《运动控制系统》
教案
绪 论(1学时)
教学目的、要求：本节主要介绍课程的性质、任务、特点以及自动控制系统中的一些基本概念 教学方式：采用多媒体课件。
教学设计：最初接触这一门课程，首先介绍课程的性质、解决任务、工程中的地位以及本课程的特点。讲解清楚教材的特点，选用教材的依据以及教师的讲解思路。初步使学生建立起本门课程的知识框架，用实际的工程事例激发学生的学习兴趣。 一、课程的性质、任务、特点、分类及工程应用
性质：理论与实践紧密结合的、自动化专业学生必修的专业技术课。 任务：研究自动控制系统的控制规律、研究交直流的各种调速方式。 特点：1）综合性强:涉及到的课程较多电子技术、变流、电拖、自控原理等； 2）实践性强: 与工程实际相联系；
3）通用性强:
工程应用实例：
机床的控制、家用电器、电力拖动
实验三个 共8学时，其中6学时为必做实验，2学时为选做实验。其特点：实践性强，时间占用较长。
二、讲课方式：多媒体讲解、黑板上讲解、课堂讨论、自学。
讲授方法有：传统式、启发式、逆向式、讨论式、探究式，展示最新科学技术等方式。 三、参考文献：
孙树朴等，《电力电子技术》，中国矿大出版社，2000，北京。 张明达，《电力拖动自动控制系统》，冶金工业出版社，1983，北京。 贺益康等《电力电子技术》，浙江大学出版社； 四、考核方式：笔试70分，实验10分，科技论文10分，
作业及课堂表现10分，科技活动奖励5分。
五、电力拖动自控系统一般概念（自动控制原理中已经学过） 1、开环系统
控制系统的分类
运动控制系统
过程控制系统、计算机控制
系统
2）闭环系统
增设了控制及反馈装置，利
用实测的参数作为反馈信息量，
与原先设定的指令相比较，以完
成自动调节作用。
3）综合自动化控制
4）系统的性能指标
一）系统的稳定性。
当扰动或给定值发生变化时，输出量将会偏离原来的稳定值。这时，通过内部自动调节，系统
可能回到（或接近）原来的稳定值或跟随给定值稳定下来。
二）系统的动态性能指标。
系统的对象和元件通常都具有一定的惯性（如机械惯性，电磁惯性，热惯性等）系统中各种
量值的变化不可能是突变的。因此从一个稳态过渡到新的稳态，都需要经历一段时间，亦即需要经
历一个过渡过程。
直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。
由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。因此，为了保持由浅入深的教学顺序，应
该首先很好地掌握直流拖动控制系统。
第一章直流单闭环调速系统
§1-1 晶闸管—电动机（V-M）调速系统的特点
目的、教学要求：此部分内容在前述课程《电力电子技术》中已学过，要求学生课后复习，在此基础上掌握晶直流调速电源的特点、闸管—电动机（V-M）调速系统的调速方法。
重点、难点：触发脉冲相位控制，晶闸管—电动机（V-M）调速系统电流连续、断续时V-M系统机械特性。
主要内容：电流波形的连续与断续, 电流连续时V-M系统机械特性, 电流断续时V-M系统的机械特性。
思考：①晶闸管—电动机（V-M）调速系统电流波形连续与断续的条件？
②与一般直流电源相比，V-M系统的特点？
③V-M系统机械特性如何？
教学设计：从直流电动机转速方程入手，分析三种调节电动机转速的方法，通过讲解各种方法的优缺点，引申出本章核心内容：调压调速。而调压调速系统需要有专门向电动机供电的可控直流电源。进一步引入几种主要的可控直流电源。在对比的基础上，总结出各种可控直流电源的特点，最后明确把晶闸管整流装置输出电压看作直流电源给电动机供电的V-M系统。
针对晶闸管—电动机（V-M）调速系统的特点，通过启发性的提问使学生回忆先修课《电力电子技术》整流装置的有关内容，再通过调速系统的角度分析晶闸管整流装置输出电压看作直流电源给电动机供电，与一般直流电源相比，V-M系统的特点：
一、触发脉冲相位控制
二、电流波形的连续与断续
三、V-M系统的机械特性
教学方式方法：绪论和可控直流电源、触发脉冲相位控制等容易理解的内容采用多媒体讲授，难点部分教师在黑板上详细讲解，如：电流连续、断续时V-M系统机械特性。采用启发式，逆向提出问题→解决问题→设计电路系统
§1-2 反馈控制闭环调速系统的稳态分析
目的、教学要求：使学生准确掌握调速的基本概念、调速性能指标之间的内在关系，以及开环系统所存在的问题。
重点、难点：静差率与调速范围的的关系与内在联系，静差率与机械特性硬度之间的关系。
主要内容：调速的基本概念；调速范围、静差率和额定速降之间的关系；开环系统所存在的问题。
思考：①静差率与机械特性硬度的关系？
③为什么说调速范围和静差率不是彼此孤立的，必须同时考虑才有意义？
教学设计：简要讲述调速性能指标三个概念调速、稳速、加、减速，静差率及其与机械特性的硬度的关系，联系工程实际，重点探讨调速范围、静差率和额定速降之间的关系。
然后以某一龙门刨床工作台直流电动机开环调速系统为例，分析其性能和存在的问题，该部分内容要求学生自己利用调速指标计算、分析，得出其性能特点，提出问题，思考解决开环系统速降太大的解决方法。通过启发，由学生提出问题的解决方法－引入反馈控制
教学方式方法：该部分内容较容易理解，采用多媒体讲授。
§1-3 反馈控制闭环调速系统的稳态分析
教学目的、要求：熟悉掌握闭环系统的组成及静特性、闭环调速系统与开环系统的性能比较，降低速降的实质。
重点、难点：闭环系统能降低速降的实质。
主要内容：闭环系统的组成及静特性方程的推导、闭环调速系统与开环系统的性能比较，闭环系统能降低速降的实质是什么？
思考题：①闭环系统能降低速降的实质是什么？
②写出当负载突减时，系统的自动调节过程。
③闭环静特性是如何形成的？为什么开环中转速与电流（转矩）的关系称作为机械特性，而闭环系统中转速与电流（转矩）的关系称作闭环静特性？
④单闭环调速系统的基本性质是什么
教学设计：①通过引入三幅flash动画生动说明静特性与开环机械特性的区别，通过展示实物照片来说明形成闭环的方式手段。
②通过一个直流有静差调速系统来计算系统的各部分参数（简要介绍）PPT讲
③采用逆向思维方式来提出闭环系统存在的问题，通过启发提出解决问题的办法，由此
引出截止环节
一、闭环调速系统的动态数学模型
（一）直流它励电动机的数学模型
该环节的内容从直流电动机等效电路入手，确定直流它励电动机的数学模型及动态结构图，教师讲解思路，学生自学。
（二）晶闸管触发和整流装置数学模型及动态结构图
失控时间：T s 的概念。（）
从控制电压ct U 变化开始到0d U 发生变化之间的时间间隔s T
个相邻自然换相点之间的时间，即
mf
T s 1max =
相对于整个系统的时间响应来说，s T 是不大的。通常可用简单算术平均值，即2
max
s s T T =，不同整流电路s T 取值不同。
晶闸管触发器和整流装置输入输出关系为
)(10s ct s d T t U K U -=
应用拉氏位移定理，其传递函数为
S T s ct d s S e K s U s U s W -==
)
()
()(0
将S
T S e
-按泰勒级数展开，则上式变成
++++===-33220!
