第四章电弧焊自动控制基础
第四章电弧焊自动控制基础
应用自动控制技术，保证自动化电弧焊过程参数稳定不变或恰当调变，是获得稳定的电弧、焊丝熔化、熔滴过渡及焊缝成形的根本途径。本章首先讨论熔化极自动电弧焊能量参数的稳定自动调节系统，然后讨论焊速和送丝速度拖动电机的稳速驱动系统，最后给出焊缝起点和终点焊接参数的合理控制方式。所有这些将是构成各种自动电弧焊机的基本控制环节。在第十一章将继续讨论一些特定场合下应用的电弧焊自动控制技术。
第一节熔化极自动电弧焊的自动调节系统
一、自动调节的必要性及基本要求
为了获得稳定的焊接过程，依据焊件材质、板厚和接头形式、焊接位置等具体条件，合理选择I a、U a、v a焊接电弧能量参数是重要的，但更关键的却是如何使选定的参数在焊接过的控程中稳定不变。例如，在普通结构钢埋弧自动焊生产中，I a、U a制精度要求为±25～50A、±2V；而在全位置气保护自动电弧焊中，I a、U a的控制精度已可达到±0.1～1.0A、±0.1V。
电弧过程的稳定状态，即I a、U a的稳定值是由电源外特性曲线和电弧静特性曲线的交点给定的。在实际焊接过程中，电弧静特性和电源外特性都可能受外界干扰而发生波动，从而使I a、U a发生波动。
1. 使电弧静特性发生波动的外界干扰
1）装配定位焊道、坡口加工或装配不均匀、环缝焊接时筒体的圆度、焊接小车导轨不平整、支承焊头的台架振动等都会导致电弧弧长变化。
2）焊丝盘卡死、焊丝盘绕中的拆弯或扭曲造成送丝阻力突变、送丝电机转速不稳或送滚轮打滑等导致送丝速度不匀。
3）焊剂、保护气体、母材和电极材料成分不均或污染物等所引起弧柱气体成分及平均电离电位、弧柱电场强度的变化。
2. 使电源外特性发生波动的外界干扰
1）电阻焊机、电炉等大容量用电设备的起、停，会造成网压的瞬时波动，
用电高峰时间则会造成网压的稳态波动。
2）弧焊电源内部元件，如半导体功率器件、电阻器件受热后使其输出发生波动。
以上各种干扰中，弧长的干扰最为突出。这是因为在一般电弧焊中，弧长数值仅为几到十几毫米，弧柱电场强度依电极材料和保护条件不同为10～40V/cm。的因此弧长只要有1mm的变化，电弧电压的波动就可能超过允许值。这样如何避免弧长干扰就成为自动电弧焊，特别是熔化极自动电弧焊发展和应用中的首要问题。
在手弧焊生产中，有经验的焊工都知道要用眼睛观测电弧，有的甚至能从电弧的声音判别电弧。遇到弧长波动时，可通过大脑分析比较后指挥手臂调整运条动作来加以修正。因此手弧焊的质量将取决于焊工技艺的优劣（图4-1a）。以机械代替手工运条的自动化电弧焊方法，必须有相应的自动调节来取代上述人工调节。图4-1b所示为自动调节系统的对应框图，它是由检测、比较放大等讯号处理及电动机执行机构三个部件组成的调节器来实现闭环自动调节控制。检测部件用于检测输入被调对象（电弧）的状态物理量-----例如反映弧长的电弧电压；比较放大讯号处理部件，把检测量跟预置的给定值进行比较后确定执行机构对电弧状态进行调节的输出控制量----例如焊丝的送给速度，以最终消除外界干扰。这类闭环自动调节控制是当今现代工业生产过程乃至许多日用家电设备中常见的控制手段（如图4-1c）。
闭环自动调节又称反馈控制，这里反馈是指被调对象（电弧）的状态物理量要反馈到调节器中去，调节器根据这个反馈输入来随时修正它对电弧的调节量大小，因此反馈是闭环系统能消除外界干扰的基础。没有反馈通路的控制系统称开环系统（图4-1d）。开环系统通常是不具备自动调节能力的，但有时受控对象的输出和输入量之间存在某些固有的内在联系，会构成固有的内反馈作用，这样的开环系统也会产生自动调节作用。下面要讨论的熔化极电弧自身调节，即属此例。
电弧电压反馈调节器和焊接电流反馈调节器是目前生产中采用的两种熔化极电弧自动焊调节系统。前者从40年代初即开始应用，后者的历史较短。由于调节对象和调节器组成部件中都可能包含有机械惯性、电容、电感、热容等惯性，闭环系统有些部件的输出不能随其输入而及时地发生变化，而总是有些滞后。例如，调节对象的惯性，使调节动作不能及时纠正被调量的偏差；调节器的惯性，使偏差讯号不能及时转化为控制调节输出量的变化等。于是当某一调节输出量本来可以使被调量达到稳定值时，调节对象的惯性使偏差讯号仍然存在着；当被调量已经达到稳定值时，执行机构本来应该停止工作了，调节器的惯性又使调节作用还将在原方向继续进行，结果使被调量超过稳定值，从而产生相反的偏差，于是执行机构将作反方向调节。合理设计调节器的结构、参数及应用条件，系统最终将能达到稳定状态，否则闭环调节系统可能是不稳定的。图4-2b所示为突变（阶跃）干扰条件下调节系统可能呈现的输出量变化（调节）结果。为了保证闭环调节系统的使用性能，调节系统的设计及应用条件应保证：（1）稳定性，这是指系统受干扰或给定控制信号阶跃突变离开稳定平衡状态，而在干扰停止后能恢复到新稳定状态的能力，图4-2a为为稳定的调节过程，而c、d、e三种不稳定的调节过程；（2）动态品质好，在稳定的前提下，动态调节过程越短，即图4-3b 中所示上升时间t r和过渡过程时间t s，超调量
δ越小，衰减度ψ越大的系统是
p
理想的系统；（3）静态误态小，新稳定工作点被调量稳定值与初始稳定值差越小，则静态误差小，系统调节精度高。
二、熔化极等速送丝电弧自身调节系统
实验和理论分析均证明，熔化极等速送丝电弧具有抵御弧长干扰的能力，在合理的应用下只要确保焊丝的等速送给，这一系统可以保证足够的I a、U a参数稳定性。
（一）等速送丝自身调节系统静特性
若焊丝以恒定送丝速度v f送入电弧，则弧长稳定时必有：
v f=v m （4-1）
式中v m 为焊丝在电弧热作用下的熔化速度。据第二章所述，v m 应正比于焊接电流I a ，而反比于电弧电压U a ，即应有：
v m =k f I a -k u U a （4-2）
式中 k f ------熔化速度随焊接电流而变化的系数，其值取决于焊丝电阻率、直径、伸出长度及电流数值（cm/(s ·A)）；
k u ------熔化速度随电弧电压而变化的系数，其值取决于弧 柱电位梯度、弧长数值（cm/(s ·V)）。
由式（4-1）、（4-2）可解得：
a f u f f a U k k k v +=I （4-3）
式（4-3）表示在送丝速度给定条件下，弧长稳定时电流与电弧电压之间的关系，即等速送丝熔化极电弧焊的稳定条件，又称等熔化曲线或自身调节系统静特性方程。在这条特性曲线上每一点，即每一种I a 和U a 组合条件下焊丝的熔化速度都将等于给定的送丝速度v f 。电弧工作在此线上的任何一点，均满足v m =v f ；当电弧工作偏离这一曲线时，则v m ≠v f 于是弧长将会有波动。由于电弧是由弧焊电源供电的，这些I a 、U a 应同时在弧焊电源外特性曲线上。据此，可以用实验方法测定等熔化曲线。测定方法是在给定的保护条件、焊丝直径、伸出长度条件下，选定一种送丝速度和几种不同的电源外特性曲线进行焊接，测出每一次焊接过程的稳态I a 、U a ，即可在U a I a 坐标系中作出一条等熔化曲线，如图4-4a 所示。各种不同条件下等熔化曲线形状将呈现不同的特征见图2-4，实测证明：
1）在长弧条件下，等熔化曲线几乎垂直于水平坐标轴，即I a 轴，这说明弧长足够大时电弧电压对熔化速度影响可以略去不计，这时k u 数值很小，因此式（4-3）可近似地写成：
f
f a k u ≈I （4-4）
