专业技能训练 (1)

自动化专业技能训练
一：设计要求：
1、 完成给定题目中，要求完成硬件电路设计，设计软件程序及其控制算法，能调试运行，
并能仿真运行。
2、 自觉按规定时间进入实验室，做到不迟到，不早退，因事要请假。严格遵守实验室各项
规章制度，实验期间保持实验室安静，不得大声喧哗，不得围坐在一起谈与课程设计无
关的空话，若违规，则酌情扣分。
3、 课程设计是考查动手能力的基本平台，要求独立设计操作，指导老师只检查运行结果，
原则上不对中途故障进行排查。
4、 加大考查力度，每个时间段均进行考勤，计入考勤分数，按照运行的要求给出操作分数。
每个人均要全程参与设计，若有1/3时间不到或没有任何运行结果，视为不合格。
二：设计报告的要求：
1.做出硬件电路结构图
做出系统的硬件电路图及其相关电路设计。
2.完成系统的软件设计
写出系统的控制算法，完成系统的软件流程图与软件程序的设计。
3.程序联机调试
叙述出该程序的运行结果，并与设计要求进行比较。
4.系统仿真
完成系统的控制模型，并能以Matlab仿真研究。
5.设计中的心得体会及建议。
三：课程设计课题
一）算法仿真部分
1. PID参数整定
ZN法整定

系统的开环传递函数sess180013608)(G，试采用ZN法整定法计算系统的P、PI、PID
控制器的参数，并绘制整定后系统的单位阶跃响应曲线。
临界比例度法

系统的开环传递函数)5)(1(s1)(G0sss，试采用临界比例度法整定法计算系统的P、
PI、PID控制器的参数，并绘制整定后系统的单位阶跃响应曲线。
衰减曲线法

系统的开环传递函数)3)(2(1s6)(G0sss）（，试采用衰减曲线法整定法计算系统的
P、PI、PID控制器的参数，并绘制整定后系统的单位阶跃响应曲线。
2 串级控制研究
设主控对象为24401)125(25.1)(Gsess，副控对象为)112()(G402sess，采用串级控制方式，
选择主副对象的控制策略，整定PID控制参数，绘制整定后系统的单位阶跃响应曲线，比
较串级回路相对于单回路控制的优点，同时验证串级控制在抗干扰中的作用（一次干扰和二
次干扰的幅度值均取输入信号幅值的0.3倍）。
3 前馈-反馈控制

设控制回路的对象)110)(125()(G80ssess，扰动过程对象)125)(16(5)(8ssesGsn，
采用前馈-反馈控制，扰动端施加30%的输入信号时系统输出的响应，比较前馈控制在抑制
扰动时的特点。
4 大滞后控制
微分先行控制

设控制回路对象142)(G4sess，分别采用常规PID和微分先行PID控制后系统输出的响应
曲线，比较改进后的算法对系统滞后改善的作用。
Smith预估控制

设控制回路对象142)(G4sess，设计Smith预估控制器，分别采用常规PID和Smith预估
控制后系统输出的响应曲线，比较改进后的算法对系统滞后改善的作用。
大林算法控制

设被控对象传函14)(G2sess，目标闭环传递函数12es2ss）（，试设计大林控制器，
并在Matlab中进行验证。
二）硬件调试部分
1.电阻温度炉的温度控制系统

整个炉温控制系统由两大部分组成，第一部分由计算机和A/D&D/A卡组成，主要完成
温度采集、PID运算、产生控制可控硅的触发脉冲，第二部分由传感器信号放大，同步脉
冲形成，以及触发脉冲放大等组成。炉温控制的基本原理是：改变可控硅的导通角即改变
电热炉加热丝两端的有效电压，有效电压的可在0～140V内变化。可控硅的导通角为0～
5CH。温度传感是通过一只热敏电阻及其放大电路组成的，温度越高其输出电压越小。
外部LED灯的亮灭表示可控硅的导通与闭合的占空比时间，如果炉温温度低于设定值
则可控硅导通，系统加热，否则系统停止加热，炉温自然冷却到设定值。
选择合适的控制算法，使系统达到控制要求。
2. 直流电机调速系统的设计

整个电机调速系统由两大部分组成，第一部分由计算机和A/D&D/A卡组成，主要完成速
度采集、PID运算、产生控制电枢电压的控制电压，第二部分由传感器信号整形，控制电压
功率放大等组成。电机速度控制的基本原理是：通过D/A输出-2.5v～+2.5v的电压控制7812
的输出，以达到控制直流电机电枢电压的目的。速度采集由一对霍尔器件完成，输出脉冲信
号的间隔反应了电机的转速。
选择合适的控制算法，使系统达到控制要求。
3. 步进电机
步进电机是一种电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就
驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角
度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。
选择合适的控制算法，使系统达到控制要求。
四：学生安排
因实验室容量及机器配备情况，本次设计安排三批。其中09043101-09043131共31人为
第一批，09043201-09043131共31人加上为第二批，余下同学为第三批。原则上不允许调
整，若有特殊原因需要调整的，为保证设计质量，应与调整批的人员互换。
五：时间安排（课程设计地点：信工楼404）
13周：周五到周周日为第一批；14周周五到周周日为第二批；15周周五到周周日为第三批。
【课程设计报告的编写格式规范】
Ⅰ.封皮
在封面（封面格式有统一规定）中应有专业、班级、姓名、学号和课程设计日期等：
（见第一页）
Ⅱ.目录（三级）
一、系统概述
1．
（1）
二、算法仿真
1.算法原理
2.仿真及分析
三、系统硬件设计
1．总体设计
2．A/D转换电路
3．显示电路
（要求，图、公式、表格分别统一编号）
四、系统软件设计 （算法的程序实现）
1．
2．
3．
四、结束语
Ⅲ.详细设计
每个模块（不管硬件还是软件）都要有尽量详细的说明。（可参照参考书中设计样例）。
Ⅳ.参考文献
Ⅴ. 附录
带注释的源程序。若提交源程序电子档，则需另外列出源程序的文件名清单。
【成绩评定】
1、由指导教师根据检查学生程序的情况、课程设计报告的质量和课程设计过程中的工
作态度等综合打分。成绩评定实行优秀、良好、中等、及格和不及格五个等级。
2、独立按时完成规定的工作任务，不得弄虚作假，不准抄袭他人内容，否则成绩以不
及格计。发现课程设计报告基本雷同，一律不及格。
2012-5-9