31!211)()(s T s T s T K e K e K s U s U s s s s
S T s S T s ct d S S
由于s T 很小，可忽略高次项，可将晶闸管变流装置近似成一阶惯性环节来处理，其传函为
s
T K s U s U s s
ct d +=1)()(0
（三）比例放大器和发电机传函
由于比例放大器和测速发电机输出响应可认为是瞬时变化的，其传函为
p n ct K s U s U =?)()( ， α)
()
(=s n s U n
将上述四个环节按系统中的相互关系连接在一起，便得到闭环调速系统的动态结构图 二、闭环调速系统的数学模型和稳定条件
当不考虑负载，即dL I =0时，系统开环传函为
)
1)(1()(2+++=
s T s T T s T K
s W m l m s
闭环系统传递函数为
111)(
1)
1(/)(23+++++++++=
s K
T T s K T T T s K T T T K C K K s W S
m S l m S l m e
s p cl
1． 稳定条件
根据反馈控制闭环调速系统的特征方程和劳斯--古尔维茨判据，可以推导出其稳定条件为
0111)(>+-++?++K
T T T K T T K T T T S
l m S m S l m
或 S l s m S l T T K T T T T )1())((+>++
可得 S
l S S l m T T T T T T K 2
)(++<
系统的临界放大系数K cr ，当K ＞K cr 时，系数将不稳定。
强调：对于一个自动控制来说，稳定性是它能否正常工作的首要条件，是必须保证的。 三、单闭环直流调速系统的组成及静特性 1． 详细讲述闭环系统的组成及特点
**提问：运用自控原理的知识，如何推导闭环系统的特性方程？
利用自动控制原理中传函的化简原理，得到调速系统的静特性方程式，从而得出系统电动机转速与负载电流（或转矩）的稳态关系，它在形式上与开环机械特性相似，但本质上却有很大的不同，故定名为“静特性”，
然后进行四、开环系统机械特性和闭环系统静特性的比较分析：
闭环系统能够减少稳态速降的实质在于它的自动调节作用，在于它能随着负载的变化而相应地改变整流电压，而开环系统不能自动调节。
以负载增大为例，闭环调速系统的自动调节过程如下：
特点：①把转速反馈与给定比较形成控制信号，组成闭环控制；
② 测速环节：直流测速发电机，与直流电机同轴联结；； ③设置放大器
Flash 演示
结论：闭环系统可以获得比开环系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围，为此所需付出的代价是，须增设检测与反馈装置和电压放大器。
主要例题：当负载突增时，系统的自动调节过程。
最后总结具有比例调节器的单闭环调速系统的基本性质，强调指出：有静差系统的概念。全面地看，反馈控制系统一方面能够有效地抑制一切被包在负反馈环内前向通道上的扰动作用；另一方面，则紧紧地跟随这给定作用，对给定信号的任何变化都是惟命是从的。而系统精度依赖于给定和反馈精度
四、反馈控制调速系统的主要部件和稳态参数计算
㈠运算放大器：提问：比例放大器的放大系数计算方法？分析其输入输出特性，
总结比例调节器特点：注意比例调节器的输出电压与输入电压成反比，其输出量能立即响应输入量的变化。画出其结构图。
㈡晶闸管整流与触发装置
若初步估算，即在条件下，用两个量的设计最大值估算，即
。也可估算，
㈢稳态参数计算举例
以转速单闭环有静差调速系统为例,讨论静态参数计算。
FLASH动画演示
该部分内容采用多媒
体讲授。
该部分在黑板上推导。
先提出该类问题的分析思路，解题步骤，然后，要求同学们当堂计
算，最后点出计算过程中的注意点和难点。
五、单闭环调速系统的限流保护——电流截止负反馈
首先启发学生明确一点：闭环存在的问题，引入电流截止环节，然后 请同学们自己设计该环节电路，之后，老师提供出两个实际电路，请同学们比较各自的优缺点。
最后对带电流截止负反馈的单闭环调速系统进行静特性分析：
§1-4 积分、比例积分控制规律和无静差调速系统
教学目的、要求：掌握PI 调节器特性以及与P 调节器的区别，PI 调节器能解决系统动态快速性与
稳态无静差的实质，会分析由PI 调节器组成的无静差调速系统调节过程及静特性。 重点、难点：放大系数K 对系统稳定性的影响。无静差系统特性以及I 调节器性能。无静差系统静特性分析。
主要例题： 以负载突增来分析无静差调速系统调节过程 思考及作业：㈠PI 调节器的特性是什么？
㈡PI 调节器能解决系统动态快速性与稳态无静差的实质？ ㈢ PI 调节器的实用电路要考虑哪几方面？
教学设计：回顾单闭环有静差系统的特点，提问：使用比例调节器的闭环系统能否完全消除静态偏差？通过分析，引出无静差概念，PI 调节器实现无静差的实质让学生讨论，得出结论。
无静差调速系统概念：调速系统受到扰动作用后，又进入稳态运行时，系统的给定量与被调量的反
馈量保持相等，即n n U U U -=?*
=0，也就是扰动前后的稳态转速不变。
一、分析积分调节器（I 调节器）及积分控制规律
积分器有三个重要特性
1）延缓性 积分调节器输入阶跃信号时，输出按积分线性增长。
2）积累性 只要积分调节器输入信号存在，不论信号大小如何变化，积分的积累作用就持续下去，只不过输出值上升速率不同而已。
3）记忆性 在积分过程中，如果输入信号变为零，输出电压能保持在输入信号改变前的瞬时值，该电压值就是充电电容C 两端的电压值，若要使输出值下降，必须改变输入信号in U 的极性，其变化过程如图所示。
学生了解了引入电流截止负反馈的目的及所起的作用后，总结对带电流截止负反馈的单闭环调速系统进行静特性分析，也叫“挖土机特性”
若初始不为零情况下积分调节器输出值为
01
ex in ex U dt U τ
U +=
? 比例调节器的输出量完全取决输入量的“现状”；而积分调节器的输出，既取决于输出的初始值，又取决于输入量对时间的积累过程（即历史状况）。尽管目前in U =0，只要历史上曾经出现过
in U 的值，输出就存在一定数值，这就是比例控制规律与积分控制规律的根本区别。
虽然积分调节器通过不断的积累过程来最后消除误差，但由于积分调节器的输出是逐渐的积