2）在短弧条件下，电弧等熔化曲线斜率减小。这说明短弧焊时，焊丝熔化速度随弧长缩短而有明显增大，亦即k u 数值随电弧电压降低而明显增大 。通常把这一影响称为电弧固有的自调节作用，以区别于弧长干扰所引起焊接电流波动------熔化速度变动所造成自身调节作用，后者实际上是跟电弧一电源系统中的弧焊电源有关的。
由式（4-3）还可以直接推知：
3）其它条件不变时，送丝速度增加（减小），等熔化曲线平行向右（左）移动。
4）其它条件不变时，焊丝伸出长度增加（减小）时，k f 增加（减小），等熔化曲线向左（右）移动。
电弧自身调节系统的上述特性决定了等速送丝自动电弧焊的一系列工艺特点。
（二）等速送丝自身调节的精度
1. 弧长波动时的自身调节精度 由图4-4b 可见，等速送丝的自动电弧焊过程中，当弧长突然缩短时，电弧点工作点将从O 0点移到O 1点，由于
000m i a u a k I k U υ=-
111
m i a u a k I k U υ=-
和
10a a I I >、10a a U U <
∴1
0m m f υυυ>=
于是弧长将因熔化速度增加而得以恢复。如果弧长缩短是在焊枪与焊件表面距离不变前提下发生的，则电弧的稳定工作点最终将回到O 0点，调节过程完成后系统将不带静态误差。送丝速度的瞬时加快或减慢一下，即属此类干扰。
当弧长波动是由焊枪相对高度变化引起时，上述自身调节将在焊丝伸出长度有变化的条件下进行，调节过程结束后的稳定工作点将由焊丝伸出长度变化后的等熔化曲线和电源外特性曲线新交点决定。调节过程完成后系统将带有静态误差。误差大小除与焊丝伸出长度变化量、直径及电阻率有关外，还跟电源外特性形状有关。由图4-5a 可见，当电弧静特性为平特性时，陡降特性电源将比缓降特性引起较大的电弧电压静态误差；当电弧静特性为上升特性时（图4-5b ），对平特性电源表面看来似乎不会引起电弧电压误差，实际上由于通常检测电弧电压为包含焊丝伸出长度上电阻压降的总和，所以实际电弧电压误差则以上升特性电源为最小。由此可见，为了减小电弧电压及弧长的静态误差，应采用缓降（对平特性电弧）或微升（对上升特性电弧）特性电源为宜。但是电流静态误差总是相差不大的。
2. 网路电压波动时的自身调节误差 由图4-6可见，网压波动将使等速送丝电弧焊的工作点沿等熔化曲线从O 0移到O 1。在长弧焊条件下，这时系统将
产生明显的电弧电压静态误差。显然，陡降外特性电源比缓降外特性电源引起更大的电弧电压静态误差，即01O O > 01O O ；而在短弧焊条件下，因等熔化曲线不
同系统还将产生明显的电流误差，这时采用陡降外特性电源可减小这一误差。
（三）等速送丝自身调节的灵敏度
如上所述，在等速送丝的熔化极电弧焊过程中，弧长干扰能藉助焊丝熔化速度变化所产生的自身调节作用得以补偿。这一补偿需要一个时间，若这一调节过程所需时间很长，则焊接过程稳定性仍将受到影响。只有这一调节过程时间足够短，即自身调节作用相当灵敏时，焊接过程稳定性才会是满意的。
显而易见，等速送丝自身调节作用灵敏度将取决于弧长波动时引起的焊丝熔化速度变化量大小，由式（4-3）、式（4-4）可知；
由此可见自身调节灵敏度将取决于：
1. 焊丝直径和电流密度 当焊丝很细或电流密度足够大时，值足够大，电弧自身调节作用就会很灵敏。对于一定直径的焊丝，只要电流足够大，就会有足够的自身调节灵敏度。在一定工艺条件下，每一种直径的焊丝都有一个能依靠自身调节作用保证焊接电弧过程稳定的电流最小值，只有在这一电流以上应用时才是合理的。
2.电源外特性的形状如图4-7所示，当电弧静特性呈平特性时，采用缓降
外特性电源比陡降外特性能获得更大的?I a和自身调节灵敏度。当电弧静特性上升时，采用上升特性电源（注意；其上升斜率应小于电弧静特性）比用平特性电源能获得更大的?I a和自身调节灵敏度。因此，一般等速送丝（长弧焊接）均采用缓降或平特性，甚至上升特性电源。
3. 弧柱的电场强度电场强度越大，弧长变化时电弧电压和电流变化量就越大，自身调节灵敏度就越高。但是电场强度大，意味着电弧稳定性低，要求采用空载电压较高的电源。
4. 电弧长度弧长足够短时，电弧固有的自调节（k a）明显增大，即使采用恒流电源，电弧自身调节作用仍然十分灵敏。它的缺点是，对于所需电流值的送丝速度可调范围很窄。送丝过快会造成短路；送丝过慢则会熄弧或回烧导电嘴，这都是因为其等熔化曲线与电源外特性交点的电流电压数值配合不当或无交点所致。但是，如果能保证送丝速度跟电源外特性恰当配合，则其电流和弧长均十分稳定，因此熔深、熔宽都很均匀。
（四）等速送丝熔化极电弧焊的电流、电压调节方法
综上所述，在一般长弧焊条件下，熔化极电弧的自身调节曲线几乎垂直于电流坐标轴，电源应采用缓降、平或微升特性。因此，在这种焊接方法中，焊接电流调节将通过改变送丝速度来实现，而电弧电压的调节是通过改变电源外特性。而在短弧焊条件下，熔化极电弧的自身调节曲线不再垂直于电流轴，电源则采用陡降外特性，这时焊接电流、电弧电压的调节，将分别藕调节电源外特性、送丝速度来实现。
在实际应用中，若要把图4-8a中A点工作的电弧调节为B点，应同时提高送丝速度和电源外特性，即要同时调节两个控制旋钮才能实现。这不仅很不方便，还往往难以获得最佳工作点。如果能在增大送丝速度时同时按适当比例提高电源
电压（对于长弧焊），或者在增大焊接电流的同时按适当比例提高送丝速度（对于短弧焊），则只要用单个旋钮就能同时调定I a、U a，这种单旋钮控制等速送丝自动焊对短弧焊是特别合适的。
4-1将下述特征方程化为适合于用根轨迹法进行分析的形式，写出等价的系统开环传递函数。 （1）210s cs c +++=，以c 为可变参数。 （2）3(1)(1)0s A Ts +++=，分别以A 和T 为可变参数。 （3）1()01I D P k k s k G s s s τ?? ++ + =? ?+? ? ，分别以P k 、I K 、T 和τ为可变参数。 4-2设单位反馈控制系统的开环传递函数为 (31)()(21) K s G s s s += + 试用解析法绘出开环增益K 从0→+∞变化时的闭环根轨迹图。 4-2已知开环零极点分布如下图所示，试概略绘出相应的闭环根轨迹图。 4-3设单位反馈控制系统的开环传递函数如下，试概略绘出相应的闭环根轨迹图（要求确定分离点坐标）。 （1）()(0.21)(0.51)K G s s s s = ++ （2）(1)()(21) K s G s s s +=+ （3）(5)()(2)(3) K s G s s s s += ++ 4-4已知单位反馈控制系统的开环传递函数如下，试概略绘出相应的闭环根轨迹图（要求算出起始角）。 （1）(2) ()(12)(12) K s G s s s j s j += +++- （2）(20) ()(1010)(1010) K s G s s s j s j +=+++-
