《机电系统控制器与应用》大作业

《机电系统控制基础》大作业一基于MATLAB的机电控制系统响应分析哈尔滨工业大学2013年月日1作业题目1. 用MATLAB 绘制系统2()25()()425C s s R s s s Φ==++的单位阶跃响应曲线、单位斜坡响应曲线。

2. 用MATLAB 求系统2()25()()425C s s R s s s Φ==++的单位阶跃响应性能指标：上升时间、峰值时间、调节时间和超调量。

3. 数控直线运动工作平台位置控制示意图如下：X i伺服电机原理图如下：LR(1)假定电动机转子轴上的转动惯量为J 1，减速器输出轴上的转动惯量为J 2，减速器减速比为i ，滚珠丝杠的螺距为P ，试计算折算到电机主轴上的总的转动惯量J ；(2)假定工作台质量m ，给定环节的传递函数为K a ，放大环节的传递函数为K b ，包括检测装置在内的反馈环节传递函数为K c ，电动机的反电势常数为K d ，电动机的电磁力矩常数为K m ，试建立该数控直线工作平台的数学模型，画出其控制系统框图；(3)忽略电感L 时，令参数K a =K c =K d =R=J=1，K m =10，P/i =4π，利用MATLAB 分析kb 的取值对于系统的性能的影响。

2 题目11.syms sf=25/(s^2+4*s+25)*1/s;x=ilaplace(f);t=0:0.001:10;xx=subs(x);%ÔªËØÌæ»»plot(t,xx);xlabel('t') ;ylabel('x0(t)');title('µ¥Î»½×Ô¾ÏìÓ¦ÇúÏß');syms sf=25/(s^2+4*s+25)*1/s^2; x=ilaplace(f);t=0:0.001:5;xx=subs(x);%ÔªËØÌæ»»plot(t,xx);xlabel('t') ;ylabel('x0(t)');title('µ¥Î»Ð±ÆÂÏìÓ¦ÇúÏß');2．计算结果：C =1timetopeak =0.6820percentovershoot =25.3786risetime =0.4459setllingtime =1.6787源代码：num=[0,25];den=[1,4,25];G=tf(num,den);% ¼ÆËã×î´ó·åֵʱ¼äºÍËü¶ÔÓ¦µÄ³¬µ÷Á¿¡£C=dcgain(G)[y,t]=step(G);plot(t,y)grid[Y,k]=max(y);timetopeak=t(k)percentovershoot=100*(Y-C)/C% ¼ÆËãÉÏÉýʱ¼ä¡£n=1;while y(n)<Cn=n+1;endrisetime=t(n)% ¼ÆËãÎÈ̬ÏìӦʱ¼ä¡£i=length(t);while (y(i)>0.98*C)&(y(i)<1.02*C)i=i-1;endsetllingtime=t(i)3.假定工作台质量m、滚珠丝杠的转动惯量电动机、减速器、滚珠丝杠、折算到电机主轴上的总的转动惯量：(给出操作过程、仿真结果及分析、源代码) 3 题目24 题目3。

国家开放大学《机电一体化系统综合实训》作业1-4参考答案作业1一、名词解释(每小题2分，共10分)1. 测量——是人们借助于专门的设备，通过一定的方法对被测对象收集信息，取得数据概念的过程。

2.灵敏度——指在稳态下，输出的变化量ΔY与输入的变化量ΔX的比值。

即为传感器灵敏度。

S=dy/dx=ΔY/ΔX3. 压电效应——某些电介质，当沿着一定的方向对它施加力而使它产生变形时，内部就会产生极化现象，同时在它的两个表面上将产生符号相反的电荷。

当外力去掉后，它又重新恢复到不带电的状态，这种现象被称为压电效应。

4. 动态误差——在被测量随时间变化过程中进行测量时所产生的附加误差称为动态误差。

5. 传感器——是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的，便于应用的某种物理量的测量装置。

二、填空题（每小题2分，共20分)1. 滚珠丝杆中滚珠的循环方式：（内循环）和（外循环）。

2. 机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括（性能指标），（系统功能），（使用条件）。

3. 顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统，顺序控制器通常用（PLC）。

4. 某光栅的条纹密度是50条/mm，光栅条纹间的夹角θ=0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是（20mm）。

