) x x x x i o 222o o =++&&& (4) x tx x x x i o o o 222o =++&&& 解: 凡是能用线性微分方程描述的系统就是线性系统。线性系统的一个最重要特性就是它满足叠加原理。该题中（2）和（3）是线性系统。 2.2 图（题2.2）中三同分别表示了三个机械系统。求出它们各自的微分方程，图中x i 表示输入位移，x o 表示输出位移，假设输出端无负载效应。 图(题2.2) 解: (1)对图(a)所示系统，由牛顿定律有 即 x c x c c x m i &&&&1 2 1 o o )(=++ (2)对图(b)所示系统，引入一中间变量x,并由牛顿定律有 消除中间变量有 (3)对图(c)所示系统，由牛顿定律有 即 x k x c x k k x c i i o o 1 2 1 )(+=++&& 2.3求出图(题2.3)所示电系统的微分方程。 图（题2.3） 解:(1)对图(a)所示系统,设i 1为流过R 1的电流,i 为总电流,则有 消除中间变量,并化简有
u R C u C C R R u R C u R C u C C R R u R C i i i o o o 1 2 2 1 1 2 2 1 2 2 2 1 2 1 2 1 1)()1(1+++=-+ ++&&&&&&& (2)对图(b)所示系统，设i 为电流，则有 消除中间变量,并化简有 2.4 求图(题2.4)所示机械系统的微分方程。图中M 为输入转矩,C m 为圆周阻尼，J 为转动惯量。 解：设系统输入为M （即），输 出θ(即)，分别对圆盘和质块进行动力学分析，列写动力学方程如下： 消除中间变量 x ,即可得到系统动力学方程 KM M c M m C R c k KJ c C km R cJ mC mJ m m m ++=++-++++&&&&&&&&&θ θθθ）（2 2 )()() 4(2.5 输出y(t)与输入x(t)的关系为y(t)= 2x(t)+0.5x 3(t)。 （1）求当工作点为x o =0,x o =1,x o =2时相应的稳态时输出值； （2）在这些工作点处作小偏差线性化模型，并以对工作的偏差来定
东北石油大学课程设计 课程数字显示仪表课程设计 题目数字式压力表设计 学院电气信息工程学院 专业班级自动化12-1班 学生姓名杜亦明 学生学号120601140127 指导教师杨莉邵克勇 2013年8月1日
东北石油大学课程设计任务书 课程数字显示仪表课程设计 题目数字式压力表设计 专业自动化姓名杜亦明学号 120601140127 主要内容： 在面包板上安装一台用单片A/D转换器7107或7106组成的通用表头。配接压力传感器（应变片式、扩散硅式或其它类型压力传感器），制成数字压力显示仪表。 基本要求： 1、学习数字显示仪表原理。 2、设计、绘制电路连接图。 3、能够独立完成数字显示仪表表头的制作。 主要参考资料： [1] 沙占友.数字化测量技术与应用[M].北京：机械工业出版社,2004. [2] 井口征士.传感工程[M].北京：科学出版社.2005. [3] 杨邦文.应用电子小制作150例[M].北京：人民邮电出版社.2005. [4] 常健生.检测与转换技术[M].吉林：吉林工业大学出版社.2006. [5] 路勇.高文焕.电子电路实验及仿真[M].北京:清华大学出版社,2004. [6] 王松武.于鑫.电子创新设计[J].北京:国防工业出版社,2005. 完成期限 2014.7.21—2014.8.1 指导教师 专业负责人 2014年7月1日
目录 第1章数显仪表工作原理 (1) 1.1 数字式显示仪表原理 (1) 1.2 数字式显示仪表结构 (1) 1.3 数字仪表的主要技术指标 (2) 1.4 线性化问题 (3) 1.5 信号的标准化及标度变换 (3) 第2章数显仪表设计方案 (5) 2.1 ICL7107双积分A/D转换器 (5) 2.2 LED显示器 (8) 2.3 主要集成块、三极管 (9) 第3章数显仪表的制作与安装 (10) 3.1 测量电阻 (10) 3.2 测量电容 (10) 3.3数显部分的制作 (10) 3.4 电源部分的制作 (10) 第4章结论与体会 (13) 参考文献 (14)