4-5设单位反馈控制系统开环传递函数如为 * 2 ()()(10)(20) K s z G s s s s += ++ 试确定闭环产生纯虚根1j ±的z 值和*K 值。 4-6已知系统的开环传递函数为 * 2 2 (2)()()(49) K s G s H s s s += ++ 试概略绘出闭环根轨迹图。 4-7设反馈控制系统中 * 2 ()(2)(5) K G s s s s = ++ （1）设()1H s =，概略绘出系统根轨迹图，判断闭环系统的稳定性 （2）设()12H s s =+，试判断()H s 改变后的系统稳定性，研究由于()H s 改变所产生的影响。 4-8试绘出下列多项式的根轨迹 （1）322320s s s Ks K ++++= （2）323(2)100s s K s K ++++= 4-9两控制系统如下图所示，试问： （1）两系统的根轨迹是否相同？如不同，指出不同之处。 （2）两系统的闭环传递函数是否相同？如不同，指出不同之处。 （3）两系统的阶跃响应是否相同？如不同，指出不同之处。 4-10设系统的开环传递函数为 12 (1)(1) ()K s T s G s s ++= （1）绘出10T =，K 从0→+∞变化时系统的根轨迹图。 （2）在（1）的根轨迹图上，求出满足闭环极点阻尼比0.707ξ=的K 的值。 （3）固定K 等于（2）中得到的数值，绘制1T 从0→+∞变化时的根轨迹图。 （4）从（3）的根轨迹中，求出临界阻尼的闭环极点及相应的1T 的值。 4-11系统如下图所示，试 （1）绘制0β=的根轨迹图。 （2）绘制15K =，22K =时，β从0→+∞变化时的根轨迹图。 （3）应用根轨迹的幅值条件，求（2）中闭环极点为临界阻尼时的β的值。
课 程 设 计 2015 年 7 月 30 日 设计题目 学 号 专业班级 学生姓名指导教师 十字路口自动红绿灯指挥系统
目录 一、主要指标及要求 (1) 二、方案选择 (1) 三、工作原理分析 (1) 四、单元模块设计及分析 (2) 4.1时钟信号脉冲发生器设计 (2) 4.2定时器设计 (4) 4.3 延时电路设计 (5) 4.4状态转换电路设计 (6) 4.5置数组合逻辑设计 (7) 五、总电路图 (9) 六、设计心得 (9) 七、参考文献 (10)
十字路口自动红绿灯指挥系统 班级：指导老师: 学生： 学号： 一、主要指标及要求 1.自动完成绿－黄－红－绿－……工作循环； 2.每种信号灯亮的时间不等，如：绿灯亮20秒－黄灯亮5秒－红灯亮15秒，如此循环； 3.用倒计时的方法，数字显示当前信号的剩余时间，提醒行人和司机； 4．(*) 信号灯的时间分别可调，以适应不同路口，不同路段交通流量的需求。 二、方案选择 三、工作原理分析 本电路分为五个模块，即时钟信号脉冲发生器、定时器、延时电路、状态转换电路、置数组合逻辑电路。其中由555定时器组成的时钟信号脉冲发生器为由两片74LS192计数器组成的定时器电路提供1Hz的脉冲信号，使计时器能够正常计数。由三片双四选一数据选择器组成的置数组合逻辑电路分别为计数器置
19s、4s、14s和0s等不同的数。当计数归零时，计数器的溢出信号使双D触发器的状态发生跳转，同时控制着绿黄红灯的亮灭，使得绿黄红灯亮时，定时器分别置19s、4s、14s。延时电路起到延时作用，当计数器计数归零时，溢出信号通过延时电路先使触发器状态发生翻转，再加载LD信号，使计数器置一个新数。 四、单元模块设计及分析 4.1时钟信号脉冲发生器 时钟信号脉冲发生器选用555定时器主要用来产生秒脉冲信号。脉冲信号的频率可调，所以可以采用555组成多谐振荡器，其输出脉冲作为下一级的时钟信号。555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。555定时器的电源电压范围宽，可在5~16V工作，最大负载电流可达200mA。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。 555定时器构成多谐振荡器，组成信号产生电路接通电源后，VCC通过电阻R1、R2给电容C充电，充电时间常数为（R1+R2），电容上的电压vC按指数规律上升，当上升到VREF1=2VCC/3时，比较器C1输出高电平，C2输出低电平，RS=10，触发器被复位，放电管T28导通，此时v0输出低电平，电容C开始通过R2放电，放电时间常数约为R2C，vC下降，当下降到VREF2=VCC/3时，比较器C1输出低电平，C2输出高电平，RS=01，触发器被置位，放电管T28截止，v0输出高电平，电容C又开始充电，当vC上升到时VREF1=2VCC/3，触发器又开始翻转。如此周而复始，输出矩形脉冲。其电路原理图如下：
什么叫自动控制？ 答：自动控制是指不用操作人员或者值班人员的介入便能实现装置和机械设备的部分或全部控制的设备装置。 什么叫手动控制？ 答：手动控制是指由操作人员的人为动作控制设备的运行，它与自动控制动作相反。 什么叫集中控制？ 答：集中控制是指集中在某一中心位置控制若干个设备的控制。 什么叫就地控制？ 答：就地控制是指操作人员在接近动力源的地方控制设备。 3．1控制逻辑 所有设备分为主洗设备，和非主洗设备，两种设备分别以各自独立的方式进行控制。控制方式分为：集控方式、非集控方式。 ●集控模式，可以进行所有设备的集中控制，按启车和停车顺序自动依次启停设备（启停车顺序见附录 一）。 ●非集控模式，所有设备单独启停。分为远程、就地模式，和闭锁、解锁模式。远程模式由计算机控制 设备的启停，就地模式由现地箱控制设备的启停。闭锁模式按闭锁模式闭锁，解锁模式可以单独控制，没有闭锁关系。 如下 综合自动化系统的发展与应用是近年来国内现代化大型选煤厂的一个突出特点，以工控机和可编程控制器为硬件核心、计算机信息管理、优化和控制为软件核心的综合系统成为选煤厂综合自动化的典型模式。综合自动化系统涵盖了设备和生产工艺过程的监视、保护和报警、生产工艺参数的检测和调节、生产设备集中控制以及选煤厂计算机信息管理与优化等内容。
贺西矿选煤厂综合自动化系统主要由以下几部分组成： 1、集中控制系统及主要生产环节自动控制子系统即单机过程控制系统。 单机过程控制系统包括： (1)重介工艺参数自动测控子系统（含煤泥重介）； (2)水池液位控制子系统； 选煤厂工艺系统设备的集中控制系统采用集散式网络结构，包括5个智能I/O分站。智能I/O分站为：(1)原煤准备系统I/O分站；(2)重介系统I/O分站；(3)浮选系统I/O分站； (4)浓缩压滤车间I/O分站；(5)产品运输I/O分站。 2、基于PLC控制网络的上位计算机监控系统，可实时监视各控制系统画面，向上发送有关数据并接收有关指令，向下发送控制指令。 3、物流的计质计量系统。 4、工业电视监控及生产调度通讯系统。 三、综合自动化控制的应用 1、选煤厂集中控制系统 选煤工业属于典型流程工业，按照工艺要求, 实现逆煤流顺序启车和顺煤流顺序停车控制, 事故或故障发生时顺序停车控制, 以及紧急停车控制等操作。根据不同的产品要求对多种参控设备可以实现调度室集中控制或就地控制，且能实现就地与集控之间的无扰动转换。 选煤厂集中控制的主要特点包括： (1)参控设备中的一备一用设备可以在线实现起、停，所有设备均需设有现场就地紧急停车功能，设置起、停车预警信号及事故报警。 (2)集控运行状态下，司机只能参与就地停车，不能参与起车。 (3)每台设备均设有禁起开关，开关打到禁起位置时，集控开车时不能使本台设备起车。 (4)设备控制一般分为就地和集中控制两种，且两种方式应实现就地与集控之间的无扰动转换，即集控开车时，如系统内某一设备有故障，在故障较小，很快就能处理完毕且恢复正常生产时，应不能影响设备原来的运行状态。 重介质选煤工艺对自动控制的依赖性强，便于集中控制设备起、停，实现设备的集中控制，目前大部分现代化选煤厂都实现了集中控制功能。 选煤厂集中控制是指对选煤系统中有联系的生产机械按照规定的程序在集中控制室内进行启动、停止或事故处理的控制。 我国选煤厂集中控制系统的类型大体经过了以下几个发展过程：