5. 连续路径控制类中为了控制工具沿任意直线或曲线运动，必须同时控制每一个轴的（位置和速度），使它们同步协调到达目标点。

6. 某4极交流感应电机，电源频率为50Hz，转速为1470r/min，则转差率为（0.02）。

7. 齿轮传动的总等效惯量与传动级数（增加而减小）。

8. 累计式定时器工作时有（2）。

9. 复合控制器必定具有（前馈控制器）。

10. 钻孔、点焊通常选用（简单的直线运动控制）类型。

三、选择题（每小题2分，共10分）1. 一般说来，如果增大幅值穿越频率ωc的数值，则动态性能指标中的调整时间ts（）A. 产大B. 减小C. 不变D. 不定2. 加速度传感器的基本力学模型是（）A. 阻尼—质量系统B. 弹簧—质量系统C. 弹簧—阻尼系统D. 弹簧系统3. 齿轮传动的总等效惯量与传动级数（）A. 有关B. 无关C. 在一定级数内有关D. 在一定级数内无关4. 顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统，顺序控制器通常用（）A. 单片机B. 2051C. PLCD. DSP5、伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和检测环节等个五部分。

题目：1．滚珠丝杆机构不能自锁。

（）选项A：对选项B：错答案：对题目：2．滚珠丝杠副的轴向间隙是承载时在滚珠与滚道型面接触点的弹性变形所引起的螺母位移量和螺母原有间隙的总和。

（）选项A：对选项B：错答案：对题目：1．滚珠丝杠副结构外循环方式不包含（）。

选项A：外循环螺旋槽式选项B：外循环插管式选项C：内、外双循环选项D：外循环端盖式答案：内、外双循环题目：2．机电一体化系统的支承部件主要有旋转支承部件和移动支承部件，下面（）为机电一体化系统的旋转支承部件。

选项A：导轨选项B：空心圆锥滚子轴承选项C：滑座选项D：低精度滚动轴承答案：空心圆锥滚子轴承题目：1.传感器一般由敏感元件、转换元件和基本转换电路三部分组成。

（）选项A：对选项B：错答案：对题目：2. 感应同步器是一种应用电磁感应原理制造的高精度检测元件，有直线和圆盘式两种，分别用作检测直线位移和转角。

（）选项A：对选项B：错答案：对题目：1.传感器一般由（）部分组成。

选项A：驱动电路选项B：敏感元件选项C：转换元件选项D：基本转换电路答案：敏感元件, 转换元件, 基本转换电路题目：2.传感器测量电路主要包括（）几种类型。

选项A：模拟测量电路选项B：开关型测量电路选项C：数字式测量电路选项D：脉冲型测量电路答案：模拟测量电路, 数字式测量电路, 开关型测量电路题目：3.一般位移传感器主要有（）。

选项A：电感传感器选项B：光栅传感器选项C：CO2传感器选项D：电容传感器答案：电感传感器, 电容传感器, 光栅传感器题目：4.传感器类型选择时考虑（）因素。

选项A：灵敏度与精度选项B：成本低选项C：测量对象与测量环境选项D：频率响应特性与线性范围答案：测量对象与测量环境, 灵敏度与精度, 频率响应特性与线性范围题目：1.直流伺服电动机在一定电磁转矩T（或负载转矩）下的稳态转速n 随电枢的控制电压Ua 变化而变化的规律，称为直流伺服电动机的调节特性。

选项A：对选项B：错答案：对题目：2.直流伺服电动机调节特性曲线的斜率K 反映了电动机的转速n 随控制电压Ua 的变化而变化快慢的关系，其值大小与负载大小有关。

江苏开放大学
形成性考核作业学号
姓名
课程代码
课程名称机电设备电气控制评阅教师
第 5 次任务
共 5 次任务
得分评卷人设计题（以下3题任选2题完成，每题50分，共100分）
【上传电路图文件每张图容量须小于200K】
1、设计一个控制电路，三台异步电动机起动时，M1先起动，经过15S后，M2自行起动，运行15S后，M1停止并同时使M3自行起动，再运行15S后，电动机全部停止。

答：
2、设计一小车运行的控制电路，小车由异步电动机拖动，其动作顺序如下：
（1）小车由原位开始前进，到终端后自动停止。

（2）在终端停留2min后自动返回原位停上。

（3）要求在前进或后退途中任意位置都能停止或再次起动。

答：
3、某机床主轴由一台笼型电动机拖动，润滑油泵由另一台笼型电动机拖动，均采用直接启动，工艺要求：主轴必须在油泵开动后，才能启动；主轴正常为正向运转，但为调试方便，要求能正、反向点动；主轴停止后，才允许油泵停止；有短路、过载及失压保护。

