自动化自动控制课程设计方案报告

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自动控制系统课程设计.ppt

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R
Tm s
1 n(s) Ce
电流环
Tois 1
Ton s 1
图4-2 双闭环系统动态结构图
• 调节器的选择与调整
• 作为系统校正环节的调节器,是控制电路的关键 部件,在系统中使用各种类型的调节器可实现输 入输出的P、I、PI、PD、PID等多种运算关系。 调节器的选择与参数整定是系统设计中极其重要 的一环,它对系统静、动态性能指标的优劣起着 决定作用
• β=0.77V/A,α=0.007Vmin/r
直流拖动系统系统总体设计
• 主要任务
1、系统总体方案的选择; 2、系统方案的实体设计; 3、系统各主要保护环节的设计; 4、系统的动态工程设计;
主电路的设计和选择
• 正确选择晶闸管能够使晶闸管装置在保证可靠运行的前 提下降低成本。选择晶闸管元件主要是选择它的额定电压 和额定电流
• (四) 对设计好的系统进行仿真验证;
• 设计参数
• 直流他励电动机:功率Pe=1.45KW,额定电压Ie=6.5A, 磁极对数P=1,ne=1500r/min,励磁电压220V,电枢绕组电 阻Ra=3.7Ω,主电路总电阻R=7.4Ω,Ks=27,电磁时间 常数TL=0.033ms,机电时间常数Tm=0.26ms,滤波时间 常数Toi=0.0031s,Ton=0.01s,过载倍数λ=1.5,电流 给定最大值Uim=8V,速度给定最大值Un=10V,

自动化专业导论课程报告

自动化专业导论课程报告

自动化专业导论课程报告

一、引言

自动化专业导论课程是自动化专业本科生的必修课程之一,旨在介绍自动化技术的基本概念、原理和应用领域,为学生打下自动化专业学习的基础。本报告将对自动化专业导论课程的内容进行详细介绍和分析。

二、课程目标

自动化专业导论课程的主要目标包括:

1. 了解自动化技术的基本概念和发展历程;

2. 掌握自动化系统的基本组成和工作原理;

3. 熟悉自动化技术在各个领域的应用;

4. 培养学生的自主学习能力和团队合作精神。

三、课程内容

1. 自动化技术概述

本部份主要介绍自动化技术的定义、分类、发展历程以及与其他学科的关系。学生将了解到自动化技术在现代工业和社会中的重要性和应用前景。

2. 自动控制原理

本部份主要介绍自动控制系统的基本概念、组成和工作原理。学生将学习到闭环控制和开环控制的区别,掌握PID控制器的原理和调节方法。

3. 传感器与执行器

本部份主要介绍传感器和执行器的基本原理和常见类型。学生将了解到传感器

的作用和分类,以及执行器在自动化系统中的应用。

4. 自动化系统建模与仿真

本部份主要介绍自动化系统建模和仿真的基本方法和工具。学生将学习到使用Matlab/Simulink等软件进行自动化系统建模和仿真的技巧。

5. 自动化技术在工业领域的应用

本部份主要介绍自动化技术在工业领域的应用案例,如机械创造、化工、电力等。学生将了解到自动化技术在提高生产效率、降低成本和改善产品质量方面的重要作用。

四、教学方法

1. 授课

教师通过讲解课件、示意图、实例等方式进行知识传授。学生可以通过听讲和

记录来获取知识。

自动控制系统课程设计

自动控制系统课程设计

自动控制原理课程设计

题目: 被控对象直流电机

*名:***

专业:电气工程及其自动化

学号:21号

班级:电气11-9

直流电机闭环调速系统设计

1.直流电机的结构及调速原理

直流电机的结构是多种多样的,但任何直流电机都包括定子部分和转子部 分,这两部

分间存在着一定大小的气隙,使电机中电路和磁场发生相对运动。直 流电机定子部分主要由主磁极、电刷装置和换向极等组成,转子部分主要由电枢 绕组、换向器和转轴等构成。结构图如图1:

图1 直流电机结构图

1-电刷;2-磁轭;3-永久磁钢;4-极靴;5-电枢绕组;6-内磁轭

如图2 所示电枢电压为Ua ,电枢电流为Ia ,电枢回路总电阻为Ra ,电机常数为 Ce ,励磁磁通量为Φ。那么根据 KVL 方程:电机转速φ

E a a R

n C I U -=

,其中极对数为p ,匝数为N ,

电枢支路数为a 的电机来说:电机常数Ce =pN/60a ,意味着电机确定后,该值是不变的。而在Ua-IaRa 中,由于Ra 仅为绕组电阻,导致IaRa 非常少,所以 Ua-IaRa=Ua ,由此可见我们改变电枢电压时,转速 n 即可随之改变。将输出信号的基本周期固定,通过调整基本周期内工作周期的大小来控制输出功率称为脉冲宽度调制。

图2 直流电机原理图

1.1. 设计内容与步骤

测定直流电机的各个参数,包括电枢回路电阻、电阻、电感、电磁时间常数及机电时间常数;

按可逆调速的要求,选择直流电源的形式,给出电路图及输出波形图;不要

求对具体的元件型号及参数进行选择,也不要求对电源本身的控制电路(如可控硅整流的触发电路与PWM整流的驱动电路)及相关的保护电路进行选择;

自动控制原理课程设计报告1

自动控制原理课程设计报告1

自动控制原理课

程设计

课题:自动控制原理课程设计

专业:电气工程及其自动化

班级:期:2014.12.22-2014.12.29 成绩:

重庆大学城市科技学院电气信息学院

目录

1设计目的 (1)

2设计要求 (1)

3设计题目 (1)

4实现过程 (2)

4.1校正前系统的Bode图计算与稳定性(手工) (2)

4.2校正前系统的根轨迹计算与闭环系统稳定性(手工) (3)

4.3校正前系统幅频特性Matlab分析 (5)

4.4校正前系统的奈奎斯特图Matlab仿真分析 (6)

4.5校正后系统的Matlab仿真分析 (7)

4.5.1校正装置的幅频特性 (7)

4.5.2校正后系统幅频特性分析 (8)

4.5.3校正后系统奈奎斯特图分析 (9)

4.5.4校正后系统的截止频率ωc、相位裕量γ、穿越频率ωx和

幅值裕量h计算 (11)

5总结 (11)

6参考文献 (11)

自动控制原理课程设计报告

1设计目的

更加熟练掌握Bode图的作图方法,能够使用劳斯判据判定系统稳定性。能够画出根轨迹图,并且根据分析出系统的稳定性。掌握根据要求设计校正装置,学会使用Matlab分析Bode图,系统稳定性,能够作出根轨迹图,并且分析系统相关参数,能够使用Matlab分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。计算校正后系统的截止频率ωc、相位裕量γ、穿越频率ωx和幅值裕量h。用MATLAB分别画出系统校正前、后的开环系统奈奎斯特图,并进行分析。能够利用所学知识分析校正装置对系统的影响。

2设计要求

1、手动画出未校正系统的Bode图,分析系统是否稳定。

自动控制原理课程设计报告

自动控制原理课程设计报告

目录

一、设计任务 (1)

二、设计要求 (2)

三、设计原理 (2)

3.1 利用MATLAB对进行单位负反馈随动系统分析 (2)

3.2 单位负反馈随动系统的校正 (3)

四、设计方案 (3)

4.1 校正前的分析 (3)

4.1.1 BODE图的绘制与分析 (3)

4.1.2根轨迹的绘制与分析 (5)

4.2 系统的校正 (6)

4.2.1 系统的校正 (6)

4.2.2 串联校正装置的传递函数为 (8)

4.2.3 校正后的BODE图绘制及分析 (9)

4.2.4 系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图 (10)

4.2.5 校正前后后系统的仿真 (10)

五、设计总结 (11)

5.1 校正器对系统性能的影响 (11)

5.2 校正过程中的个人感悟 (12)

六、参考文献 (12)