累，在控制的快速性上，积分控制远不如比例控制。而比例调节器虽然响应快，但系统存在静差，如果既要稳态精度高，又要动态响应快，就把P 与I 结合起来，取长补短，形成比例积分调节器（PI 调节器）。
课后自学：比例积分调节器的电路实现及传递函数的推导
二、采用比例积分（PI ）调节器的单闭环无静差调速系统
1． PI 调节器工作原理
采用运算放大器的PI 调节器线路及传递函数要求学生课前自学。 课堂提问：
比例积分作用的动态快速性和稳态无静差物理意义的概念： 课堂讨论：无静差系统静特性的实质。如何实现？
由此可见，PI 调节器满足了系统在动态和静态时放大系数K 大小不同的要求，它属于串联校正装置，这样不仅使系统在稳态做到无静差，而且又提高了系统动态的稳定性。
2． 具有PI 调节器的单闭环无静差调速系统
对I 调节器性能的性能采用在黑板上讲授。
采用PI 调节器的单闭环无静差调速系统的原理如图所示，为了限制起动冲击电流，系统采用电流截止负反馈。TA为检测电流的交流互感器，经整流后得到电流反馈信号
i
U。
当
dcr
d
I
I≤时上述系统的稳态结构图示于右图。
现以阶跃负载为例（指突增或突降负载的情况），来讨论 PI调节器在扰动调节过程的作用，见图 1-36 。
3．系统静特性和静态参数计算
由于稳态时PI调节器的输入电压0
=
?
n
U，给定电压和反馈电压相等，因此可以按下式计算转速反馈系数
max
*
max
α
n
U
n
=
三、PI调节器的实用电路
教师提供几个常用的实际电路，请学生分析其工作原理和各自的优缺点。
§1-5 调速系统中检测环节
该环节由教师提出调速系统中各检测环节的作用、原理，指定参考书，鼓励学生通过网络查找相关学习资料，请学生自学。
第一章作业
1．在电压负反馈单闭环有静差调速系统中，当下列参数变化时系统是否有调节作用，为什么？
1. 放大器的放大系数
p
K。
2．供电电网电压。
1.电枢电阻
a
R。
2.电动机励磁电流。
3.电压负反馈系数r。
2．在带电流截止环节的转速负反馈调速系统中，如果截止比较电压发生变化，对系统的静特性有
什么影响？如果电流反馈电阻
s
R大小发生变化，对静特性又有什么影响？
3．试回答下列问题：
以课堂讨论
为主要讲授
方式。
1）在转速负反馈单闭环有静差调速系统中，突减负载后又进入稳定运行状态，此时晶闸管整U较之负载变化前是增加、减少还是不变？
流装置的输出电压
d
U是增加、减少2）差调速系统中，突加负载后进入稳态时转速n和整流装置的输出电压
d
还是不变？
3）采用PI调节器的单闭环自动调节系统中，调节对象包含有积分环节，突加给定后PI调节器没有饱和，系统到达稳态前被调量会出现超调吗？
4．发生下列情况，无静差调速系统是否会产生偏差？为什么？（12分）
①运算放大器产生零漂；
②给定电压由于稳压电源性能不好而不稳定；
③反馈电容间有漏电电流；
④测速发电机电压与转速不是线性关系。
5．在某以调速系统中，要求调速范围1000~100r/min，静差率S=5%，试问此时允许的静态转速降是多少？若开环静态速降是100r/min，则闭环系统的开环放大系数为多大？
第二章转速电流双闭环直流调速系统的工程设计
§2-1 转速、电流双闭环调速系统及其静特性
教学目的、要求：让学生熟悉掌握转速、电流双闭环调速系统的组成特点, 闭环调速系统的静特性特点，目的是有效地解决单闭环系统存在的问题。
重点、难点：双闭环系统电路特点、如何实现转速无静差。
主要内容：转速、电流双闭环调速系统的组成及其电路特点、闭环调速系统的静特性、系统各变量
的稳态工作点和稳态参数计算
主要例题：系统稳态参数计算
思考及作业：
①什么是最佳过渡过程?
②转速、电流双闭环调速系统电路的特点是什么?
③PI调节器限幅特征？
作业：预习§2-2 双闭环调速系统动态特性的内容，下次课组织学生课堂讨论
讨论主题：①在启动的第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段，ASR、ACR状态如何变化？
②在第Ⅱ阶段，为什么能维持恒加速启动？
③双闭环调速静特性有什么特点？
④在起动的第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段，ASR、ACR分别起什么作用？
⑤要求撰写科技论文，双闭环调速系统起动过程分析
§2-1 转速、电流双闭环调速系统及其静特性
教学设计：从单闭环系统的缺点引出双环系统结构，采用逆向思维方式，启发学生思考，让学生积极参与到教学活动中。
一、单闭环调速系统存在的问题
①用一个调节器综合多种信号，各参数间相互影响，
②环内的任何扰动，只有等到转速出现偏差才能进行调节，因而转速动态降落大。
③电流截止负反馈环节来限制起动电流，不能充分利用电动机的过载能力获得最快的动态响应。
最佳起动过程:在电机最大电流（转矩）受限制条件下，希望充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流（转矩）为允许的最大值。
为了获得近似理想的过渡过程，并克服几个信号综合在一个调节器输入端的缺点，最好的办法就是将主要的被调量转速与辅助被调量电流分来加以控制，用两个调节器分别调节转速和电流，构
成转速、电流双闭环调速系统。
如何设计控制框架，让学生思考，逐步引出结构图。
二、转速、电流双闭环调速系统的组成
双闭环调速系统其原理图和静态结构图如下图a和b所示。
电路特点：
（1）两个调节器，一环嵌套一环；(讲解双环和单环的本质区别)
（2）两个PI调节器均设置有限幅；
（3）电流检测采用三相交流电流互感器；
（4）电流、转速均实现无静差。
由于转速与电流调节器采用PI调节器，所以系统处于稳态时，转速和电流均为无静差。转速
调节器ASR输入无偏差，实现转速无静差。
三、闭环调速系统的静特性
PI调节器限幅特征：一旦PI调节器限幅（即饱和），其输出量为恒值，输入量的变化不再
影响输出，除非有反极性的输入信号使调节器退出饱和；
（要用图来说明此问题，让学生理解）即饱和的调节器暂时隔断了输入和输出间的关系，
程中趋于零，而在稳态时为零。
双闭环系统的静特性如图所示
特点：
1）n0-A 的特点
①ASR不饱和，调节硬。
②ACR不饱和，随动
,0=
?
