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1.某调速系统的转速降为10r/min，试求转速在1000 r/min、100 r/min、10 r/min所占的百分比，并说明电机的工作状态。
只占1% 高速转动只占10% 中速运转占100% 电动机停转2.某调速系统额定转速n ed=1430r/min，额定速降为∆n ed=115r/min。
当要求静差率s≤30%、s≤20%时，试求允许的调速范围。
解：若要求s≤30%，则调速范围若要求s≤20%3.某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机：P ed=60KW，U ed=220V，I ed=305A，n ed=1000 r/min，要求D=20，s≤5%。
采用晶闸管电动机系统，已知主回路总电阻R=0.18Ω，电动机C e=0.2V.min/r。
试问：①当电流连续时，在额定负载下的转速降为多少？②开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率为多少？③如果满足D=20，s≤5%的要求，额定转速时的静差率应该时多少？①②5%的要求。
③4.已知条件如上题，再增加两个条件：晶闸管整流装置的放大系数K s=30，转速反馈系数α=0.015V.min/r。
试求满足闭环系统指标D=20，s≤5%，∆n cl≤2.63r/min所要求的放大倍数K。
解：因为所以465.已知单闭环转速负反馈系统，R=1.0Ω，K s=44，C e=0.1925V.min/r，根据稳态性能指标D=10，s≤5%计算，系统的开环放大倍数K≥53.3。
试分析系统能否稳定。
解：已知系统运动部分的飞轮力矩2210m N GD ∙=，按保证电流dmon d I I %10min =时电流连续的条，取H mH L 017.017==。
计算系统各时间常数：s T s 00167.0= （三相桥式）不稳定6. 有一晶闸管直流电动机系统，电动机参数为P ed =2.5KW ，U ed =220V ，I ed =15A ，n ed =1500 r/min ，R a =2Ω，整流装置内阻R s =1Ω，放大系数K s =30，要求D=20，s ≤10%。
指导教师评定成绩：审定成绩：重庆邮电大学自动化学院自动控制原理课程设计报告设计题目：龙门刨床速度控制系统单位（二级学院）：学生姓名：专业：班级：学号：指导教师：设计时间：重庆邮电大学自动化学院制目录一、设计题目 (2)二、设计报告正文 (3)（一）、摘要 (3)（二）、关键字 (3)（三）、报告内容 (4)I，龙门刨床的工作原理 (4)II，各部分的原理及传递函数 (6)III、系统的时域分析和频域分析 (10)(四)、系统校正 (17)三、设计总结 (23)四、参考文献 (23)自动控制原理课程设计任务书龙门刨床速度控制系统原理如下图所示。
要求：查阅相关资料，分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。
分析系统每个环节的输入输出关系，代入相关参数求取系统传递函数。
分析系统时域性能和频域性能。
运用根轨迹法或频率法校正系统，使之满足超调量小于20%，调节时间小于1s。
摘要关键字:一、原理介绍在工业控制中，龙门刨床速度控制系统就是按照反馈控制原理进行工作的。
通常，当龙门刨床加工表面不平整的毛胚时，负载会有很大的波动，但为了保证加工精度和表面光洁度，一般不允许刨床速度变化过大，因此必须对速度进行控制。
图1-1是利用速度反馈对刨床速度进行自动控制的原理示意图。
图中，刨床主电动机SM 是电枢控制的直流电动机，其中电枢电压由晶闸管整流装置KZ 控制，并通过调节触发器CF 的控制电压k u ，来改变电动机的电枢电压，从而改变电动机的速度（被控制量）。
测速发电机TG 是测量元件，用来测量刨床速度并给出与速度成正比的电压t u 。
然后，将t u 反馈到输入端并与给顶电压0u 反向串联便得到偏差电压u =0u -t u 。
在这里，0u 是根据刨床工作情况预先设置的速度给定电压，它与反馈电压t u 相减便形成偏差电压，因此t u 是负反馈电压。
一般，偏差电压比较微弱，需经放大器FD 放大后才能作为触发器的控制电压。
基于PLC的龙门刨床工作台多段速控制系统设计德州职业技术学院 王玉梅【摘要】因为生产工艺，生产效率和生产质量等方面的要求，许多生产机械要求在不同的工作阶段电动机运行在不同的转速，由于变频调速技术的迅速，多数生产机械可以通过变频器实现多段速的运行控制，还可以通过PLC对每段速度的运行时间进行设置，实现多段速运行的自动控制。
【关键词】PLC；变频器；龙门刨床龙门刨床的工作台的运行是自动往复运行控制，在工作台前进阶段加工工件，在工作台返回阶段，不加工工件，为了提高生产效率，要求工作台在前进和后退的控制过程中实现多段速运行控制。
本文通过西门子PLC 控制MM440变频器实现基于PLC 的龙门刨床工作台多段速控制方案。