试设计主电路及控制电路。

答：
完成日期：
得分：
评阅时间：
课程名称：机电设备电气控制第 5 次任务
作业评语：
评阅教师：。

目录一、仿真实验目的和要求 (3)二、仿真实验内容 (3)三、仿真步骤与结果分析 (4)1. 各个模块功能介绍 (4)（1）速度给定模块 (4)（2）转矩给定模块 (5)（3）速度控制模块 (7)（4）电流控制模块 (8)（5）PWM波生成模块 (11)（6）滤波模块 (13)（7）测量模块 (15)（8）直流电机模块 (16)2. 仿真结果分析 (19)（1）恒转速、恒转矩输入 (19)（2）恒转速、阶跃转矩输入 (20)（3）阶跃转速、恒转矩输入 (21)（4）阶跃转速、阶跃转矩 (22)（5）增大给定转速 (22)（6）减小给定转速 (23)（7）增大给定转矩 (23)（8）减小给定转矩 (24)3. 转速PI调节器参数对电机运行性能的影响 (25)（1）增大比例系数Kp (25)（2）减小比例系数Kp (25)（3）增大积分系数Ki (26)（4）减小积分系数Ki (27)4. 电流调节器改用PI调节器仿真 (27)5. 加入位置闭环控制 (31)6. 速度无超调 (34)四、实验心得、体会 (35)电机控制大作业：直流电机双闭环控制调速系统一、仿真实验目的和要求1.加深对直流电机双闭环PWM调速模型的理解2.学会利用MATLAB中的SIMULINK工具进行建模仿真3.掌握PI调节器的使用，分析其参数对电机运行性能的影响。

二、仿真实验内容图1 直流电机双闭环控制调速系统原理图实验电路图如上图所示，实验要求（*为必做实验）：1.描述每个模块的功能（*）2.仿真结果分析：包括速度改变、转矩改变下的电机运行性能，并解释响应现象（*）3.转速PI调节器参数对电机运行性能的影响（*）4.电流调节器改用PI调节器（*）5.加入位置闭环6.速度无超调三、仿真步骤与结果分析1.各个模块功能介绍（1）速度给定模块图2 速度给定模块原理图速度给定模块通过一个单刀双掷开关控制，分为两种方式：一种为恒速度给定，一种为阶跃速度给定。

电气控制与PLC应用大作业院系：机械工程学院班级：姓名：任课教师：完成时间：2013/12/18一、运料小车延时自动往复行程控制控制要求：运料小车起动后自动在a、b两地之间往复运行。

运行到b地装货20秒，运行到a地卸货15秒。

小车可在a、b两地之间任意处起动或停车，并可向任意方向运行。

控制电路设计要求如下：（1）、设计出完整的电气原理图和继电器接触控制线路图；（2）、设计出采用S7-200实现的PLC控制程序。

设计方案如下：1、电气控制原理图2、PLC控制接线图如下3、PLC的输入/输出点分配图如下：4、PLC控制梯形图二、三台三相异步电动机 M1、M2、M3，控制要求如下：（1）、按下启动按钮SB1时，电动机M1先启动，过10s后M2启动，再过10s后M3启动；（2)、按下停止按钮SB2时，电动机M3先停止，过10s后M2停止，再过10s后M1停止；设计方案如下：1、电气控制原理图2、PLC控制电路接线图3、PLC的I/O分配表4、梯形图三、通过编程实现跑马灯程序。

当I0.0输入高电平时，输出指示灯从Q0.0至Q0.7依次循环点亮；各指示灯点亮的间隔均为1.5s设计方案如下：1、PLC控制电路接线图2、PLC的I/O分配表3、梯形图四、三相异步电动机Y—Δ降压启动控制题目：（1）、设计出完整的电气原理图和继电器接触器控制线路图；（2）、设计出采用循环顺序方式实现的S7—200控制程序；设计方案如下：1、电气控制原理图2、PLC控制电路接线图3、PLC的I/O分配表4、循环顺序控制状态流程示意图5、梯形图五、某液压系统的控制要求如下所示（1）、试按逻辑设计法设计及其电器控制线路（2）、试编制采用S7-200PLC实现系统控制的程序要求全自动运行，每次工作循环之间停留时间为5S设计方案如下：1、根据上述动作状态图可画出逻辑关系图2、上图中运算原件的逻辑式如下KM1=(SB1*KM3+KM1)*SQ2KM2=(SQ1+KM2)SQ5*KM3=(SQ1+KM2)*(SQ5+KM3)KM3=(SQ2*SQ3+KM3)*SQ4 YA1=KM1 YA2=KM2 YA3=KM3 3、根据逻辑式画出电器原理图4、PLC控制电路接线图5、、PLC的I/O分配表6、梯形图。