=
?
i
n
U
U
n
U
U
n
n
α
=
=
∴*或
*
α
n
U
n n=
=
n0为理想空载转速。此时转速n与负载电流
dL
I无关，完全由给定电压*
n
U所决定。
电流给定有如下关系
d
i
i
I
U
Uβ
=
=
*
因ASR不饱和，*
*
im
i
U
U<，故
dm
d
I
I<。n0A这段静特性从0
=
d
I一直延伸到
nom
dm
d
I
I
Iλ
=
=。
该节内容用多媒体讲授，其中多个环
节采用FLASH动画演示。
提问：PI调节器限幅特征是什么？
2）A —B 段 ASR 饱和，ACR 不饱和，电流跟随dm I ，
dm m
d I U I ==
β
*
起到了过流保护作用，稳态时有
3） 双闭环调速系统的静特性在负载电流小于I dm 时表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主要调节作用。在起动或堵转时，负载电流达到I dm 后，转速调节器饱和，电流调节器起主要调节器作用，系统表现为电流无静差，得到过电流的自动保护。
强调说明：双闭环系统只能抑制起动或堵转时的过电流，但当系统发生其他故障引起过电流时，系统不能保护，需另设过电流保护电路。 五、系统各变量的稳态工作点和稳态参数计算
双闭环调速系统在稳态工作时其输入信号都为零，各变量之间存在以下关系
i i
n n I I U U n n U U ββαα======*0
*
s d e s d ct K R I n C K U U =
+==0n *i U 由负载电流dL I 决定，而与转速给定值无关，ACR 的输出量则同时取决于n 和dL I 的大小。这些
关系反映了PI 调节器不同于P 调节器的特点。
比例环节的输出量总是正比于其输入量，而PI 调节器则不然，其输出量的稳态值与输入无关，而是由它后面环节的需要所决定的。 电流、转速反馈系统的确定
①可求出反馈系数：转速反馈系数 m nm
n U *α=
②电流反馈系数 ： dm
im
I U *
=β
两个给定电压的最大值是受运算放大器的允许输入电压限制的。
布置下节课课堂讨论题目，分小组进行讨论，学生自主上台讲解双闭环系统起动过程。
§2-2 双闭环调速系统动态特性
教学目的、要求：必须掌握转速、电流双闭环调速系统整个启动过程，在启动过程中两调节器的作用, 以及启动特点，闭环系统的抗扰性能。
重点、难点：起动过程分析。
主要内容：起动过程中两调节器的调节过程；电机电流、转速以及控制电压的变化过程。
思考及作业：
①什么是最佳过渡过程?
②转速、电流双闭环调速系统电路的特点是什么?
③PI调节器限幅特征？
③在整个起动过程第一、第二过程中，两个调节器的作用？
④在起动过程中，转速一定会超调吗？为什么？
⑤在起动的第二阶段为什么电枢电流能维持最大值基本不变？实现最大力矩起动？
⑥系统抗干扰作用。
⑦总结ASR，ACR的作用。
§2-2 双闭环调速系统动态特性
教学设计：上课后留出15分钟的时间，让学生进一步预习，然后分组讨论上节课所提出的讨论题目。每组推选一名学生上讲台讲解，同组同学可以补充。最后留出20分钟时间，老师进行评讲。通过学生思考，讨论，锻炼学生的知识组织能力，与人交流的能力，开发思维能力，引导他们逐步学会解决实际问题的能力。（最后老师进行总结）
§2-3 直流电动机的双域控制
教学目的、要求：让学生掌握双域控制的基本原理
重点、难点：如何维持电机弱磁升速过程
主要内容：基速以上减弱磁场升速过程
思考及作业：
①弱磁升速的前提条件是什么？
②在弱磁升速的过程中如何维持E不变？
③弱磁升速过程中励磁电流如何变化？
②弱磁升速的ASR、ACR状态任何改变？
§2.3 直流电动机的双域控制
教学设计：
先在黑板上讲解基本原理，然后用网络课件播放动画过程。最后留出10分钟时间，让学生找出课本上讲解的不妥之处并进行讨论。加深学生的内容的理解，同时激励学生积极思考？敢于怀疑，不惟权威。
（1）基速以下变电压调速时，电动机电磁转矩为
d
m
I
C
TΦ
=
设调速过程中，电流为额定值
nom
I不变，因此
常数
=
Φ
=
nom
m
I
C
T
属于恒转矩调速方式，而电动机输出功率
Kn
Tn
EI
P
d
=
=
=
975
可见，功率P与转速成正比，低速时，显然电动机容量没有得到充分利用。
（2）基速以上减弱磁场升速时，恒定值
=
+
=R
I
E
U
d
e
，忽略E
U
R
I
e
d
≈
，=定值，若仍维持d
I不变，则电动机功率
d
EI
P=保持不变，所以若磁调速属于恒功率调速方式。
弱磁调速的控制规律是磁通减弱，转速上升，电势保持不变。这样的配合控制特性示于下图中。
从图中可以看出起动时不宜采用弱磁方式，而应在额定磁通下升压起动，才能得到大的起动转矩。当电压达到额定值以后，才可减弱磁通继续升速。
二、双域控制调速系统原理
教学设计思路：讲授该部分内容时，根据电路特点：两套系统，电动机的电枢电压调节系统和励磁磁场控制系统结构相似，同学们对前一系统已经很熟悉，因此励磁磁场控制系统讲解时，从主回路出发，由系统控制目标出发一层一层向控制环递推，使同学们熟悉工程设计思路和分析方法。
① 电枢电压调节系统，是一个典型的转速、电流双闭环系统
②磁场控制系统，具有两个调节环：电动势调节环，作为外环，励磁电流调节环置于内环。
电动势调节器AER和励磁电流调节器AFR一般都采用PI调节器。
该环节内容在电机与拖动课程
中讲过，提问和复习方式进行
磁场控制系统中*
e U 为基速电势给定，它的数值一般整定为95%E e ，并保持不变。电势调节器AER 输出的限幅值，是作为磁场电流的最大给定值，决定了磁场额定电流的大小，而AER 输出的最小值，则限制了电流的最小数值。
1． 基速以下保持励磁为额定值，调电枢电压升速调节过程
基速电势给定整定在95%（或90%）nom n 值，电动机在基速以下的升速起动，为转速、电流双闭环调速系统的起动过程。ASR 输出已达限幅值，维持电动机电枢电流为最大值，转速以恒加速度机反
上升，整流电压0d U 不断升高。由于nom n n %95<，电动电势e E E %95<，电势反馈信号e U 亦小于基速电势给定
于限*e U ，反电势调节器AER 输入偏差信号较大，使AER 输出处
定励幅状态，即*
*fm f U U =，这相当于磁场整流桥VFC 输出额磁电流。这就是满磁状态下变电枢电压的升速过程。其调节过
程见图所示。
2． 基速以上，保持电动机反电势恒定的弱磁升速调节
过程
升到基速电势给定整定在95%（或90%）nom n 值，当转速上电势
大于95%（或90%）nom n 时，反电势反馈信号>e U *
e U ，
调节器输出退饱和，电势调节环由开环进入闭环工作，从而使励磁电流给定值*
if U 降低，经过AFR
的调节，励磁电流减小，弱磁升速开始，转速继续上升，反电势E 暂时也随之升高，使励磁电流和磁通快速下降，根据公式n C E e Φ=，由于机械惯性，转速n 来不及变化，所以反电势E 就下降，其调节过程为
↓↓→↓→Φ↓→↓→→→>e f if e e U E I U U U 退饱和AER *
使e U 跟随*
e U 基本维持不变（即E 基本不变），转速n 就随着Φ的下降而不断上升，但只要实际
转速还没有达到给定值，既*n n U U <，转速就继续上升，直到*
n n U U =为止，达到所需转速稳定
运行。这样，在基速以上尽管转速在上升，但e U ≈*
e U ，反电动势维持恒定，所以电枢电压
R I E U dm d +=却不会再升高， AER 和AFR 则在维持反电动势不变的条件下控制励磁电流。