1.工作台控制系统要求一龙门刨床由一台三相异步电动机拖动的工作台自动往复进给控制，刨床工作台停在上限位开关SQ1和左限位开关SQ2位的原点位置。
工作台工作时按下启动按钮，按照图1所示多段速度工作运行，开始工作台以20HZ 的速度前进运行5S ，加速到50HZ 前进运行20S ，减速到20HZ 前进运行20S ；然后减速0HZ 运行6S ；然后反向加速到50HZ 运行15S ，完成一个往返周期，自动进入下一个运行周期[1]。
2.I/0分配表根据上述龙门刨床工作台多段速度的控制系统要求，确定西门子PLC 的I/O 点数，分配I/O 地址具体如表1所示。
表1 I/0分配表输入输出输入端子输入元件作用输出端子输出元件作用I0.0SQ1上限控制Q0.15端子速度1I0.1SQ2左限控制Q0.26端子速度2I0.2SB1启动Q0.3７端子速度3I0.3SB2停止Q0.4HＬ图1 工作台运行速度图图2 龙门刨台三段速控制电路3.硬线电路根据I /0分配表，画出龙门刨床工作台多段速控制电路图如图2所示，用按钮SB1、SB2实现电动的启动和停止控制；左限位和上限位分别通过SQ1、SQ2实现；PLC 的输出端Q0.1、Q0.2、Q0.3分别接速度选择端子5、6、7，实现三段速度的控制；Q0.1实现指示灯HL 的控制。
PLC改造B2012A型龙门刨床控制系统1.改造意义本题的改造目标为利用可编程控制器及变频器实现对龙门刨床的自动控制和平滑调速,消除换向冲击,提高工作效率,减少噪声,取缔原控制系统,从而达到既经济又快捷地运行龙门刨床的目的.而使龙门刨床复杂的电气控制系统变的简单,清晰明了,使龙门刨床处于最佳的工作状态.龙门刨床如控制和使用得当,不仅能提高效率,节约成本,还可大大延长使用寿命.龙门刨床主要分为机械和电气控制两大组成部分,机械部分相对比较稳定,而使龙门刨床运行在最优状态主要取决于电气控制系统控制方式.在传统龙门刨床中,其机械部分刚性好,精度较高,一般其基本性能可达到现代同类机械的水平,但控制和驱动部分则显得不同程度的老化,对老式龙门刨床的改造有很大的实际意义.2.工艺要求本课题的工艺要求为:(1)取消电机扩大机、发电机,以减少噪声,克服诸多控制缺陷.(2)工作台能实现自动循环工作和点动,可实时精确调节工作台速度,平稳换向,并有自动和点动工作时的极限保护.(3)垂直刀架可方便地在水平和垂直两个方向快速移动和进刀,并能进行快速移动和自动进给的切换.(4)左右侧刀架可在上、下方向快速移动和进刀,能进行快移/自动切换.并有左右侧刀架限位开关,防止其向上移动时与横梁碰撞.(5)横梁可方便地上下移动和夹紧放松,加紧程度可调;横梁下降时有回升延时,延时时间可调.(6)润滑泵有连续/自动切换开关,系统一得电,油泵即上油,至一定压力时,油压继电器触点闭合,为工作台工作做准备.(7)有保护环节控制,保证工作台停在后退末了,以免切削过程中发生故障而突然停车造成刀具损坏和影响加工工件表面的光洁度.(8)各回路均有自动空气断路器作短路保护和过载保护.3.工作原理B2012A型龙门刨床接触器--继电器控制电路原理:(1)主拖动机组的启动和停止按主拖动机组的启动按钮SB2后,接触器KM1和KMY吸上.时间继电器KT2线圈得电,经延时它的触点动作.接触器KM1的常开触点(703-705)闭合,实现自保.同时KMY 的常闭触点(702-706)断开KM2与KM△线圈通路,接触器KMY在主拖动机组定子侧的三个常开触点闭合,使主拖动机组接成Y并启动.随着主拖动机组的启动,发电机G和励磁机GE也被拖动运转.当GE输出电压达到正常数值时,直流时间继电器KT1吸上,它的断电延时闭合的常闭触点(705-717)打开,断电延时打开的常开触点(723-725)闭合.由于时间继电器KT2延时时间尚未结束,它的触点(705-717)尚未断开,所以尽管KT1的触点(705-717)已打开,接触器KMY扔维持吸上状态,主拖动机组扔按星形连接运行.当时间继电器KT2的延时结束时,它的通电延时断开的常闭触点(705-717)断开,接触器KMY断电释放,同时KT2的通电延时闭合的常开触点(705-723)和已经闭合的KT1的触点(723-725)共同使接触器KM2通电吸上.KM2有两个常开触点闭合,一个实现自保(705-725),另一个(717-721)为接触器KM△通电做好准备.KM2的两个常闭触点断开,一个(717-719)使KMY彻底失电,另一个KM2的常闭触点(31-51)使KT1线圈失电,在这里KT1是负责Y与△切换的间隔时间,经过整定延时后,KT1的触点(705-717)闭合,触点(723-725)打开.这时KM△线圈得电吸合,KM△在主拖动机组定子侧的三个常开触点闭合,使主拖动机组被连接成三角形运转,同时KM△的常闭触点(702-704)断开KT2与KMY的线圈通路,到此主拖动机组启动完毕.当按下主拖动机组的停止按钮SB1时,接触器KM1、KM△和KM2均断电释放,主拖动机组的电源被切断机床停止工作.(2)工作台的“步进”、“步退”当主拖动机组启动完毕后，接触器KM△的常开触点（101－103）闭合，按工作台“步进”按钮SB8,继电器KA3通电吸合，KA3的常开触点（1－3）闭合，断电延时继电器KT3吸合，KT3的延时闭合的常闭触点（41－270）与（280－281）断开，断开了电机放大机的欠补偿回路和发电机的自消磁回路，同时KT3的延时断开的常开触点（1－201）与（2－204）闭合，使电机放大机控制绕组WC3中加入给定电压。