第二章：控制系统的数学模型 §2.1 引言 ·系统数学模型－描述系统输入、输出及系统内部变量之间关系的数学表达式。 ·建模方法? ??实验法（辩识法）机理分析法 ·本章所讲的模型形式?? ?复域：传递函数 时域：微分方程 §2.2控制系统时域数学模型 1、 线性元部件、系统微分方程的建立 （1）L-R-C 网络 C r u R i dt di L u +?+?= ↓c i C u =?& c c c u u C R u C L +'??+''??= 11c c c r R u u u u L LC LC '''∴++= ── 2阶线性定常微分方程 （2）弹簧—阻尼器机械位移系统 分析A 、B 点受力情况 02B 0A A A i 1x k )x x f()x x (k =-=-∴&& 由 A 1A i 1x k )x x (k =- 解出01 2 i A x k k x x - =
代入B 等式：02001 2 i x k )x x k k x f(=-- &&& 0201 2 i x k x )k k 1f(x f ++ =?&& 得：()i 1021021x fk x k k x k k f &&=++ ── 一阶线性定常微分方程 （3）电枢控制式直流电动机 电枢回路：b a E i R u +?=┈克希霍夫 电枢及电势：m e b C E ω?=┈楞次 电磁力矩：i C M m m ?=┈安培 力矩方程：m m m m m M f J =+?ωω& ┈牛 顿 变量关系：m m b a M E i u ω- --- 消去中间变量有： a m m m m u k T =+ωω& [][]?? ?? ?+?=+?=传递函数时间函数 C C f R C k C C f R R J T m e m m m m e m m m （4）X-Y 记录仪（不加内电路）
《高效节水灌溉工程实施方案》编写提纲 目次 1综合说明 2 项目区概况 3工程建设内容、标准和布局 4. 工程管理 5、施工组织设计 6、水土保持设计 7、环境保护设计 8、节能设计 9投资概算及筹资方案 10预期效益 11 附图 附加说明（包括总则）
1 综合说明 1.1 项目背景及依据 1.2 项目区现状 简述项目区农田水利工程现状，包括项目的位置等。 1.3 工程建设内容、标准及布局 简述工程建设的主要内容，工程设计方案，总工期。 1.4 工程管理 简述项目建设的组织形式和建后的管护机制。 1.5 建设费用及资金筹措方案 简要说明高效节水工程总投资，投资构成，筹资方案。 1.6 预期效益 简要说明高效节水工程建后预期产生的经济效益、社会和环境效益。 2 项目区概况 2.1 自然状况 2.1.1 地理位置及范围 2.1.2 水文气象 重点介绍项目区降雨、气温、蒸发、风向风速和日照等水文气象要素。 2.1.3 地形、地貌 2.1.4土壤及作物种植情况 重点介绍项目区的土壤土质、作物种类和种植间距。 2.1.5 水资源 重点介绍项目区现状水源状况。 2.2 社会经济状况 2.2.1 受益人口及劳动力状况 2.2.2 农业生产水平 2.2.3 地方财政和农民收入
2.2.4 水利科技服务体系现状 2.3 项目区水利设施现状 2.3.1 水源工程现状 水源工程包括水库（湖泊）、堰坝、山塘、河流等。 2.3.2 灌溉工程设施现状 说明项目区灌溉工程设施现状，应包括工程类型、规模、分布及完好程度等。 2.3.3 项目区现行小型农田水利工程管理体制与运行机制 说明项目区现行小型农田水利工程管理体制与运行机制。 2.4项目建设必要性和可行性 通过现状自然灾害、农业种植结构、经济发展等方面来说明目实施的必要性。 3 工程建设内容、标准和布局 3.1设计依据 设计依据主要包括： （1）规划的文本及相关的审批依据； （2）中央及省针对现行农田水利专项资金补助的有关文件； （3）相关的节水灌溉技术规范（根据项目类型选用相应规范）； ①《节水灌溉工程技术规范》GB/T 50363-2006；②《微灌工程技术规范》GB/T50485-2009；③《喷灌工程技术规范》GB/T 50085-2007；④《泵站设计规范》GB/T 50265-2010；⑤《灌溉与排水工程设计规范》GB50288-99等 3.2 高效节水灌溉工程设计标准 （1）灌溉设计保证率 喷灌、微灌各类作物采用85~95%，低压管道灌溉采用75%。 （2）灌溉水利用系数 低压管道区、喷灌区不应低于0.80；微喷灌区不应低于0.85；
习题四 4.1双闭环调速系统的ASR 和ACR 均为PI 调节器，设系统最大给定电压 *nm U =15V ，转速调节器限幅值为*im U =15V ， n N =1500r/min ，N I =20A ，电流过载倍数为2，电枢回路总电阻R =2Ω，s K =20，e C =0.127V·min/r ，求：（1）当系统稳 定运行在*n U =5V ，dL I =10A 时，系统的n 、n U 、*i U 、i U 和c U 各为多少？（2） 当电动机负载过大而堵转时，*i U 和c U 各为多少？ 解： （1）150.01min/1500/min nm N U V V r n r α= == 5500/min 0.01min/n U V n r V r α = = = *150.375/40im dm U V V A I A β=== *0.37510 3.75i d U I V β==?= 0.37510 3.75i d U I V β==?= 0.127500102 4.17520 e d c s C n I R U V K +?+?= == （2）堵转时，V I U dm i 15*==β， 0.1270402 420 e d c s C n I R U V K +?+?= == 4.2 在转速、电流双闭环调速系统中，两个调节器ASR ，ACR 均采用PI 调节器。已知参数：电动机：N P =3.7kW ，N U =220V ，N I =20A ，N n =1000 r/min ,电 枢回路总电阻R =1.5Ω,设cm im nm U U U ==* * =8V ，电枢回路最大电流dm I =40A,电力电子变换器的放大系数s K =40。试求： （1）电流反馈系数β和转速反馈系数α。 （2）当电动机在最高转速发生堵转时的,0d U c i i U U U ,,*值。 解:1）* 80.32/40im dm U V V A I A β===