上述分析表明，电动机由基速以下的调压调速转入基速以上的弱磁升速，是靠反电势信号e
U 的控制而进行的。电动机弱磁升速过程，实质是维持电动机反电势E 为恒值的调节过程。
e U 跟随*e U 基本维持不变，E 基本不变，则n 上
升
该环节采用多媒体
讲授，动画演示。
§2.4 调节器的工程设计方法
目的、教学要求：了解调节器工程设计基本方法和思路
重点、难点：系统参数和性能指标的关系
主要内容（控制系统的动态性能指标、典型I型、Ⅱ型系统参数和性能指标的关系）
教学方式方法（本节内容用多媒体讲授）
思考：典型I型、Ⅱ型系统参数和性能指标的关系特点是什么？
教学设计：先讲授直流调速系统工程设计的基本原则，基本方法步骤然后要求学生自行复习典型Ⅰ型、Ⅱ型系统的基本特点，以及每种系统的稳定性能指标和抗扰性能指标与参数的关系，使学生逐步熟悉先修课自动控制原理的知识与实际系统相联系，巩固所学的自动控制系统基本原理，提高学生的综合运用所学知识，获取工程设计技能的能力。
。
§2.5调节器的工程设计方法
目的、教学要求：了解调节器工程设计中调节器最佳整定设计法基本方法掌握调节器结构的选择和传递函数的近似处理
重点、难点：调节器结构的选择和传递函数的近似处理
主要内容（调节器结构的选择和传递函数的近似处理、调节器最佳整定设计法）
教学方式方法（本节内容用多媒体讲授）
思考：传递函数的近似处理、最佳整定设计法的原则是什么？
教学设计：先讲授设计多环控制系统的一般原则是：从内环开始，一环一环地逐步向外扩展。在这里是：先从电流环人手，首先设计好电流调节器，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。再以电流调节器为主要对象讲授调节器的设计步骤和构造过程，转速调节器的设计由学生自学。
课后大作业：利用Matlab仿真软件对教材提供的设计数据进行仿真，分析仿真结果。
第三章数字化直流调速系统
§3.1 数字触发器
教学目的、要求：了解数字控制调速的基本特点，理解数字触发器的基本工作原理
重点、难点：同步配合电路波形分析、移相控制、脉冲宽度控制的实现原理
主要内容（数字触发器的功能、实现晶闸管相控变流器触发脉冲的生成的基本工作原理。）
教学方式方法：（用多媒体讲授）
思考及作业：如何实现三相电源的相位判断
教学设计：前几章讲述了直流调速系统的各种调速方案的原理及参数设计。各种调速方案的控制电路都是由电子器件（如集成运放、门电路等）组成，即是通常所说的模拟控制。上述的各种调速方案的控制功能也可以全都由微处理器来实现，即采用数字控制方案。本章内容就是要将控制理论与计算机控制技术相结合，讲授时，引导学生了解当今信息时代数字控制系统的应用概况，不能局限于书本上的某一单片机系列指定学生利用网络资源搜索相关资料和信息，提高学生获取课外知识的能力和综合分析能力。教师主要利用多媒体讲授数控系统的基本特点，具体应用电路，由学生自学。
数字控制与模拟控制相比较，有以下特点：
①印刷电路板面积小，连线少。产品的生产周期短，调试时间短，生产效率高。
②容易实现复杂的控制思想，调速精度高于模拟调速系统。
③可靠性（故障率）及可维护性（排除故障时间短）高于模拟调速系统。
进入20世纪80年代，用数字控制代替模拟控制已成为必然趋势。世界各电气公司相继推出全数字晶闸管调速系统，例如德国西门子公司的SEMADYN D全数字调速系统，英国欧陆公司推出的SSD系列全数字直流调速系统。这些系统均可以实现四象限直流可逆调速功能，控制思想先进，可实现速度、电流的自适应调节，且控制程序模块化，参数修改方便，生产及调试周期短。
全数字直流调速系统与模拟控制的直流调速系统相比，控制思想是一样的，只是用微处理器芯片完成全部的直流调速系统的功能。数字直流调速系统主要由以下几部分组成：数字触发器、数字调节器、逻辑控制电路、输入输出通道。
数字触发器的功能是实现晶闸管相控变流器触发脉冲的生成。它包括同步配合电路、移相控制、脉冲宽度控制、双脉冲形成、脉冲通道控制等环节。在模拟触发电路中，移相及同步配合控制功能通常是由改变同步电压UT（与晶闸管承受正弦波电压相位相关的正弦波或锯齿波）与控制电压Uct相比较的交点来实现的，改变Uct就可以改变控制角α。因此，模拟触发电路具有电路结构复杂、调试工作量大的特点。
数字触发器的移相控制是由同步脉冲信号产生中断开始的定时器延时控制来实现的。即把欲改变的控制角α的大小转变成延时时间常数的大小。
一、同步电路
二、移相控制，数字触发器的移相控制是通过同步中断脉冲开始后的延时控制来实现的。
三、触发脉冲输出电路
四、可逆整流器的触发通道电路
河海大学常州校区毕业设计（论文） 自动双层停车位PLC课程设计 年级专业________ 12级电气自动化___________ 学生姓名___________ 韩发亮________________ 指导教师___________ 朱丹清________________ 评阅人____________________________________ 教学地点常州冶金技师学院__________
内容摘要 可编程序控制器(Programmable controlle)简称PLC，是近年来一种极为迅速，应用极为广泛的工业控制装置。它是一种专为工业环境应用而设计的数字运行的电子系统，它采用可编程程序的存储器，用来存储用户指令，通过数字或模拟的输入/输出完成确定的逻辑顺序、定时、记数、运算和一些确定的功能来控制各种类型的机械或生产过程。 随着汽车工业的发展，以及国家的经济型社会、节约型经济的政策、可持 续发展战略等，决定了立体停车设备的发展和立体停车设施问题。近年来由于汽车数量的快速增加，对停车场的需求必将日益提高，停车难的问题越来越突出，人们对停车的要求也越来越迫切。而对于快速发展的中国各个城市，停车难也随着城市经济的快速发展和汽车数量的激增接踵而来。 关键词：pic;自动化；方便
前言 (1) 第1章课程内容及设计方案 (2) 1.1组成原理 (2) 第2章方案设计 (3) 2.1取车过程 (3) 2.2存车过程 (4) 2.3结构特点 (5) 2.4系统硬件设计 (5) 2.5外部硬件连接图 (6) 2.6操作面板设计 (7) 2.7控制线路图 (7) 2.8主电路图 (8) 第3章软件设计 (10) 3.1系统软件设计过程 (10) 3.1.1X10车盘的调试 (10) 3.1.2X11车盘的调试 (10) 3.1.3X12车盘的调试 (11) 3.1.4X13, X14车盘的调试 (11) 3.2梯形图 (11) 3.3语句表 (14) 第4章结束语 (17) 第5章谢辞 (18) 参考文献 (19)
《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
帆板控制系统设计（F题） 摘要：本系统以单片机STC12C5A48S2为控制核心及数据处理核心,采用加速度传感器MMA7260作为角度检测的核心器件,设计并制作了一个帆板控制系统。以L293构成电机的电路，通过对风扇转角的控制，调节风力的大小，改变帆板的转角θ。可以通过键盘设置帆板转角0～60o，并在LCD上实时显示θ。使用了PID算法，使系统能快速达到稳定。由于采用了低功耗单片机，并且使用了一些高性价比、低功耗的器件去设计电路，因此本放大器具有成本低，功耗小，性价比高的优点。 关键词：控制系统；角速度传感器；单片机；PID；