2、9 有一V-M 调速系统:电动机参数P N =2、2kW, U N =220V , I N =12、5A, n N =1500 r/min,电枢电阻R a =1、5Ω,电枢回路电抗器电阻RL=0、8Ω,整流装置内阻R rec =1、0Ω,触发整流环节的放大倍数K s =35。
要求系统满足调速范围D=20,静差率S<=10%。
(1)计算开环系统的静态速降Δn op 与调速要求所允许的闭环静态速降Δn cl 。
(2)采用转速负反馈组成闭环系统,试画出系统的原理图与静态结构图。
(3)调整该系统参数,使当U n *=15V 时,I d =I N ,n=n N ,则转速负反馈系数 α应该就是多少？ (4)计算放大器所需的放大倍数。
解:(1)()()/22012.5 1.5/1500201.25/15000.134min/N N a ee n U I R C C V r=-⨯⇒=-⨯==()//12.5 3.3/0.134307.836/minN N eop N e n U I R C n I R C r ∑∑=-⨯⇒∆=⨯=⨯=()()/1150010%/20*90%8.33/min N N n n s D s r ∆=-=⨯=（）所以,min/33.8r n cl =∆(2)(3)(4)()()()()[]()()[]K C R I K KU K C R I U K K ne d n e d n s p +-+=+-=**1/1/1/α()/1307.836/8.33135.955op cl K n n =∆∆-=-=()()()150035.95515/135.95512.5 3.3/0.134135.955α⎡⎤=⎡⨯+⎤-⨯+⎣⎦⎣⎦r V min/0096.0=⇒α可以求得,*35.955*0.13414.34*35*0.0096e p s K C K K α===也可以用粗略算法:n U U n nα=≈*,01.0150015*===n U n α/p e s K KC K α=,()35.9550.134/350.0113.76p K =⨯⨯=2、4 直流电动机为P N =74kW,UN=220V ,I N =378A,n N =1430r/min,Ra=0、023Ω。
$《电力拖动自动控制系统—运动控制系统》习题2-2 调速系统的调速范围是 1000~100r/min ，要求静差率 s=2%，那么系统允许的稳态速降是 多少解：系统允许的稳态速降sn 0 02 × *100 ∆ n = = = 2 !04(r min ) ( 1 − s ： )( 1 − 0 02)2-5 某龙门刨床工作台采用晶闸管整流器-电动机调速系统。
已知直流电动机 = `60kW ，P U = 220 V，，I = 305 A ， n = 1000 r 、 min ， 主 电 路 总 电 阻 R = 0 18Ω ， C & =0 2 V • min r ，求：—（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落∆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 s 多少 （3）额定负载下的转速降落 ∆n 为多少，才能满足 D = 20, s ≤ 5% 的要求。
[解：（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落I R 305 × 0 18 ~∆ n = = = 274 5( r ^ min )C 0 2 （2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率 |∆ n 274 5 s = = < ≈ 0 215 = 21 5% n — + ∆ n 1000 + 274 5 ^ （3）额定负载下满足 D = 20, s ≤ 5%`要求的转速降落n s 1000 × 0 05 &∆ n = = ≈ 2 63 ( 《rmin ) D ( 1 − 《 s ) 20 × ( 1 − 0@ 05)2-6 有一晶闸管稳压电源，其稳态结构如图所示，已知给定电压 U = 8 8 V \ ,比例调节放大系数 K = 2, 晶闸管装置放大系数 K ：=15, 反馈系数 γ = 0 7 。
求： @（1）输出电压 U ；（2）若把反馈线断开， U 为何值开环时的输出电压是闭环时的多少倍 | （3）若把反馈系数减至 γ = 5 U应为多少 ） 解：（1）输出电压K K 2 × 15! U = U = × 8 8 、=12( V ) ； 1 》 + K K γ 1 + 2 × ; 15 × 0 7（2）若把反馈线断开， ! U = K K U = 2 × 。