第二章双闭环直流调速系统 2-1 在转速、电流双闭环调速系统中，若要改变电动机的转速，应调节什么参数？改变转速调节器的放大倍数行不行？改变电力电子变换器的放大倍数行不行？改变转速反馈系数行不行？若要改变电动机的堵转电流，应调节系统中的什么参数？ 答：改变电机的转速需要调节转速给定信号Un※；改变转速调节器的放大倍数不行，改变电力电子变换器的放大倍数不行。若要改变电机的堵转电流需要改变ASR的限幅值。 2-2 在转速、电流双闭环调速系统中，转速调节器有哪些作用？其输出限幅值应按什么要求来整定？电流调节器有哪些作用？其输出限幅值应如何整定？ 答：转速调节器的作用是： （1）使转速n很快的跟随给定电压Un※变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可以实现无静差。 （2）对负载变化起抗扰作用。 转速调节器的限幅值应按电枢回路允许的最大电流来进行整定。 电流调节器作用： （1）使电流紧紧跟随给定电压Ui※变化。 （2）对电网电压的波动起及时抗扰的作用。 （3）在转速动态过程中，保证获得电动机允许的最大电流，从而加快动态过程。（4）当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。电流调节器的最大值应该按变换电路允许的最大控制电压来整定。 2-3 转速、电流双闭环调速系统稳态运行时，两个PI调节器的输入偏差（给定与反馈之差）是多少？它们的输出电压是多少？为什么？
答：若都是PI调节器，则两个调节器的输入偏差为0，即Ui※=Ui，Un※=Un；输出电压为：Ui※=βId=Ui，Uc=U d0/K s=RI d+C e n=(RUi※/β)+(CeUn※/α)。 2-4 如果转速、电流双闭环调速系统的转速调节器不是PI调节器，而是比例调节器，对系统的静、动态性能会有什么影响？ 答：若采用比例调节器可利用提高放大系数的办法使稳态误差减小即提高稳态精度，但还是有静差的系统，但放大倍数太大很有可能使系统不稳定。 2-5 在转速、电流双闭环系统中，采用PI调节器，当系统带额定负载运行时，转速反馈线突然断线，系统重新进入稳态后，电流调节器的输入偏差电压△Ui 是否为0，为什么？ 答：反馈线未断之前，Id=In，令n=n1，当转速反馈断线，ASR迅速进入饱和，Un※=Un※max，Uc↑，Id↑至Idm，Te＞T l，n↑，Id↓，△Ui出现，Id↑至Idm，n↑，Id↓，此过程重复进行直到ACR饱和，n↑，Id↓，当Id=In，系统重新进入稳态，此时的速度n2＞n1，电流给定为Un※max= Idmaxβ＞电流反馈信号Un= Inβ，偏差△Ui不为0。 2-6 在转速、电流双闭环系统中，转速给定信号Un※未改变，若增大转速反馈系数α，系统稳定后转速反馈电压Un是增加还是减少还是不变？为什么？ 答：Un不变，因为PI调节器在稳态时无静差，即：Un※=Un，Un※未改变，则，Un也不变。 2-7 在转速、电流双闭环系统中，两个调节器ASR、ACR均采用PI调节器。已知参数：电动机：Pnom=3.7kW ，Unom=220V ，Inom=20A ，nnom=1000r/min，电枢回路总电阻R=1.5Ω，设Unm*= Uim*= Ucm=8V，电枢回路最大电流 Idm=40A，电力电子变换器的放大系数Ks=40.试求： （1）电流反馈系数β和转速反馈系数α； （2）当电动机在最高转速发生堵转时的Ud0、Ui、Uc值。 解：（1）β= Uim*/Idm=8/40=0.2 α= Unm */ nnom=8/1000=0.008
本科生毕业设计 摘要 自动控制节水灌溉技术代表了农业现代化的发展状况，灌溉系统自动化水平比较低下是制约我国高效农业发展的主要原因。本文就此问题研究了基于单片机的节水灌溉自动控制系统，系统对土壤湿度进行监控，并按照农作物的要求进行适时适量的灌水，其核心部分是单片机控制部分，主要对灌溉控制技术以及系统的硬件设计，软件编程各个部分进行深入的研究。 控制部分以单片机为核心，研制了一种基于单片机的节水灌溉自动控制系统。介绍了系统总体结构、单片机系统主机电路、数据采集处理电路、I/O口的扩展电路。为了进行大规模灌溉工程的监控，采用分布式控制模式，以提高控制系统的可靠性、降低系统的成本。 该套基于单片机控制的节水灌溉自动控制系统造成本低，体积小、安装方便、抗干扰性强、运行可靠，相比其他控制方式来说，性价比高，更易形成产品，便于推广应用。这是我国灌溉自动控制技术的一种新尝试，为目前农业在较低生产力水平的状况下，向智能化、市场化方向发展开辟了一条新途径。 关键词： AT89C51单片机；湿度传感器；A/D转换；采样；芯片 1
本科生毕业设计 ABSTRACT The level of auto-control water-saving irrigation technology reflects the development condition of agriculture modernization.The low automatic level of irrigation system is the main reason that prevented our agriculture’s development.As to this condition,this paper mainly studies the water-saving irrigation system that controlled by MCU.This system can supervise humidity.it can irrigate to the demand of the farm crops with right amunt of water at well time.The control part that consists of MCU is its core.Research work had been carried on irrigation control technology,hardware and software program and so . The control that consists of MCU is its core.A set of automatic water-saving system which is controlled by sing-chip controller have been developed in this paper.The overall structure of system、the main circuit of the MCU system、data-collecting circuit、I/O expanding circuit are all the designed.For monitoring large-scale irrigation system,we use distributional control model to enhance stability of the system de reduce the cost. It is small,easy to fit,a strong capability to resist interfere and low-cost.So the control system is more economic compared to other control system such as thuter system and all these demonstrate this production is adept to be popularized.This work is a fresh attempt to bring our agriculture into an advanced stage,which now is relative to be backward greenhouse control technique,especially on the aspect of nutrient liquid supplying when crops cultivated on tissue. Key words: AT89C51 MCU; Humidity Sensor; A/D transform; Sampling; Chip 2