习 题 什么是线性系统其最重要的特性是什么下列用微分方程表示的系统中,x o 表示系统输出,x i 表示系统输入,哪些是线性系统 (1) x x x x x i o o o o 222=++&&& (2) x tx x x i o o o 222=++&&& (3) x x x x i o 222o o =++&&& (4) x tx x x x i o o o 222o =++&&& 解: 凡是能用线性微分方程描述的系统就是线性系统。线性系统的一个最重要特性就是它满足叠加原理。该题中（2）和（3）是线性系统。 图（题）中三同分别表示了三个机械系统。求出它们各自的微分方程，图中x i 表示输入位移，x o 表示输出位移，假设输出端无负载效应。 图(题 解: (1)对图(a)所示系统，由牛顿定律有 x m x c x x c i &&&&&o o 2 o 1 )(=--
即 x c x c c x m i &&&&1 2 1 o o )(=++ (2)对图(b)所示系统，引入一中间变量x,并由牛顿定律有 )1()()(1 x x c k x x o i &&-=- )2()(2 x k x x c o o =-&& 消除中间变量有 x ck x k k x k k c i o &&1 2 1 o 2 1 )(=-- (3)对图(c)所示系统，由牛顿定律有 x k x x k x x c o o i o i 2 1 )()(=-+-&& 即 x k x c x k k x c i i o o 1 2 1 )(+=++&& 求出图(题所示电系统的微分方程。 图（题） 解:(1)对图(a)所示系统,设i 1为流过R 1的电流,i 为总电流,则有 ?+=idt C i R u o 1 2 2 i R u u o i 1 1=-
第1章控制工艺流程分析 1.1 自主洗车控制过程描述 设计投币100元自助洗车机。 1．有3个投币孔，分别为5元、10元及50元3种，当投币合计100元或超过时，按启动开关洗车机才会动作，启动灯亮起。7段数码管会显示投币金额（用BCD码），当投币超过100元时，可按退币按钮，这时7段数码管会退回零，表示找回余额（退币选作）。 洗车机动作流程。 1）．按下启动开关之后，洗车机开始往右移，喷水设备开始喷水，刷子开始洗刷。 2）．洗车机右移到达右极限开关后，开始往左移，喷水机及刷子继续动作。 3）．洗车机左移到达左极限开关后，开始往右移，喷水机及刷子停止动作，清洁剂设 备开始动作——喷洒清洁剂。 4）．洗车机右移到达右极限开关后，开始往左移，继续喷洒清洁剂。 5）．洗车机左移到达左极限开关后，开始往右移，清洁剂停止喷洒，当洗车机往右移3s后停止，刷子开始洗刷。 6）．刷子洗刷5s后停止，洗车机继续往右移，右移3s后，洗车机停止，刷子又开始洗刷5s后停止，洗车机继续往右移，到达右极限开关停止，然后往左移。 7）．洗车机往左移3s后停止，刷子开始洗刷5s后停止，洗车机继续往左移3 s后停止，刷子开始洗刷5s后停止，洗车机继续往左移，直到碰到左极限开关后停止，然后往右移。 8）．洗车机开始往右移，并喷洒清水与洗刷动作，将车洗干净，当碰到右极限开关时，洗车机停止前进并往左移，喷洒清水及刷子洗刷继续动作，直到碰到左极限开关后停止，并开始往右移。 9）．洗车机往右移，风扇设备动作将车吹干，碰到右极限开关时，洗车机停止并往左移，风扇继续吹干动作，直到碰到左极限开关，则洗车整个流程完成，启动灯熄灭。 2．原点复位设计。 若洗车机正在动作时发生停电或故障，则故障排除后必须使用原点复位，将洗车机复位到原点，才能做洗车全流程的动作，其动作就是按下[复位按钮]，则洗车机的右移、喷水、洗刷、风扇及清洁剂喷洒均需停止，洗车机往左移，当洗车机到达左极限开关时，原点复位灯亮起，表示洗车机完成复位动作。 3. 自助洗车机的长处
Q 控制规律的表达式可能考计算P13 1.参数含义：△y变化量KP控制器比例增益TI控制器积分时间TD控制 器微分时间ε偏差 2.偏差的正负：ε=Xi-Xs 测量值-给定值 3.控制器的正作用反作用选择依据（分析题）给你对象能分析出是正作用还 是反作用：若KP前有负号则为反作用 4.①选阀：怎么安全怎么来，P1的例子温度控制系统，选气开或电开；② 假设温度过高，则偏差（温度）=测量值-设定值大于零，目标是△y（燃料）变化值小于零，所以选择反作用。 P PI PD 规律的特点阶跃响应要会分析P13-18 P PI PD PID 阶跃响应曲线特点PI PD 规律的阶跃响应综合题里考记住实际的时域公式 1.P控制特性：输入输出成比例关系，只要有偏差存在，控制器的输出就会 立刻与偏差成比例地变化，控制作用及时迅速。系统会出现余差，被控变量受干扰影响偏离给定值后，无法回到原先数值；若偏差为零，则输出不会变化，系统无法保持平衡。增大KP可以减小余差，但系统稳定性变差，容易产生震荡。P用于干扰较小，允许有余差的系统中。 比例度δ、比例增益KP互为倒数，成反比，比例度越小，比例增益越大，比例作用越强。 2.PI控制特性：I能消除余差，只要偏差存在，积分作用的输出就会随时间 不断变化，知道偏差消除，控制器的输出才会稳定下来；积分作用输出快慢与输入偏差ε的大小成正比，与积分时间成反比，积分时间越短，积分