运动控制系统课程设计学院：专业班级：学号姓名：目录第一章课程设计任务及要求 (1)1.1 设计目的 (1)1.2 设计内容 (1)1.3 设计题目及要求 (1)第二章龙门刨床电气控制系统设计方案论述 (3)2.1 引言 (3)2.2 直流电动机调速方法 (3)2.3 开环直流调速系统 (4)2.4 开环直流调速系统 (4)2.5 直流双闭环调速系统 (5)2.5.1 系统静特性 (6)2.5.2 系统动态特性 (7)2.5.3 模拟式双闭环直流调速系统 (9)2.5.4 数字式双闭环直流调速系统 (9)2.5.5 数模混合控制系统 (10)第三章直流双闭环调速系统设计 (12)3.1 系统总体概述 (12)3.2主电路设计 (14)3.2.1整流变压器的选择 (15)3.2.2整流电路晶闸管的选择 (16)3.2.3整流晶闸管的保护 (16)3.2.4电流互感器的选择 (17)3.2.5平波电抗器的选择 (17)3.2.6其他保护电路选择及其作用 (17)3.3 速度环和电流环设计 (18)3.3.1 直流双闭环系统设计方法 (18)3.3.2 电流调节器的设计 (21)3.3.3 速度调节器的设计 (23)3.4 系统其他功能单元分析 (25)3.4.1 给定单元GJ (25)3.4.2 逻辑控制器DLC (26)3.4.3 零电流检测单元DPT和转矩极性单元DPZ (26)3.4.4 零速封锁单元DZS (26)3.4.5 反号器AR (26)3.4.6 电流变换及电流反馈BC (26)3.4.7 晶闸管触发单元CT和脉冲放大电路MT三相移相触发器 (27)第四章系统实验调试 (28)4.1 系统实验调试概述 (28)4.2 触发器的整定 (29)4.3 系统的开环运行及特性测试 (29)4.4 系统各单元的调试 (30)第五章总结与展望 (33)5.1 调试心得体会 (33)5.2 设计调试结论 (34)5.3 电力拖动自动控制系统展望 (34)附录 (35)附录一：各种整流电路的失控时间 (35)附录二：龙门刨床双闭环直流调速系统原理图 (35)参考文献 (36)第一章课程设计任务及要求1.1 设计目的运动控制系统是自动化专业的主干专业课，具有很强的系统性、实践性和工程背景，运动控制系统课程设计的目的在于培养学生综合运用运动控制系统的知识和理论分析解决运动控制系统设计问题，使学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法，提高学生调查研究、查阅文献及正确使用技术资料、标准、手册等工具书的能力，理解分析、制定设计方案的能力，设计计算和绘图能力，实验研究及系统调试能力，编写设计说明书的能力。
PLC控制变频调速龙门刨床系统设计作者：王聪来源：《文化产业》2014年第09期摘要：龙门刨床是机械工业的主要工作母机，是自动化程度较高，电气控制线路比较复杂的大型设备，而在实际生产中，龙门刨床存在精度较低，调速性差，生产效率低等问题。
通过了解变频调速的基本原理，介绍了变频器接口电路的设计方法和变频器参数的设置方法，讲述了变频调速在龙门刨床改造中所起到的重要作用。
同时也讲述了多功能输入输出点的功能设置，频率参数设置及其他参数设置。
关键词：龙门刨床；变频器；可编程控制器；故障诊断；文章编号：1674-3520（2014）-09-00-02一、绪论（一）概述龙门刨床是一种广泛使用的金属切削加工机床，是许多大型企业不可缺少的设备。
龙门刨床的电气系统由主拖动和控制系统两部份组成。
主拖动系统可以概括为 4 类：JF-D 调速系统、晶闸管-直流电动机（SCR-D）模拟直流调速系统、全数字直流调速系统和交流变频调速系统。
控制系统有继电器逻辑控制系统或继电器与 PLC 结合的控制系统。
（二）龙门刨床的运动龙门刨床的运动可分为主运动、进给运动及辅助运动，主运动是指工作台连续重复往返运动，进给运动是指刀架的进给，辅助运动是为了调整刀具而设置的。
PLC 作为主控制器是整个系统的核心部件，它通过输入接收来自按钮操作站和转换开关的操作信号，变频器的状态及其它设备的状态信息，将这些信号经PLC 内部的用户程序运算，根据运算结果通过输出点，控制变频器完成主拖动，同时控制各交流电动机的接触器完成辅助拖动。
（三）龙门刨床的电气系统存在下列问题：1.调速系统占地面积大，噪音大；2.耗电量大，效率低；3.惯性大，调速系统动态及静态性能均不理想。
上世纪 80 年代初，许多企业对龙门刨床进行电气改造时，用晶闸管-直流电动机（SCR-D）模拟直流调速系统取代 JF-D 调速系统。
代表产品是 1980 年襄樊机床厂设计的 SCR 模拟直流调速系统。
第XXX章A系列龙门刨床电气控制线路概述龙门刨床是一种大型加工机床，主要用于加工大型或重型零部件上的各种平面、沟槽以及各种导轨面等，也可对中小型零部件成批加工。
外观如图1所示。
A系列龙门刨床有B1010A、B1012A、B1016A、B2010A、B2012A、B2016A等六种。
还有一种轻型（Q）刨床，其电气设备与A系列基本相同，只是机械结构方面作了一些简化，Q型有B2012Q、B2020Q等。
型号中： B 表示刨床图1 外观实物第一个数字1表示单臂，2表示双臂。
第二个数字0表示基型，1表示刨铣床等。