***县高效节水灌溉工程运行管理办法 为切实加强我县高效节水灌溉工程建后的运行管理，确保高效节水灌溉工程发挥其应有的效益，促进农业节水增效和农民持续增收，特制定本管理办法。 第一章领导机构 第一条高效节水灌溉项目受益乡镇成立高效节水管理领导小组，具体负责高效节水灌溉工程管理工作的组织领导、协调、检查和监督。 第二条在乡镇高效节水管理领导小组的统一领导下，按照分工明确，责任到人的要求，贯彻落实本规定及相关的各项规章制度。 第三条建立健全一线灌溉管理人员和乡镇、村两级服务人员的岗位责任制及奖罚制度，并将各项责任、制度，落实到每一个工作岗位、每一个人、每一个工作项目、每一个工作环节。 第四条系统管理人员与农户之间要相互配合、密切合作，把灌溉管理措施落实到每个条田、每一地块，切实做到适时、适量供水、施肥，保证各类作物不旱不涝。 第二章用水管理 第五条用水统一由水管部门调配，每年灌水前受益村组对输水管道、设备及蓄水池进行全面检查。并结合实际情况，编制用水计划。水管部门根据用水计划确保供水量和供水时间。 第三章灌溉管理 第六条在高效节水管理领导小组的直接领导下，由乡镇实施统一管理。 第八条各乡镇负责灌溉事项的具体落实；各项目受益村组，必
须全力支持、配合各乡镇的灌溉管理工作。 第九条灌溉系统由各乡镇派出人员负责操作和管理；受益村组负责田间管网系统的回收及管网系统的维修，操作人员负责本系统的技术指导和监督。 第十条每一系统操作管理人员，负责灌溉系统的运行操作、维护与灌溉相关事项。 第四章设备、设施及其管理事项 第十一条首部与管网包含的设备、设施。 1.首部部分指首部井泵到地埋、地面干管接口处的所有设备，包括水泵，启动设备，变压器，高、低压线路，沉淀池，各种过滤器，操作阀门，压力表、计量表、施肥罐、泵房等。 2.管网系统指干管上端首部接口至整个地下与地面管网，包括干管、分干管、出地管、闸阀、支管、附管、毛管、各种阀门及各类连接件。 第十二条首部及管网的管理事项。 首部及管网的管理事项，包括首部及管网的安装、维修与保管。 1.各乡镇负责首部安装、拆卸、保管、检修，同时必须协助项目受益村，在规定时间内，严格按系统设计方案，实施管网安装和调试。 2.管网拆卸在冬灌结束后完成，以保证越冬安全；由项目收益村负责保管，来年安装缺失的材料由保管责任人赔偿。 第五章滴灌系统运行期间必须达到的要求第十三条泵站操作运行管理应符合《泵站技术管理规范》，管道及控制阀门要及时检修，以防管道漏水阀门失灵，电动机启动前应检查电器仪表、接线，转子转动是否灵活，看有无磨擦声和其它杂音。 第十四条电动机正常工作电流不应超过额定电流，定子温度不
第1章自动控制系统的基本概念 内容提要： 本章通过开环与闭环控制具体实例，讲述自动控制系统的基本概念（如被控制对象、输入量、输出量、扰动量、开环控制系统、闭环控制系统及反馈的概念）、反馈控制任务、控制系统的组成及原理框图的绘制、控制系统的基本分类、对控制系统的基本要求。 1.1 概述 在科学技术飞速发展的今天，自动控制技术起着越来越重要的作用。所谓自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象（机器设备或生产过程）的某个参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。例如，数控车床按照预定程序自动地切削工件，化学反应炉的温度或压力自动地维持恒定，人造卫星准确地进入预定轨道运行并回收，宇宙飞船能够准确地在月球着陆并返回地面等，都是以应用高水平的自动控制技术为前提的。 自动控制理论是控制工程的理论基础，是研究自动控制共同规律的技术科学。自动控制理论按其发展过程分成经典控制理论和现代控制理论两大部分。 经典控制理论在20世纪50年代末已形成比较完整的体系，它主要以传递函数为基础，研究单输入、单输出反馈控制系统的分析和设计问题，其基本内容有时域法、频域法、根轨迹法等。 现代控制理论是20世纪60年代在经典控制理论的基础上，随着科学技术的发展和工程实践的需要而迅速发展起来的，它以状态空间法为基础，研究多变量、变参数、非线性、高精度等各种复杂控制系统的分析和综合问题，其基本内容有线性系统基本理论、系统辨识、最优控制等。近年来，由于计算机和现代应用数学研究的迅速发展，使控制理论继续向纵深方向发展。目前，自动控制理论正向以控制论、信息论、仿生学为基础的智能控制理论深入。 1.2 自动控制的基本方式 在工业生产过程中，为了提高产品质量和劳动生产率，对生产设备、机器和生产过程需要进行控制，使之按预定的要求运行。例如，为了使发电机能正常供电，就必须使输出电压保持不变，尽量使输出电压不受负荷的变化和原动机转速波动的影响；为了使数控机床能加工出合格的零件，就必须保证数控机床的工作台或者刀架的位移量准确地跟随进给指令进给；为了使加热炉能保证生产出合格的产品，就必须对炉温进行严格的控制。其中，发电机、机床、加热炉是工作的机器装备；电压、刀架位移量、炉温是表征这些机器装备工作状态的物理参量；额定电压、进给的指令、规定的炉温是在运行过程中对工作状态物理参量的要求。 被控制对象或对象：将这些需要控制的工作机器装备称为被控制对象或对象，如发电机、机床。
课 程 设 计 2015 年 7 月 30 日 设计题目 学 号 专业班级 学生姓名指导教师
目录 一、主要指标及要求 (1) 二、方案选择 (1) 三、工作原理分析 (1) 四、单元模块设计及分析 (2) 4.1时钟信号脉冲发生器设计 (2) 4.2定时器设计 (4) 4.3 延时电路设计 (5) 4.4状态转换电路设计 (6) 4.5置数组合逻辑设计 (7) 五、总电路图 (9) 六、设计心得 (9) 七、参考文献 (10)
十字路口自动红绿灯指挥系统 班级：指导老师: 学生： 学号： 一、主要指标及要求 1.自动完成绿－黄－红－绿－……工作循环； 2.每种信号灯亮的时间不等，如：绿灯亮20秒－黄灯亮5秒－红灯亮15秒，如此循环； 3.用倒计时的方法，数字显示当前信号的剩余时间，提醒行人和司机； 4．(*) 信号灯的时间分别可调，以适应不同路口，不同路段交通流量的需求。 二、方案选择 三、工作原理分析 本电路分为五个模块，即时钟信号脉冲发生器、定时器、延时电路、状态转换电路、置数组合逻辑电路。其中由555定时器组成的时钟信号脉冲发生器为由两片74LS192计数器组成的定时器电路提供1Hz的脉冲信号，使计时器能够正常计数。由三片双四选一数据选择器组成的置数组合逻辑电路分别为计数器置19s、4s、14s和0s等不同的数。当计数归零时，计数器的溢出信号使双D触发器的状态发生跳转，同时控制着绿黄红灯的亮灭，使得绿黄红灯亮时，定时器分别置19s、4s、14s。延时电路起到延时作用，当计数器计数归零时，溢出信号通过延时电路先使触发器状态发生翻转，再加载LD信号，使计数器置一个新数。 四、单元模块设计及分析 4.1时钟信号脉冲发生器 时钟信号脉冲发生器选用555定时器主要用来产生秒脉冲信号。脉冲信号的频率可调，所以可以采用555组成多谐振荡器，其输出脉冲作为下一级的时钟信号。555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。555定时器的电源电压范围宽，可在5~16V工作，最大负载电流可达200mA。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。 555定时器构成多谐振荡器，组成信号产生电路接通电源后，VCC通过电阻R1、R2给电容C充电，充电时间常数为（R1+R2），电容上的电压vC按指数规律上升，当上升到VREF1=2VCC/3时，比较器C1输出高电平，C2输出低电平，RS=10，
