自动控制原理课程设计
- 格式：doc
- 大小：651.00 KB
- 文档页数：17
自动控制系统课程设计
姓名： — 学号：
同组成员：
自动控制原理课程设计
2 自动控制系统设计论文目录
第一部分
课程设计任务书……………………………………………………………2
第二部分
温箱温度控制系统设计及实物调试
1.课程设计目的………………………………………………………………7
2.控制对象……………………………………………………………………7
3.课程设计任务………………………………………………………………7
4.设计要求……………………………………………………………………7
5.设计方案……………………………………………………………………8
6.课程设计结论………………………………………………………………16
7.课程设计心得体会…………………………………………………………16
参考文献……………………………………………………………………………17
自动控制原理课程设计
3
南京工程学院
课程设计任务书
课 程 名 称 自动控制原理
院（系、部、中心） 电力工程学院
专 业 电气工程及其自动化
班 级
姓 名
学 号
起 止 日 期 2009.12.14~2009.12.25
指 导 教 师
自动控制原理课程设计
4 1．课程设计应达到的目的
1、通过温箱温度闭环仿真及实物调试熟悉课程设计的基本流程；
2、掌握控制系统的数学建模；
3、掌握控制系统性能的根轨迹分析或时域特性分析；
4、掌握频率法校正或根轨迹法校正；
5、能够根据性能指标，设计控制系统，并完成相应实验验证系统的设计和实验操作；
6、学会用MATLAB进行基本仿真。
2．课程设计题目及要求
设计要求
1．分析系统的工作原理，进行系统总体设计。
2．构成开环系统，并分析器动态响应。
3．测出各环节的放大倍数及其时间常数。
4．对系统进行扰动分析。
5．比较开环时和闭环时的动态响应。
6．分析温度闭环无差系统的动态性能，并测其动态性能指标和提出改善系统动态性能的方法，使得系统动态性能指标满足σ%≤10%，＜0.1秒，静态误差小于2%。
7. 采用某种校正方式实现系统的稳定控制。
8．对本课程设计提出新设想和新建议。
自动控制原理课程设计
5 3．课程设计任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要求〕
课程设计任务
（1）复习有关教材、到图书馆查找有关资料，了解温箱温度控制系统的工作原理。
（2）总体方案的构思
根据设计的要求和条件进行认真分析与研究，找出关键问题。广开思路，利用已有
的各种理论知识，提出尽可能多的方案，作出合理的选择。画出其原理框图。
（3）总体方案的确定
可从频域法、跟轨迹法分析系统，并确定采用何种控制策略，调整控制参数。
（4）系统实现
搭建系统上的硬件电路，实现开环控制，记录实验数据。引入闭环控制，将设计好的控制策略实现其中，根据实际响应效果调整参数直至最优，并记录数据
4．主要参考文献
1、薛定宇.反馈控制系统设计与分析.北京:清华大学出版社,2000.
2、飞思科技产品研发中心.MATLAB 7辅助控制系统设计与仿真.北京:电子工业出版社,2005.
3、胡寿松.自动控制原理.4版.北京:科学技术出版社,2001.
4、白继平，徐德辉. 基于MATLAB下的PID控制仿真【J】.中国航海，2004（4）：77-80.
5、徐亚飞，刘官敏，高国章等.温箱温度PID与预测控制[J].武汉理工大学学报.2004.8(28):554-557.