第三、四个数字，表示最大刨削宽度的1/100毫米。
如10代表10×100=1000毫米=1米。
A表示第一次改型设计，Q表示轻型。
一、龙门刨床的主要结构及运动形式：龙门刨床主要由床身、左立柱、右立柱、顶梁、横梁、工作台、左侧刀架、右侧刀架、垂直刀架等部分组成。
如图1所示。
龙门刨床的运动可分为主运动、进给运动及辅助运动。
主运动是指工作台连续重复往返运动，进给运动是指刀架的进给，辅助运动是指刀具的调整（如横梁的升降、夹紧放松、刀架的快速移动、抬刀等）。
二、龙门刨床主运动特点：为满足工件加工工艺的要求，龙门刨床的工作台应调速范围宽、速度稳定、响应快、减速迅速、制动快而稳，因而电气控制复杂。
龙门刨床电气设备的主拖动方式有：皮带拖动、电磁离合器拖动、直流发电机组拖动、晶闸管拖动系统、液压拖动系统等。
在我国生产的刨床主拖动方式主要有两种，1米左右的工作台刨床采用皮带传动，而1米以上的刨床采用直流发电机-电动机组拖动（G—M拖动）。
直流发电机-电动机组拖动（G—M）的调速系统是靠改变直流发电机与直流电动机的磁通量来调节速度的，所以它必须装备合适的励磁调节装置来改善系统的性能，作为励磁调节装置的有：自激放大机、电机扩大机（电机放大机）、磁放大器、晶闸管整流器等。
A系列龙门刨床主拖动系统是采用电机扩大机作为励磁调节装置的G－M系统。
龙门刨床电气控制系统设计茹亮摘要目前中国在世界上是机床消费的第一大国，并正在由制造大国向制造强国发展，数控机床是制造业的关键设备，数控维修和改造正在成为制造业的新兴产业，其产生和发展有着深刻的社会背景和经济背景。
（1）我国现有数以万计的陈旧落后的机床，这些是机床大修和数控化改造业赖以生存的现实基础之一。
（2）20世纪进口的大量二手数控设备已进入维修和改造的高峰期。
（3）机床及数控设备造价高昂，显著的经济效益是数控改造行业发展的动力，一般改造的费用仅为购置新设备费用的30%左右。
（4）通过数控改造可以进一步满足用户对设备的工艺要求以获取更大的效益。
本文目的就是对龙门刨床进行PLC改造，提高其工作的效率。
PLC作为一种新型的控制装置与传统的继电器控制系统相比具有时间响应快、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易与计算机连接、维修方便、体积小、重量轻和功耗底等诸多高品质与功能。
从而减少其维修时间，提高其工作效率。
对于电气车间龙门刨床PLC的研究和实际应用都具有非常高的价值。
关键词：龙门刨床,改造,数控化,PLCElectrical control system design of Planning machineAbstractAt present China is the world's largest machine tool consumer and is manufactured by the manufacturing power to power the development of CNC machine tools is the key to manufacturing equipment, maintenance and improvement of numerical control manufacturing is becoming an emerging industry, its emergence and development of There is a profound social background and economic background.(1) tens of thousands of China's current outdated and backward in mind the machine, these are major repairs and CNC machine tool industry in the transformation of the reality of survival one of the bases.(2) 20th century, a large number of imported second-hand CNC equipment has entered the maintenance and improvement of the peak.(3) And CNC machine tool equipment will cost a significant transformation of the economic benefits of the NC driving force for the development of the industry, the general transformation of the cost of the acquisition of new equipment only costs about 30%.