速度越快，积分作用越强；积分输出控制动作缓慢，会造成控制不及时，系统稳定裕度下降，因此积分作用与比例作用组合起来使用。 控制点偏差：控制器输出稳定在某一值时，测量值和给定值之间存在偏差。 控制精度：控制点最大偏差的相对变化值，表征控制器消除余差的能力，KI越大，控制精度越高，消除余差能力越强。 3.PD控制特性：当积分时间TI趋于无穷大，控制器成PD控制特性；微分 时间越长，微分作用越强；微分作用比单纯比例作用快，微分作用比单纯比例作用提前一段时间，这段时间就是TD；微分根据偏差变化速度进行控制，只要偏差出现变化趋势，就有控制作用输出，超前控制；偏差恒定不变，微分作用为零，所以不能单独使用。 微分增益KD＜1，控制作用减弱，反微分，目的是滤波，KD =1相当于比例作用。 4.PID控制特性：both 5.微分先行目的：设定值放在微分之后，不对设定值做微分，效果是不因为 设定值的变化，引起输出值较大的变化。 6.如果PI阶跃曲线，KP增加或者TI减小的情况下，曲线如何变化，会分 析，做实验做的：KP增加比例作用增强，TI减小积分作用增强，积分增益变大，曲线变陡。 Q 基型控制器的电路方框图P20会画根据框图知道具备哪些功能 指示手操参数设定输入输出 用单片机设计基型控制器画框图各种东西都要含有有输入（键盘）参数指示显示输入输出
第一章绪论 1.1 课程设计目的 针对“应用技术主导型”普通工科高等教育的特点，从工程创新的理念出发，以工程思维模式为主，旨在培养突出“实践能力、创新意识和创业精神”特色的、适应当前经济社会发展需要的“工程应用型人才”。 通过在模拟的实战环境中系统锻炼，使学生的学习能力、思维能力、动手能力、工程创新能力和承受挫折能力都得到综合提高。以增强就业竞争力和工作适应力。 1.2课题介绍 本课设题目以多功能动态实验装置为对象，要求综合以前所学知识，完成此实验装置所需参数的检测。设计检测方案，包括检测方法，仪表种类选用以及需要注意事项，并分析误差产生的原因等等。 1.3 实验背景知识 换热设备污垢的形成过程是一个极其复杂的能量、质量和动量传递的物理化学过程，污垢的存在给广泛应用于各工业企业的换热设备造成极大的经济损失，因而污垢问题成为传热学界和工业界十分关注而又至今未能解决的难题之一。 1.4 实验原理 1.4.1 检测方法 按对沉积物的监测手段分有：热学法和非传热量的污垢监测法。 热学法中又可分为热阻表示法和温差表示法两种； 非传热量的污垢监测法又有直接称重法、厚度测量法、压降测量法、放射技术、时间推移电影法、显微照相法、电解法和化学法。 这些监测方法中，对换热设备而言，最直接而且与换热设备性能联系最密切的莫过于热学法。这里选择热学法中的污垢热阻法。
1.4.2 热阻法原理简介 表示换热面上污垢沉积量的特征参数有：单位面积上的污垢沉积质量mf ， 污垢层平均厚度δf 和污垢热阻Rf 。这三者之间的关系由式表示： （1-1） 图1-1 清洁和有污垢时的温度分布及热阻 通常测量污垢热阻的原理如下： 设传热过程是在热流密度q 为常数情况下进行的，图1a 为换热面两侧处 于清洁状态下的温度分布，其总的传热热阻为： （1-2） 图1b 为两侧有污垢时的温度分布，其总传热热阻为： （1-3） 忽略换热面上污垢的积聚对壁面与流体的对流传热系数影响，则可认为 （1-4） 于是两式相减得： （1-5） 该式表明污垢热阻可以通过清洁状态和受污染状态下总传热系数的测量而间接测量出来。 实验研究或实际生产则常常要求测量局部污垢热阻，这可通过测量所要求部位的壁温表示。为明晰起见，假定换热面只有一侧有污垢存在，则有： （ 1-6） f f f f f f m R δλλρ1==c w c c R R R U 21/1++=f f w f f f R R R R R U 2211/1++++=f c f c R R R R 2211,==c f f f U U R R 1121-=+q T T R R R R U b f s f f w c f /)(/1,121-=+++=