自动控制原理课程设计
6
5．课程设计进度安排
起 止 日 期 工 作 内 容
2009年12月14 日－12 月
15日
12月16日－12 月 17日
12月 18日－ 12月19 日
12月21日－ 12月 22日
12月 23日－ 12月25 日
认识系统构成和原理分析
数学建模
控制策略研究和仿真
实物接线和调试
撰写设计说明书、设计计算书及资料整理撰写设计说明书、设计计算书及资料整理
6．成绩考核办法
1、考核方法：平时表现，设计成果，答辩表现。
2、成绩评定：平时表现30%，设计成果40%，答辩表现30%。
教研室审查意见：
教研室主任签字：
年 月 日
院（系、部、中心）意见：
主管领导签字：
年 月 日
自动控制原理课程设计
7 自动控制系统课程设计
题目：温箱温度控制系统设计及实物调试
1、课设目的
1. 加强对随动控制系统的认识，掌握工程设计的方法。
2. 通过对随动系统的单元,部件及系统的调试,提高实际技能,培养分析问题解决问题的能力。
3. 掌握应用计算机对系统进行仿真的方法。
4. 培养编制技术总结报告的能力。
2、控制对象
ACT-WK
输入电压：0—10V
输出电压：0—10V
3、课设设计任务
１．复习相关资料，到图书馆查找有关资料，了解温箱温度控制系统的工作原理。
２．总体方案的构思
根据设计的要求和条件进行摁镇分析和研究，找出关键问题。广开思路，利用已有的各种理论知识，提出尽可能多的方案，作出合理的选择。画出其原理框图。
３．总体方案的确定
可从频域法，根轨迹法分析系统，并确定采用何种控制策略，调整控制参数。
４．系统实现
搭建系统上的硬件电路，实现开环控制，记录实验数据。引入闭环控制，将设计好的控制策略实现其中，根据实际响应效果调整参数直至最优，并记录数据。
4、设计要求
4．1软件仿真部分设计要求
1．分别利用频域法和Ziegler-Nichols法对系统调节器加以设计，并整定相关参数。 自动控制原理课程设计
8 2．对校正前后的系统的性能指标以及频域特性进行计算和对比，并分析校正结果。
3.要求整定后的系统性能指标满足σ%≤15%，＜135s
4．2硬件调试部分设计要求
1.参考《课程设计硬件操作指南》完成实物连线。
2.将阶跃信号作用于系统，调节信号的占空比，频率和幅值。
3.测出系统在不同电阻和电容取值情况下的阶跃响应输出。
4.分析系统的元件取值对输出影响，分别从有扰动，无扰动，有积分，无积分等角度分析。
5．根据实际温箱输入输出特性，计算出实物的传递函数。
5、设计方案
5.1总体的设计原理
5.1.1整体设计框图
图1.整体设计框图
要求：静差率S=+/-5%
调速范围D=10
早在1942年，Ziegler与Nichols提出了一种使用的PID控制经验公式，这个经验公式是基于带有延迟的一阶传递函数提出的。这样的对象模型可以表示为
自动控制原理课程设计
9 在实际的过程控制系统中，有大量的对象模型可以近似地由这样的一阶模型来表示，如果不能物理地建立起系统的模型，我们还可以由试验提出相应的参数，例如，如果可以通过实验测取对象模型的阶跃响应，则输出信号可以由图2中给出的草图形状来近似。这样我们可以通过这样的草图获取，与（或）参数。
由上图可以看出，我们还可以由来求取参数。如果获得了与的参数，则可以通过表1中给出的经验公式设计PID控制器。
图2带有时间延迟的一阶过程模型响应图
表1 Ziegler-Nichols整定公式(第一种方法)
控制器类型 由阶跃响应整定
P
PI
PID
从表1中可以看出，除了可以通过它设计PID控制器之外，我们还可以由同样的模型参数设计出P控制器和PI控制器。 自动控制原理课程设计
10 PID控制器公式：
5．2温度控制系统的设计原理
5．2．1温度控制系统框图
图3.温度控制系统框图
温度控制系统框图如图3所示，由给定PI调节器，脉冲调制电路，加温室，温度变送器和输出电压反馈等部分组成。在参数给定的情况下，经过PI运算产生相应的控制量，使加温室里的温度稳定在给定值。
给定Ug由ACCT-II自动控制理论及计算机控制技术的实验面板上的电源单元U1提供，电压变化范围为1.3V——15V。
PI调节器的输出作为脉宽调制的输入信号，经脉宽调制电路产生占空比可调0——100%的脉冲信号，作为对加温室里电热丝的加热信号。
温度测量采用Cu50热敏电阻，经温度变送器转换成电压反馈，温度输入范围为0——200度，温度变送器的输出电压范围为DC0——10V。
根据实际的设计要求，调节反馈系数，从而调节输出电压。