(4) Through the NC can be further modified to meet user requirements for process equipment in order to obtain greater benefits.The purpose of this paper is the transformation of double-housing planer to PLC to enhance the efficiency of its work. PLC as a new type of control device with the traditional relay control systems with fast response time, reliability, and control procedures may change with technology, easy computer connectivity, easy maintenance, small size, light weight and power consumption at the end of and many other high-quality and function. So as to reduce their maintenance time and improve their work efficiency. Workshop for the electrical double-housing planer PLC research and practical applications have very high value.Key words: Gantry planer, alteration, NC, PLC目录1 绪论 (1)1.1龙门刨床简介 (1)1.1.1 龙门刨床定义 (1)1.1.2 龙门刨床的分类 (1)1.1.3 龙门刨床的工作情况 (1)1.2PLC简介 (2)1.2.1 PLC简述 (2)1.2.2 PLC定义 (2)1.2.3 PLC的发展历程 (2)1.2.4 PLC的构成 (3)1.2.5 PLC的特点 (3)1.2.6 PLC分类 (3)1.2.7 PLC应用 (4)1.3设计的提出和主要工作 (5)2 龙门刨床电气控制电路解析 (6)2.1刀架控制电路 (6)2.2横梁控制电路 (6)2.3工作台控制电路 (6)2.4龙门刨床的主回路设计及变频器的选择 (7)2.4.1 龙门刨床电力拖动系统主回路设计 (7)2.4.2 主拖动电机的选型 (8)2.4.3 变频器的选择 (8)3 控制程序设计分析及故障控制分析 (12)3.1控制程序设计分析 (12)3.1.1 工作台控制程序设计分析 (12)3.1.2 风机油泵控制程序设计分析 (12)3.1.3 横梁升降控制程序设计分析 (12)3.1.4 刀架运行控制程序设计分析 (13)3.2故障控制分析 (13)3.2.1 综述 (13)3.2.2 辅助设备常见故障及措施 (13)3.2.3 工作台常见故障及措施 (13)3.2.4 横梁常见故障及措施 (13)4 龙门刨床PLC控制系统组成 (14)4.1龙门刨床运动特点 (14)4.2PLC的类型的选定 (14)4.3工作台控制流程图与程序设计 (14)5 结论 (23)6 谢辞 (24)7 参考文献 (25)1 绪论1.1 龙门刨床简介1.1.1 龙门刨床定义龙门刨床是用来刨削大型零件（如箱体）的刨床。
指导教师评定成绩：审定成绩：重庆邮电大学自动化学院自动控制原理课程设计报告设计题目：龙门刨床速度控制系统单位（二级学院）：学生姓名：专业：班级：学号：指导教师：设计时间：重庆邮电大学自动化学院制目录一、设计题目⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.2二、设计报告正文⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.3（一）、摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3（二）、关键字⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3（三）、报告内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4I ，龙门刨床的工作原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4II ，各部分的原理及传递函数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..6III 、系统的时域分析和频域分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10（四）、系统校正⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.17三、设计总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯23四、参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯23自动控制原理课程设计任务书龙门刨床速度控制系统原理如下图所示。