《机电传动控制》大作业（2小时）
一、有一生产机械的实际负载转矩曲线如图一所示，生产机械要求的转速n N ＝1450r/min ，ηc=0.92。

1.试选一台容量合适的交流电动机来拖动此生产机械。

（10分）
2.假设该电机采用反馈/反接/能耗制动，设计其制动控制电路原理图，并绘制机械特性图说明其制动过程（15分）。

二、设计CA6140车床的继电器接触器控制系统（50分）
/设计......和....功能的继电器接触器控制系统
1．设计其电气原理图（10分）
2. 列出电器元件表(5分)
3．设计主盘电器安装位置图及操作面板电气安装位置图（5分）
4．绘制电气安装底板的电气接线图（10分）
5．绘制操作面板的电气接线图（10分）
6. 绘制电气安装互连图（5分）；
7．列出管内敷线明细表（5分）；
三、有一传送带，要求在左位停留20s，进行人工装料；然后右行；在右位停留25s，实现人工卸料。

要求用按钮分别启动左行或者右行，然后自动循环；按停止按钮则系统停止。

试用PLC设计其控制系统，并请辅以必要的文字说明。

（总25分）
1．设计主电路图（5分）
2．拟定输入输出器件，进行PLC型号选择（5分）；
3. 进行端口分配，绘制PLC接线图（5分）
4. 绘制梯形图（10分）；。

《机电控制系统分析与设计》课程大作业之一基于MATLAB 的直流电机 双闭环调速系统的设计与仿真1. 设置该大作业的目的在转速闭环直流调速系统中，只有电流截止负反馈环节对电枢电流加以保护，缺少对电枢电流的精确控制，也就无法充分发挥直流伺服电动机的过载能力，因而也就达不到调速系统的快速起动和制动的效果。

通过在转速闭环直流调速系统的基础上增加电流闭环，即按照快速起动和制动的要求，实现对电枢电流的精确控制，实质上是在起动或制动过程的主要阶段，实现一种以电动机最大电磁力矩输出能力进行启动或制动的过程。

此外，通过完成本大作业题目，让学生体会反馈校正方法所具有的独特优点：改造受控对象的固有特性，使其满足更高的动态品质指标。

2. 大作业具体内容设一转速、电流双闭环直流调速系统，采用双极式H 桥PWM 方式驱动，已知电动机参数为：额定功率200W ； 额定转速48V ； 额定电流4A ； 额定转速=500r/min ； 电枢回路总电阻8=R Ω； 允许电流过载倍数λ=2； 电势系数=e C 0.04Vmin/r ； 电磁时间常数=L T 0.008s ； 机电时间常数=m T 0.5；电流反馈滤波时间常数=oi T 0.2ms ； 转速反馈滤波时间常数=on T 1ms ；要求转速调节器和电流调节器的最大输入电压==**im nmU U 10V ； 两调节器的输出限幅电压为10V ；PWM 功率变换器的开关频率=f 10kHz ； 放大倍数=s K 4.8。

试对该系统进行动态参数设计，设计指标： 稳态无静差； 电流超调量≤i σ5%；空载起动到额定转速时的转速超调量σ≤ 25%； 过渡过程时间=s t 0.5 s 。

3. 设计计算1. 计算电流和转速反馈系数；根据双闭环系统静特性曲线可以看出，双闭环调速系统在稳态工作时，两个调节器都不饱和，其中各变量之间满足：*0n n U U n n αα=== *i i d dL U U I I ββ===所以可得：转速反馈系数：max 100.02(min/)500nm nm nom U U V r n n α**==== 电流反馈系数：m 101.25(/)I 24im im ax nom U U V A I βλ**====⨯ 2. 按工程设计法，详细写出电流环的动态校正过程和设计结果；电流环的结构如图1a （图148页）所示，对于反电动势E ，由于其对于电流环只是一个缓慢变化的扰动作用，所以在设计电流环时先暂时将反电动势的交叉反馈断开，不考虑其作用。