节水灌溉工程复习题 卷一 绪论 简述我国灌溉带的分带。 常年灌溉带：多年平均降雨量少于400mm。包括西北内陆区和黄河中上游部分地区。 不稳定灌溉带：多年平均降雨量大于400mm小于1000mm。包括黄淮海地区和东北地区。 水稻灌溉带：多年平均降雨大于1000mm。主要是长江中下游、珠闽江地区及西南部分地区。 与传统灌溉相比节水灌溉技术的优点有哪些？ 节约用水，提高水利用效率。 增加作物产量，提高农作物品质。 节省劳力。 对土壤地形的适应性强。 调节农田水分状况的水利措施有（灌溉措施）和（排水措施）。 改变和调节地区水情采用的工程措施有（蓄水保水措施）和（调水排水措施）。 我国水资源短缺的主要类型有：（工程型缺水）、（污染型缺水）、（设施型缺水）和（资源 型缺水）。 节水灌溉内涵 在充分利用降水和土壤水的基础上，高效利用灌溉用水，最大限度地满足作物需水，以获取农业生产的最佳经济效益、社会效益和生态效益，即用尽可能少的水投入，取得尽可能多的农作物产量的一种灌溉模式。 节水灌溉 依据作物需水规律及当地供水条件，为了有效地利用降水和灌溉水获取农业的最佳经济效益、社会效益和生态环境效益而采取的多种措施总称。 第一章农田灌溉原理 影响作物需水量的因素有哪些？ 气象条件：气温、大气湿度、风速、日照时间、辐射强度。 作物条件：作物品种、叶面积指数（单位土地面积上的叶片面积）、生育阶段，作物状况 受到气象和土壤条件的限制。如当土壤水分较少时，作物生长受到抑制，叶面积指数较小，同时气孔开度减小，蒸腾和蒸发量减少。 土壤因素：土壤含水量、土壤质地、地下水埋深等。 农业技术措施。 简述作物需水量与作物耗水量的异同？ 作物需水量：生长在大面积上的无病虫害作物，土壤水分和肥力适宜时，在给定的生长环境中能取得高产潜力的条件下为满足植株蒸腾、棵间蒸发、组成植株体所需要的水量。 作物耗水量：就某一地区而言，指具体条件下作物获得一定产量时实际所消耗的水量。 需水量是一个理论值，又称为潜在蒸散量（或潜在腾发量），而耗水量是一个实际值，又称 实际蒸散量。需水量与耗水量的单位一样，常以m3亩-1或mm水层表示。 田间需水量组成有（作物需水量）和（改善田间条件需水量）。 农田的水分主要消耗于（植株蒸腾）、（棵间蒸发）、（深层渗漏）、（地面径流）、（组成植株 体的部分）。
习题解答（供参考） 习题二 2.2 系统的调速范围是1000~100min r ，要求静差率s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少？ 解：10000.02(100.98) 2.04(1) n n s n rpm D s ?= =??=- 系统允许的静态速降为2.04rpm 。 2.3 某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为0max 1500min n r =，最低转速特性为 0min 150min n r =，带额定负载时的速度降落15min N n r ?=，且在不同转速下额定速降 不变，试问系统能够达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多少？ 解：1）调速范围 max min D n n =(均指额定负载情况下） max 0max 1500151485N n n n =-?=-= min 0min 15015135N n n n =-?=-= max min 148513511D n n === 2) 静差率 01515010%N s n n =?== 2.4 直流电动机为P N =74kW,UN=220V ，I N =378A ，n N =1430r/min ，Ra=0.023Ω。相控整流器内阻Rrec=0.022Ω。采用降压调速。当生产机械要求s=20%时，求系统的调速范围。如果s=30%时，则系统的调速范围又为多少？？ 解：()(2203780.023)14300.1478N N a N Ce U I R n V rpm =-=-?= 378(0.0230.022)0.1478115N n I R Ce rpm ?==?+=
(1)]14300.2[115(10.2)] 3.1N D n S n s =?-=??-= [(1)]14300.3[115(10.3)] 5.33N D n S n s =?-=??-= 2.5 某龙门刨床工作台采用V-M 调速系统。已知直流电动机 60,220,305,1000min N N N N P kW U V I A n r ====，主电路总电阻R=0.18Ω,Ce=0.2V ?min/r,求： （1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落N n ?为多少？ （2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率N S 多少？ （3）若要满足D=20,s ≤5%的要求，额定负载下的转速降落N n ?又为多少? 解：(1)3050.180.2274.5/min N N n I R r ?=?=?= (2) 0274.5274.5)21.5%N N S n n =?=+= (3) (1)]10000.05[200.95] 2.63/min N n n S D s r ?=-=??= 2.6 有一晶闸管稳压电源，其稳态结构图如图所示，已知给定电压* 8.8u U V =、比例调节器放大系数2P K =、晶闸管装置放大系数15S K =、反馈系数γ=0.7。求：（1）输出电压d U ；（2）若把反馈线断开，d U 为何值？开环时的输出电压是闭环是的多少倍？（3）若把反馈系数减至γ=0.35，当保持同样的输出电压时，给定电压* u U 应为多少？ 解：（1）* (1)2158.8(12150.7)12d p s u p s U K K U K K V γ=+=??+??= (2) 8.8215264d U V =??=,开环输出电压是闭环的22倍 (3) * (1)12(12150.35)15) 4.6u d p s p s U U K K K K V γ=+=?+???= 2.7 某闭环调速系统的调速范围是1500r/min~150r/min ，要求系统的静差率5%s ≤，那么系统允许的静态速降是多少？如果开环系统的静态速降是100r/min ，则闭环系统的开环放大倍数应有多大？ 解： 1）()s n s n D N N -?=1/ 1015002%/98%N n =???