要求：查阅相关资料，分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。
分析系统每个环节的输入输出关系，代入相关参数求取系统传递函数。
分析系统时域性能和频域性能。
运用根轨迹法或频率法校正系统，使之满足超调量小于20%，调节时间小于1s。
摘要关键字:一、原理介绍在工业控制中，龙门刨床速度控制系统就是按照反馈控制原理进行工作的。
通常，当龙门刨床加工表面不平整的毛胚时，负载会有很大的波动，但为了保证加工精度和表面光洁度，一般不允许刨床速度变化过大，因此必须对速度进行控制。
图1-1 是利用速度反馈对刨床速度进行自动控制的原理示意图。
图中，刨床主电动机SM 是电枢控制的直流电动机，其中电枢电压由晶闸管整流装置KZ 控制，并通过调节触发器CF 的控制电压u k ，来改变电动机的电枢电压，从而改变电动机的速度（被控制量）。
测速发电机TG 是测量元件，用来测量刨床速度并给出与速度成正比的电压u t 。
然后，将u t反馈到输入端并与给顶电压u0反向串联便得到偏差电压Vu = u0 - u t 。
在这里，u0是根据刨床工作情况预先设置的速度给定电压，它与反馈电压u t 相减便形成偏差电压，因此u t是负反馈电压。
一般，偏差电压比较微弱，需经放大器FD 放大后才能作为触发器的控制电压。
在这个系统中，被控对象是电动机，触发器和整流装置起了执行控制动作的作用，故称为执行元件。
现在具体分析以下刨床速度自动控制的过程。
当刨床正常工作时，对与某给定电压u0 ，电动机必有确定的速度给定值n 相对应，同时亦有相应的测速发电机电压u t ，以及相应的偏差电压Vu和触发器控制电压u k。
如果刨床负载变化，如增加负载，将使速度降低而偏离给定值，同时，测速发电机电压u t将相应减小，偏差电压Vu将因此增大，触发器控制电压u k 也随之增大，从而使晶闸管整流电压u a升高，逐步使速度回升到给定值附近。
这个过程可用图1-2 的一组曲线表明。
由图可见，负载M1 在T1时突增为M2 ，致使电动机速度给定值N1急剧下降。
但随着Vu和u a的增大，速度很快回升，T2 时速度便回升到N2 ，它与给定值N1 已相差无几了。
反之，如果刨床速度因减小负载致使速度上升，则各电压量反向变化，速度回落过程完全一样。
另外，如果调整给定电压u0 ，便可改变刨床工作速度。
因此，采取图1-1 的自动控制系统，既可以在不同负载下自动为此刨床速度不变，也可以根据需要自动改变刨床都督，其工作原理都是相同的。
它们都是由测量元件（测速发电机）对被控量（速度）进行检测，并将它反馈至比较电路与给定值相减而得到偏差电压（速度负反馈），经放大器放大、变换后，执行元件（触发器和晶闸管整流装置）便依据偏差电压的性质对被控量（速度）进行相应调节，从而使偏差消失或者见效到允许范围。
可见，这是一个由负反馈产生偏差，并利用偏差进行控制直到最后消除偏差的过程，这就是由负反馈控制原理，简称负反馈控制系统。
图1—1 龙门刨床速度控制原理图Mt图1— 2 龙门刨床速度自动控制过程应当指出的是，图1-1 的刨床速度控制系统是一个有静差系统。
由图1-2 的速度控制过程曲线可以看出，速度最终达到的稳态值N2 与给定速度N1之间始终有一个差值存在，这个差值是用来产生一个附加的电动机电枢电压，以补偿因增加负载而引起的速度下降。
因此，差值的存在是保证系统正常过做必需的，一般称为稳态误差。
如果从结构上加以改进，这个稳态误差是可以消除的。
图1-3 是与图1-2 对应的刨床速度控制系统方块图。
在方块图中，被控对象和控制装置的各元部件（硬件）分别用一些方块表示。
系统中感兴趣的物理量（信号），如电流、电压、温度、位置、速度、压力等，标志在信号线上，其流向用箭头表示。
用进入方块的箭头表示各元部件的输入量，用离开方块的箭头表示输出量，被控对象的输出量便是系统的输出量， 既被控量， 一般置于方块图的最右 端；系统的输入量，一般置于系统方块图的左端。
二、各部分的原理及传递函数 1、比较电路E s E 1 s E 2 s （ 2---1）放大环节的微分方程为 c （t ）=Kr （t ） ，式中， K 为常数，称放大系数或增益。
放大环节的传递函数为 G （s ） =K 。
放大环节的方框图如图所示。
在一定 的频率范围内，放大器、减速器、解调器和调制器都可以看成比例环节。
U c s K a E s在这里把触发器和晶闸管看成一个电子元件把他们的结构和传递函数看成一个 统一的整体来研究EsK aU c s2. 放大环节实物图如下：3. 触发环节和晶闸管 实物图如下：UsU d0 sKsT s s U c s 1cU c sK sUd0sT s s 1故传递函数为 :Ud0sK sU c s T s s 1由于测速发电机接有负载电阻，故测速发电机的传递函数式中， U t s 是测速发电机经分压后的输出电压； m s 为测速发电机输入角速 度，即是电机的角速度。