一、方案比较与选择 题目分析：综合分析题目要求，转动帆板时，实现实时显示角度，且能够通过键盘控制风力，是本题的最大难点，也是设计的重点之一。另一难点是使帆板转角达到60o。要得到更好的性能指标，放大电路的零点漂移也是一个很难解决的问题。此外，在整个电路的设计中，要考虑其成本。 1、数据处理和控制核心选择 方案一：采用DSP最小系统板。即由DSP来实现电机的控制、传感器信号采集和人机界面控制等功能。 方案二：采用单片机STC12C5A48S2最小系统板。即由单片机STC12C5A48S2实现整个系统的统一控制和数据处理。 本系统不涉及大量的数据存储和复杂处理，虽然方案一控制更灵活更方便，但DSP的资源得不到充分利用，且系统规模大，成本高。而单片机STC12C5A48S2是一种8位低功耗微、高性能处理器，具有丰富的片上外设和较强的运算能力，且可串口编程，使用十分方便，性价比高。 综上所述，故采用方案二。 2、角度传感器的比较与选择 方案一：角度传感器KMZ41与信号调理芯片UZZ9001组成的角度采集模块。KMZ41与信号调理芯片UZZ9001一起,能够对180°范围内的角度信号进行测量,并利用SP I方式提供11位的角度信号输出。调试繁琐，且电路稳定性差。 方案二：采用MMA7260三轴加速度传感器。这个三轴加速度计用的是Freescale （飞思卡尔）公司生产性价比高微型电容式加速度传感器MMA7260芯片。用三轴加速度计利用重力分量换算原理，来测量角度与其他数字量倾角传感器相比自然要精准许多，因为模拟量的，可将电压值换算对应倾斜角度值，所以在许多需要测量角度的场合，非运动的条件下，不妨可以试试使用加速度计。 综上所述，采用方案二，电路集成度高、控制方便、易于用单片机处理。 3、显示系统的比较与选择 方案一：用数码管进行显示。数码管由于显示速度快，使用简单，显示效果简洁明了而得到了广泛应用。但是由于本题中要同时显示两个方向的倾斜角度，用数码管无法显示如此丰富的内容。 方案二：用LCD液晶进行显示，由于其显示清晰，内容丰富、清晰，信息量大，使用方便。 综上所述，本系统要显示的内容较丰富，采用方案二。 二、总体方案设计及系统方框图 本设计由角度传感器，经单片机控制器采集角度信息，再由单片机控制信号到驱动板，以调节风扇的转速，从而控制帆板的角度。 根据设计要求，此系统难点在于角度传感器的选取，及对于流体力学控制。因此，为能够检测到角度，本系统采用加速度传感器，利用重力分量，从而得到帆板的角度。对于自动调节帆板的角度，是由风扇的转速决定，而风扇是直流电机，对于直流电机的调速，本设计的驱动方式采用双H桥并联，控制信号上采用了PWM的调节方式，并可以调节电机运行在四象限。 由于系统设计各数据的难以测量，如风叶片与风流大小，风向的扩散性等因数。
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）。
毕业设计（论文） 帆板控制系统 姓名：xxxxxx 系别： 年级： 专业：电子信息工程 指导老师： 帆板控制系统
【摘要】本设计采用STC89C52RC为中心控制器，利用角度传感器来的采集、处理实现对风扇转速的控制，调节风力大小，进而改变帆板转角大小；帆板的角度检测，通过ADXL345模块，实现控制帆板角度的大小；通过充分比较、论证，最终选用小型直流电机作为风扇的制动源，小型直流电机力矩大、操作简单、价格低且能满足设计需求；系统显示采用LCD12864液晶，用于实时显示帆板的角度大小；控制电机是以NPN三极管BU406为驱动，再利用PWM算法算出合理的脉冲占空比；最后经过多次测试表明，系统完全达到了设计要求，不但完成了所有基本和发挥部分的要求，并增加实现了实时显示占空比全程变化的功能。 【关键词】自动控制、帆板、角度测量、小型直流电机、液晶显示、脉宽调制 Panel Control System 【Abstrct】According to the panel control system design requirements, to design the whole system was studied, established the optimal design scheme, using STC89C52RC as the center controller, using the angle sensor to the acquisition, processing of the fan speed control. The power adjustment, and then change the windsurfer windsurfing angle; angle detection. Through the ADXL345 module realization of control panel, in terms of size; by comparison, the final selection of full proof, small DC motor as the braking source fan, small DC motor torque, simple operation, low price and can satisfy the design requirement; display system using LCD12864, used for real-time display panel angle; control motor is NPN three. BU406 drive, then the use of PWM algorithm calculates the reasonable pulse duty ratio; finally after many tests show that.The system meets the design requirements, not only finished all the basic and the requirements to play a part, and to increase the real-time display of the whole function of the variation of duty ratio. 【Keywords】A utomatic Control, Windsurfing, Angle Measurement, Small DC Motor, Liquid Crystal Display, Pulse Width Modulation
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。
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