《机电一体化》课程设计交通红绿灯PLC控制系统 班级：工学院机电1003班 指导老师： _________ 小组成员： __________________________ __________________________ __________________________ 日期： 2013年6月28日
【摘要】随着社会经济的快速发展和人们消费水平的不断提高，私家车不断增加，城市人多、车多道路少的交通状况越来越引起人们的关注。为了实现交通道路的管理，在各个道口安装红路灯已经成为了疏导交通车辆最为常见和最有效的手段。PLC控制系统可以实现了按车流量规模给定绿灯时长，达到最大限度的车辆放行，减少十字路口的车辆滞流，缓解交通拥挤以实现最优控制，从而提高交通控制系统的效率。 PLC具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，并广泛用于工业过程的自动控制中。由于PLC具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部的定时器资源十分丰富，可对目前较为普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制，能够方便实现对多岔路口红绿灯的控制，因此PLC被越来越多地应用于交通灯系统中。 PLC还具有通讯联网功能，可将同一条道路上的信号灯连成一局域网进行统一调度管理，缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。在实时检测和自动控制PLC应用系统中，PLC大都是作为一个核心部件来设计使用的。 【关键词】 PLC；交通灯；控制系统
目录 第一章绪论 (1) 1.1 PLC及WinCC介绍 (1) 1.1.1 PLC简单概述 (1) 1.1.2 WinCC介绍 (2) 1.2 十字路口交通灯控制任务 (3) 1.3 研究目的和意义 (4) 1.4 方案设计 (4) 第二章交通信号控制系统实况 (5) 2.1十字路口交通灯控制实际情况描述 (5) 2.1.1 控制任务要求 (5) 2.2 结合十字路口交通灯的路况画出模拟图 (5) 2.3交通灯控制流程图 (6) 第三章可编程控制器程序设计 (7) 3.1可编程控制器I/O端口分配 (7) 3.2 PLC的外部接线图 (7) 3.2.1输入/输出接线列表 (7) 3.2.2 PLC外部接线原理图 (7) 3.3程序梯形图及其说明 (8) 第四章十字路口交通灯的组态控制过程 (12) 4.1工程的建立和变量定义 (12) 4.1.1 工程的建立 (12) 4.1.2 变量的定义 (12) 4.2组态画面的建立 (12) 4.3 MOVEX1～MOVEY2的脚本编辑 (13) 第五章小组总结 (15) 参考文献 (15) 附表：PLC梯形图指令表 (16) 附图：交通红绿灯PLC控制系统实验相片 (18)
文献综述 前言 本人毕业设计的论题为《基于单片机节水灌溉系统的设计》，随着我国农业技术的高速发展，在进行农业生产的过程中需要大量的水资源，而我国却是一个水资源严重缺乏的国家，水资源的整体利用水平仍还很低,灌溉水的利用率只有30％～40％,水分生产效率不足1 ㎏∕m3,仅为发达国家的一半。灌溉管理自动化是发展高效农业的重要手段,我国目前主要局限于节水灌溉工程措施的推广和应用,而高效农业和精细农业要求必须实现水资源的高效利用,将输配水、灌水技术和降雨、蒸发、土壤墒情、作物需水规律等方面统一考虑,做到降水、灌溉水、土壤水和地下水联合调用,实现按需、按时、按量自动供水。因此,必须采用遥感、遥测等新技术监测土壤墒情和作物生长情况,对灌溉用水进行动态监测预报,实现灌溉用水管理的自动化、节约化、动态管理。而本文就是对不同土壤的湿度进行监控，并按照作物对土壤湿度的要求进行适时、适量灌水，所设计系统的核心是单片机和PC机构成的控制部分，主要对土壤湿度与灌水量之间的关系、灌溉控制技术及设备系统的硬件、软件编程各个部分进行实现。 本文根据目前国内外学者对的基于单片机节水灌溉系统的设计的研究成果，借鉴他们的成功经验，大胆的将单片机和PC机整合在系统中。这些文献给与本文很大的参考价值。本文主要查阅进几年有关基于单片机节水灌溉系统的设计的文献期刊。
张金波、胡钢、张学武、李致金、柯小干（2003）在《自动化控制系统在节水灌溉中的应用》介绍了以组态软件为开发平台,利用继电器输出模块,数字量输入模块等设备开发了农田节水灌溉自动化控制系统,该系统已在农田节水灌溉实际中得到了成功应用. 孙威、毛罕平、左志宇、伍德林（2007）在《基于单片机的节水灌溉自动控制器的设计》中以单片机为核心,研制了一种节水灌溉自动控制器;介绍了系统总体结构、单片机系统主机电路、数据采集处理电路、I/O口的扩展电路、通信接口等以及软件的设计. 王晓健（2010）在《单片机模糊控制节水灌溉系统设计》中介绍了灌溉控制系统的组成及工作原理,以单片机为核心控制芯片,设计了一套节水灌溉控制系统,并对其决策过程进行了具体分析. 张兵、袁寿其、成立、杨春明（2004）在《节水灌溉自动控制器的设计与研究》中论述了一种自动化节水灌溉控制系统的硬件设计、外部连线及其使用功能.系统控制器以与8051完全兼容的GMS90L51单片机为核心,采用计算机分布式管理;系统有传感器自动闭环控制、手动/半手动控制、微机超控等多种工作方式;系统能够实现自动化灌溉,具有排水警示、实时时钟、历史数据查询、数据上传及双向通信等功能. 张兵、袁寿其、成立（2003）在《节水灌溉自动化技术的发展及趋势》中论述了自动化技术在灌溉管理中的重要性,详细介绍了以色列、美国、澳大利亚及我国自动化技术在灌溉中的应用现状及存在的问题,讨论了一些新技术,如模糊控制、神经网络、专家系统等在节水灌溉控制中的应用,并对节水灌溉控制技术的发展趋势进行了探讨. 朱张青、曹成茂（2001）在《多用途节水灌溉控制系统研制》中介绍了一种以单片机控制为核心,能适用于多种农作物的节水灌溉控制系统. 苏崇峰、陈进昌、刘祥金、王永兰（2002）在《节水灌溉自动控制及管理系统研究》从节水灌溉控制与水费管理两个方面介绍了本系统在节水灌溉中的应用,着重介绍了控制过程;对节水灌溉的控制以及计算机、PLC、数字水表、数据采集都进行了详细地介绍;通过本系统的实施,可以从根本上解决节水灌溉重建轻管的弊端. 吴维雄（2004）在《试论计算机在节水灌溉中的应用》中介绍了随着精确农业技术革命的发展,节水灌溉中增加了精确灌溉的内容.通过计算机控制实施相