下图为测速发电机的方框图4.测速发电机为：U t sK t5 电机 实物图如下：电机的传递函数如下：电枢回路电压平衡方程u a(t) L a dia (t )R a i a (t) E a(2-2)dt式中E a 是电枢旋转时铲射的反电势,其大小与激磁磁通成正比,方向一样电枢电压u a(t) 相反,即E a=C e m(t),C e 是反电势系数。
电磁转矩方程M m(t) C m i a(t) (2-3)式中，C m是电机转矩系数；M m(t) 是电枢电流产生的电磁转矩。
电动机轴上的转矩平衡方程J m d m(t)f m m(t) M m(t) M c(t) (2-4)dt式中，f m是电动机和负载折合到电动机轴上的粘性摩擦系数；J m 是电动机和负载折合到电动机轴上的转动惯量。
由式(2-2)~(2-4)中校区中间变量i a(t) ，E a及M m (t ) ，便可得到以m(t)为输出量，u a(t) 为输入量的直流电动机微分方程：d 2(t) d (t)L a J m d m2(t)(L a f m R a J m)d m(t)(R a f m C m C e) m(t)a mdt2 a m a m dt a m m e mdM c(t)C m u a(t) L a c R a M c (t)dt2-5)在工程应用中，犹豫电枢电路电感L a 较小，通常忽略不计，因而式( 2-5) 可简化为T m d m(t)m(t) K m u a(t) K c M c(t) (2-6)dt式中，T m=R a J m (R a f m C m C e)是电动机的时间常数；K m=C m (R a f m C m C e)，K c=R a (R a f m C m C e)是电动机传递系数上面我们已经求的电枢控制直流电动机简化后的微分方程为：dw m tT m m w m t K1u a t K2M c t2—7) dt式中M c t 可视为负载扰动转矩。
根据线性系统的叠加原理，可分别求u a t到 w m t 和 M c t 到 w m t 的传递函数，以便研究在 u a t 和 M c t 分别作用下的 电动机转速 w m t 的性能，将他们叠加后，便是电动机转速的相应特性。
为求ms U a s ，令M c t =0，则有在初始条件下，即 w m 0 =w m ' 0 =0 时，对上式各项求拉氏变换，并令则的 s 的传递方程 Tm s 1 m s K1Ua s ，由传递函数定义，于是有下图是它的方框图Ut sK mm sT m s 1零，通过上面的公式推导我们得出了简化系统动态结构框图。
龙门刨床的动态构 简化框图如下 :dw m t dtw m tK 1u a t2—8)ms w m t ，U s au a tG m smsK 1M c s T m s 12—9)由于我们用主导零级点简化了系统的特征根方程，再加上该处认为负载转矩图1—4故该系统的开环传递函数如下：G0K p K s K mT s s 1 T m s 12—10））三、对系统稳定性的评估在这里在系统的参数如下：K p= 24 K s= 20 Km =10=0.04 T s =0.4 T m=10故把上面的参数带入上面的式子中可得开环传递函数为：G0 s76.80.4s 1 10s 13---1)可知G0 s76.84s210.4s 13---2)根据上面的式子可以得出该系统的闭环传递函数为：192024s210.4s 77.8有根据研究结果的普遍意义，可以将（（3---3）1---4）式表示为如下标准形式：3---4)=0.2948nmp iz ji 1 j 1 anm=-1.3根据上面所得的数据可以画出该系统开环传递函数的根轨迹图形见图1—5图 1— 5开环传递函数即式（ 1---2）可知两个开环极点为：s 1 =-2.1s 2 =-0.12、该系统的开环根轨迹图根轨迹突的分离点 d 为：11 d 5 d 0.173---5)d=-1.32k 1 a nmk=0, 1, 2。
3---6)3---7)该系统的零极点图如图1—6 所示：图1—63、开环函数的极坐标图该系统的极坐标图如图1—7 所示4、该系统的动态性能指标该系统的动态图如图1 —8 所示1.27165、稳态性能的分析行测定和计算。
若在时间是无穷时， 系统输出量不等于输入量或输入量的确定函 数，则存在系统误差。
稳态误差是系统控制精度或抗干扰动能力的一种度量。
1) 阶跃信号输入下的波形如图 1—9 2)斜坡信号输入下的波形如图 1—10其中：t rt d1 0.7t p3.5h t phh100%由上面算出来的n和 d4.2143t p 0.7455s图 1— 83---8)3---9)3---10)3---11)3---12)3---13)带入上面的公式中我们得出该系统的动态稳定性能为：t d =0.2735s t r =0.4437st s 3.3846sa37.94%稳态误差是描述系统稳定性能的一种性能指标， 在阶跃信号、斜坡信号作用下进图1—9图1—10因为该系统是零型系统，所以对阶跃信号来说是有差误差对单位脉冲信号和其他信号有稳态误差。