学习中心/函授站_姓名学号西安电子科技大学网络与继续教育学院2020 学年下学期《机电一体化原理与应用》期末考试试题（综合大作业）考试说明：1、大作业试题于2020 年10 月15 日公布：（1）毕业班学生于2020 年10 月15 日至2020 年11 月1 日在线上传大作业答卷；（2）非毕业班学生于2020 年10 月22 日至2020 年11 月8 日在线上传大作业答卷；（3）上传时一张图片对应一张A4 纸答题纸，要求拍照清晰、上传完整；2、考试必须独立完成，如发现抄袭、雷同均按零分计；3、答案须用《西安电子科技大学网络与继续教育学院标准答题纸》手写完成，要求字迹工整、卷面干净。

一、单项选择题（每小题2 分，合计20 分）1、步进电动机，又称电脉冲马达，是通过（B ）决定转角位移的一种伺服电动机。

A．脉冲的宽度B．脉冲的数量C．脉冲的相位D．脉冲的占空比2、PD 称为（B）控制算法。

A．比例B．比例微分C．比例积分D．比例积分微分3、加速度传感器的基本力学模型是（A ）。

A．阻尼—质量系统B．弹簧—质量系统C．弹簧—阻尼系统D．弹簧系统4、在数控系统中，复杂连续轨迹通常采用（A）方法实现。

A．插补B．切割C．画线D．自动5、对于交流感应电动机，其转差率s 的范围为（B ）。

A．1<s<2 B．0<s<1 C．-1<s<1 D．-1<s<06、抑制干扰的措施很多，主要包括（A ）。

A．屏蔽B．隔离C．滤波D．接地和软件处理等方法7、机电一体化的高性能化一般包含（a b c d ）。

A．高速化B．高精度C．高效率D．高可靠性8、一般说来，如果增大幅值穿越频率ωc 的数值，则动态性能指标中的调整时间ts（B ）。

A．变大B．减小C．不变D．不定9、齿轮传动的总等效惯量与传动级数（C ）。

A．有关B．无关C．在一定级数内有关D．在一定级数内无关10、伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节、（C ）等个五部分。

2015 年秋季学期本科生课程考核（读书报告、研究报告）考核科目:机电一体化系统设计学生所在院（系）:机电工程学院学生所在专业:机械设计制造及自动化学生姓名:学号:考核结果阅卷人智能控制技术在机电一体化系统中的应用综述摘要：智能控制技术是研究复杂的不确定性被控对象（或过程）的问题。

它采用人工智能的方法有效地克服系统的不确定性，使系统从无序到有序状态转移的方法及其规律。

20世纪20年代，在建立了以频域法为主的经典控制理论的基础上,智能控制技术逐步发展。

随着信息技术的进步，许多新方法和新技术进入工程化、产品化阶段。

这对自动控制理论技术提出了新的挑战,促进了智能理论在控制技术中的应用。

关键字：智能控制、模糊控制、专家控制、神经网络、遗传算法1、智能控制技术的概念智能控制：intelligentcontrols，在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。

智能控制的定义一：智能控制是由智能机器自主地实现其目标的过程。

而智能机器则定义为在结构化或非结构化的，熟悉的或陌生的环境中，自主地或与3 人交互地执行人类规定的任务的一种机器。

定义二：K.J.奥斯托罗姆则认为，把人类具有的直觉推理和试凑法等智能加以形式化或机器模拟并用于控制系统的分析与设计中，以期在一定程度上实现控制系统的智能化，这就是智能控制。

他还认为自调节控制，自适应控制就是智能控制的低级体现。

定义三：智能控制是一类无需人的干预就能够自主地驱动智能机器实现其目标的自动控制，也是用计算机模拟人类智能的一个重要领域。

定义四：智能控制实际只是研究与模拟人类智能活动及其控制与信息传递过程的规律，研制具有仿人智能的工程控制与信息处理系统的一个新兴分支学科。

1966年J.M.Medal首先提出将人工智能应用于飞船控制系统的设计；1971年傅京逊首次提出智能控制这一概念，并归纳了三中类型的智能控制系统：（1）人作为控制器的控制系统，具有自学习性，自组织性，自适应性功能。