帆板控制系统 摘要：本设计给出了以MSP430F149为核心的帆板控制系统的基本原理与实现方案。由倾角测量模块、电机驱动模块、显示模块、调节模块等模块组成。采用SCA103T倾角传感器，可实现倾角精确测量。采用直流电机驱动风扇。系统功能由按键控制，可对测量结果进行实时显示，人机交互界面友好，经测试，达到了较好的性能指标。 关键词：MSP430F149，倾角传感器，电机驱动 The Panels Control System Abstract: The basic principle and implements solutions of the control system of the panels are given using MSP430F149 as the core. It is composed by inclination measurement modules, motor driver module, display module and adjust module. It can realize precision measurement using the SCA103T tilt sensor. Fan is driver by the dc motor, The system function is controlled by keys and the measurement result can be real-time displayed, the system has good man-machine interface and achieved better performance indicators by test,. Keywords: MSP430F149，Inclination sensor，motor driver
内蒙古科技大学 控制系统仿真课程设计说明书 题目：双容水箱液位控制系统 仿真 学生姓名：任志江 学号：1067112104 专业：测控技术与仪器 班级：测控 10-1班 指导教师：梁丽
摘要 随着工业生产的飞速发展，人们对生产过程的自动化控制水平、工业产品和服务产品质量的要求也越来高。每一个先进、实用控制算法和监测算法的出现都对工业生产具有积极有效的推动作用。然而，当前的学术研究成果与实际生产应用技术水平并不是同步的，通常情况下实际生产中大规模应用的算法要比理论方面的研究滞后几年，甚至有的时候这种滞后相差几十年。这是目前控制领域所面临的最大问题，究其根源主要在于理论研究尚缺乏实际背景的支持，一旦应用于现场就会遇到各种各样的实际问题，制约了其应用。本设计设计的课题是双容水箱的PID液位控制系统的仿真。在设计中，主要针对双容水箱进行了研究和仿真。本文的主要内容包括：对水箱的特性确定与实验曲线分析，通过实验法建立了液位控制系统的水箱数学模型，设计出了控制系统，针对所选液位控制系统选择合适的PID算法。用MATLAB/Simulink建立液位控制系统，调节器采用PID控制系统。通过仿真参数整定及各个参数的控制性能，对所得到的仿真曲线进行分析，总结了参数变化对系统性能的影响。 关键词：MATLAB；PID控制；液位系统仿真
目录 第一章控制系统仿真概述 (2) 1.1 控制系统计算机仿真 (2) 1.2 控制系统的MATLAB计算与仿真 (2) 第二章 PID控制简介及其整定方法 (6) 2.1 PID控制简介 (6) 2.1.1 PID控制原理 (6) 2.1.2 PID控制算法 (7) 2.2 PID 调节的各个环节及其调节过程 (8) 2.2.1 比例控制与其调节过程 (8) 2.2.2 比例积分调节 (9) 2.2.3 比例积分微分调节 (10) 2.3 PID控制的特点 (10) 2.4 PID参数整定方法 (11) 第三章双容水箱液位控制系统设计 (12) 3.1双容水箱结构 (12) 3.2系统分析 (12) 3.3双容水箱液位控制系统设计 (15) 3.3.1双容水箱液位控制系统的simulink仿真图 (15) 3.3.2双容水箱液位控制系统的simulink仿真波形 (16) 第四章课程设计总结 (17)
《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
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
摘要 随着网络技术的发展，Internet已成为最具市场潜力的技术领域，使用Web技术设计的数据库应用软件，是目前Internet市场的技术中坚，各种Web应用如电子商务，网上购物等都采用这种方式实现。 网上购书在国外已经是一个比较常见的购书方式了，而在我国，网上购书才是刚刚起步，但发展的速度却十分的惊人。本系统主要实现了用户的管理、书籍的查找与购买、购物车的实现、订单的管理以及用户留言等功能，为用户提供了迅速、便利的网上购书环境。 本系统采用JSP、Servlet、JavaBean和JDBC等一些JA V A Web相关技术实现了一个简单的网上购书系统，MVC开发模式可以分离数据访问和数据表现，让开发人员可以开发一个可伸缩性强的、便于扩展的控制器，来维护整个流程。本系统通用性强，经过简单的修改就可以应用于更广泛的网上购物系统，具有一定的推广价值。 关键词：书店；数据库；JSP；Servlet；JavaBean
Abstract With the development of network technology, Internet has become the most market potential of technology, the use of Web technology, designed for database application software, is the Internet market, the technical backbone of a variety of Web applications such as e-commerce, online shopping and so using this ways. Online textbook abroad is a relatively common textbook approach, while in China, online textbook is just started, but the pace of development was very amazing. This system mainly achieves the user's management, the search and the sale of books, shopping cart implementation, order management, and user comments and other functions, provides users with fast and convenient online friendly environment. In this system, JSP, Servlet, JavaBean, and JDBC and some other JA V A Web-related technology to achieve a simple online textbook system that versatility, MVC development model can be separated from data access and data performance, so developers can develop a strong scalability, scalable controller, to maintain the entire process. Through a simple modification can be applied to a wider range of online shopping system, with a certain extension purchase. Keywords: bookstore; database;JSP;Servlet;JavaBean
《过程控制》 课程设计报告 题目：双闭环比值控制系统的分析与设计姓名：王飞 学号：20106206 专业：自动化 年级：2010级 指导教师：李天华
目录 1 任务书-------------------------------------------------------- 1 1.1设计题目 --------------------------------------------------- 1 1.2设计任务 --------------------------------------------------- 1 1.3原始数据 --------------------------------------------------- 2 1.4设计内容 --------------------------------------------------- 2 2 研究背景 ------------------------------------------------------- 3 3 研究意义 ------------------------------------------------------- 4 4 研究内容 ------------------------------------------------------- 4 5 论文组织 -------------------------------------------------------- 5 5.1衰减曲线法整定主动量回路控制器参数 -------------------------- 5 5.2反应曲线法整定从动量回路控制器参数 -------------------------- 8 5.3双闭环比值控制系统仿真及性能测试 --------------------------- 11 5.4双闭环比值控制系统的抗干扰能力检验 ------------------------- 13 6 双闭环比值控制与串级控制的区别，以及各自的优缺点 --------------- 16 6.1双闭环比值控制与串级控制的区别 ----------------------------- 16 6.2双闭环比值控制的优、缺点 ----------------------------------- 17 6.3串级控制的优、缺点 ----------------------------------------- 17 7 总结 ---------------------------------------------------------- 17 8 参考文献 ------------------------------------------------------ 17 附录：双闭环比值控制最终整定结果(Simulink图) -------------------- 18
本人自述 胡主任、任老师下午好： 我是来自电气0901班的曹祥超，本人毕业设计题目为帆板控制系统 此帆板控制系统主要要求是： 1、基本要求 （1）用手扳动帆板时，能够数字显示帆板的转角。显示范围为0-60度，分辨力为2度，绝对误差<=5度。 （2) 当间距d等于10cm时，通过操作键盘控制风力大小，使帆板转角能在0-60度范围内变化，并要求实时显示。 （3）当间距d等于10cm时，通过操作键盘控制风力大小，使帆板转角稳定 在455度范围内。要求控制过程在10秒内完成，实时显示，并有声光提示，以便测试。2、发挥部分（1）当间距d=10 cm时，通过键盘设定帆板转角，其范围为0-60度，要求在5秒内达到设定值，并实时显示。最大误差绝对值不能超过5度。 （2）间距d在7-15cm范围内任意选择，通过键盘设定帆板转角，范围在0-60度。要求在5秒内达到设定值，并实时显示。最大误差的绝对值不超过5度。 等基本部分和发挥部分，具体的设计要求请老师可以查看毕业设计论文任务设计书部分。 设计的思路： 该系统的基本设计思路为通过按键调节改变风扇风力大小进而改变帆板的转动角度，再通过角度测量传感器测量帆板转角通过液晶显示出来。能够更直观的看到帆板的转动角度。 本系统主要是由主控制模块，驱动模块，采集模块，显示模块，电源模块组成，为了满足帆板控制系统的设计要求，进行了个模块的比较论证及确定。 在主控制模块中我们选用宏晶科技生产的STC12C5A60S2单片机，此单片机是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,速度更快，而且体积小性能高。 在驱动模块中我们选用ST生产的高电压大电流可用单片机的I/O口提供信
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);
毕业设计论文 作者学号 系部 专业 题目 指导教师 评阅教师 完成时间：
毕业设计(论文)中文摘要
毕业设计(论文)外文摘要
目录 1 绪论 (1) 1.1J AVA语言的特点 (1) 1.2开发工具E CLIPSE介绍 (2) 1.3开发工具JDK介绍 (2) 1.4应用环境 (3) 2 系统需求分析 (3) 2.1需求分析 (3) 2.2可行性分析 (3) 3 系统概要设计 (4) 3.1游戏流程图 (4) 3.2设计目标 (5) 3.3系统功能模块 (5) 3.4系统数据结构设计 (7) 4 系统详细设计 (10) 4.1程序设计 (10) 4.2贪吃蛇游戏各功能界面截图 (13) 5 系统测试 (16) 5.1测试的意义 (16) 5.2测试过程 (16) 5.3测试结果 (17) 结论 (18) 致谢 (19) 参考文献 (19)
1 绪论 贪吃蛇是世界知名的益智类小游戏，选择这个题目一方面是为了将我们自己的所学知识加以运用；另一方面，我希望通过自己的所学知识把它剖析开来，通过自己的动手实践，真正的了解它的本质和精髓。希望通过这次实践，能从中提高自己的编程能力。并从中学会从零开始分析设计程序，达到学以致用，活学活用的目的。另外，通过本游戏的开发，达到学习Java技术和熟悉软件开发流程的目的。 本游戏的开发语言为Java，开发工具选用Eclipse。 Java是一种简单的，面向对象的，分布式的，解释型的，健壮安全的，结构中立的，可移植的，性能优异、多线程的动态语言。这里采用Java作为开发语言主要是基于Java的面向对象和可移植性。 Eclipse 是一个开放源代码的、基于 Java 的可扩展开发平台。就其本身而言，它只是一个框架和一组服务，用于通过插件组件构建开发环境。 1.1 Java语言的特点 1.1.1 简单性 Java与C++语言非常相近，但Java比C++简单，它抛弃了C++中的一些不是绝对必要的功能，如头文件、预处理文件、指针、结构、运算符重载、多重继承以及自动强迫同型。Java 实现了自动的垃圾收集，简化了内存管理的工作。 1.1.2 平台无关性 Java引进虚拟机原理，并运行于虚拟机，实现不同平台之间的Java接口。Java的数据类型与机器无关。 1.1.3 安全性 Java的编程类似C++,但舍弃了C++的指针对存储器地址的直接操作，程序运行时，内存由操作系统分配，这样可以避免病毒通过指针入侵系统。它提供了安全管理器，防止程序的非法访问。 1.1.4 面向对象 Java吸收了C++面向对象的概念，将数据封装于类中，实现了程序的简洁性和便于维护性，使程序代码可以只需一次编译就可反复利用。
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。