自动控制原理课程设计

一、设计任务

1、通过课程设计进一步掌握自动控制原理课程的有关知识,加深对所学内容的

理解,提高解决实际问题的能力。

2、理解在自动控制系统中对不同的系统选用不同的校正方式,以保证得到最佳的系统。

3、理解静态速度误差系数,相位裕量,穿越频率等参数的含义。

4、学习MATLAB 在自动控制中的应用,会利用MATLAB 提供的函数求出所需要得到的实验结果。

5、从总体上把握对系统进行校正的思路,能够将理论运用于实际。

二、设计要求 设单位负反馈随动系统的开环传递函数为)

101.0)(11.0()(++=s s s K s G k 1、画出未校正系统的Bode 图,分析系统是否稳定

2、画出未校正系统的根轨迹图,分析闭环系统是否稳定。

自动控制系统课程设计报告

自动控制系统课程设计报告

自动控制系统课程

设计报告

课程名称:自动控制系统课程设计报告

设计题目:错位控制无环流可逆调速系统设计院系:

班级:

设计者:

学号:

同组人:

指导教师:

设计时间:

课程设计(论文)任务书

专业电气工程及其自动化班级

学生指导教师

题目自动控制系统课程设计

子题错位控制无环流可逆调速系统设计

设计时间

设计要求

设计目的:

1.了解并熟悉错位控制无环流可逆调速系统的组成结构。

2. 熟悉错位控制无环流可逆调速系统中各单元环节的工作原理,特性和作用。

3. 了解错位控制无环流可逆调速系统的静特性和动态特性。

4. 了解错位控制无环流可逆调速系统的优缺点。

设计内容:

1. 系统方案的选择。

2. 系统方案的实体设计,包括各种功能电路或部件的设计与选择参数计算。

3. 系统各主要保护环节的设计。

4. 系统的动态工程设计,包括转速调节器,电流调节器的结构和参数选择。5.详细分析错位控制无环流可逆调速系统的设计过程。

指导教师签字:系(教研室)主任签字:年月日

目录

一、错位控制无环流可逆调速系统的原理.......................................................... - 4 -

1、可逆调速系统的原理......................................................................... - 4 -

2、环流的介绍 ...................................................................................... - 4 -

自动化专业课程设计

自动化专业课程设计

1.课程设计目的

随着科学技术的发展,现代过程工业规模加大,复杂程度变高,对产品的质量要求更加严格,以及相应的系统安全问题,管理与控制一体化问题等,越来越突出,因此想要满足这些要求,解决这些问题,是不能仅仅只依靠简单的控制系统的,故引入更为复杂、更为先进的控制系统是十分必要的。由于采用复杂控制系统的装置或对象都是工厂中的重要装置或关键岗位,因此需要予以特别的重视。串级控制系统是所有复杂控制系统中应用最多的一种,当要求被控变量的误差范围很小,简单控制系统不能满足要求时,可考虑采用串级控制系统。

组态王开发监控系统软件是新型的工业自动控制系统正以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统,它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。它不但实现对现场的实时监测与控制,且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用;能实现实时现场监控,能充分利用Windows的图形编辑功能,方便地构成监控画面,并以动画方式显示控制设备的状态,具有报警窗口、实时趋势曲线等,可便利的生成各种报表;它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。

应用组态技术,是现代工业控制的必然趋势。本课题的意义在于对组态王软件的学习和应用组态王软件进行开发设计,尤其是对串级控制系统的开发设计。学会应用组态王软件开发串级压力监控系统:设计监控界面,设定参数变量,进行动画连接,实现历史曲线、实时曲线的显示与监控等。

2.课程设计题目描述和要求

2.1课程设计主要内容:

(1)理解DCS控制系统与组态软件

自动控制原理课程设计

自动控制原理课程设计

课程设计报告

( 2012—2013 年度第1 学期)

名称:《自动控制理论》课程设计

题目:基于自动控制理论的性能分析与校正院系:自动化系

班级:1001班

学号:201002020122

学生姓名:吴国昊

指导教师:刘鑫屏老师

设计周数:1周

成绩:

日期:2012年12 月31 日

一、课程设计的目的与要求

一、设计题目

基于自动控制理论的性能分析与校正

二、目的与要求

本课程为《自动控制理论A》的课程设计,是课堂的深化。设置《自动控制理论A》课程设计的目的是使MATLAB成为学生的基本技能,熟悉MATLAB这一解决具体工程问题的标准软件,能熟练地应用MATLAB软件解决控制理论中的复杂和工程实际问题,并给以后的模糊控制理论、最优控制理论和多变量控制理论等奠定基础。作为自动化专业的学生很有必要学会应用这一强大的工具,并掌握利用MATLAB对控制理论内容进行分析和研究的技能,以达到加深对课堂上所讲内容理解的目的。通过使用这一软件工具把学生从繁琐枯燥的计算负担中解脱出来,而把更多的精力用到思考本质问题和研究解决实际生产问题上去。

通过此次计算机辅助设计,学生应达到以下的基本要求:

1.能用MATLAB软件分析复杂和实际的控制系统。

2.能用MATLAB软件设计控制系统以满足具体的性能指标要求。

3.能灵活应用MATLAB的CONTROL SYSTEM 工具箱和SIMULINK仿真软件,分析系统的性能。

三、主要内容

1.前期基础知识,主要包括MATLAB系统要素,MATLAB语言的变量与语句,MATLAB 的矩阵和矩阵元素,数值输入与输出格式,MATLAB系统工作空间信息,以及MATLAB的在线帮助功能等。

自动控制原理课程设计

自动控制原理课程设计

目录

一.绪论 (2)

1.1相关背景知识 (2)

1.2课程设计目的 (2)

1.3课程设计任务 (2)

二.通过matlab求校正装置的传递函数 (3)

三.系统校正前后的分析 (4)

3.1特征根的对比 (4)

3.2三种响应曲线的对比 (5)

3.2.1校正前后的单位脉冲响应曲线对比 (5)

3.2.2校正前后的单位阶跃响应曲线对比 (7)

3.2.3校正前后的单位斜坡响应曲线对比 (8)

四.动态性能的对比 (10)

五.系统校正前后的根轨迹 (12)

六.系统校正前后的Nyquist图 (14)

七.系统校正前后的Bode图 (16)

八.心得体会 (18)

九.参考文献 (19)

一.绪论

1.1相关背景知识

《自动控制原理》作为自动控制系列课程的实践性教学环节的教程,

是新世纪电子信息与自动化系列课程改革教材之一。该课程综合性强、知识覆盖面广,要求学生具有《工程数学》、《电路》等基础知识,以及较强的计算能力。而《自动控制原理课程设计》能够帮助学生进一步巩固自控基础知识,并结合电路、电子技术,加强实践操作能力,因此具有很重要的意义。

1.2课程设计目的

1.掌握自动控制原理的时域分析法,根轨迹法,频域分析法,以及各种补偿(校正)装置的作用及用法,能够利用不同的分析法对给定系统进行性能分析,能根据不同的系统性能指标要求进行合理的系统设计,并调试满足系统的指标。

2.学会使用MATLAB 语言及Simulink 动态仿真工具进行系统仿真与调试。

1.3课程设计任务

题目:已知单位负反馈系统被控制对象的传递函数为

m m 1m 2012m n n 1n 2012n b b b b ()s s s G s a s a s a s a ----++++=++++ (n m ≥)。

自动控制原理课程设计

自动控制原理课程设计
性能分析
通过分析系统数学模型的特性,计算系统的性能 指标,评估系统的性能。
性能优化
根据性能分析结果,对系统进行优化设计,提高 系统的性能指标。
系统校正与设计源自文库
校正装置设计
根据系统性能分析和稳定性分析结果,设计适当的校正装置,如 PID控制器、超前滞后补偿器等。
校正装置参数整定
通过实验或仿真方法,对校正装置的参数进行整定,以实现最佳的 系统性能。
生对自动控制原理的理解和应用能力。
03
教学效果
通过本次课程设计,学生能够掌握自动控制系统的基本原理和设计方法,
具备一定的系统分析和设计能力,为后续的专业学习和实践打下坚实的
基础。
课程设计展望
加强实践环节
在未来的课程设计中,可以进一步增加实践环节的比重,通过更多的实验和项目实践,提 高学生的动手能力和解决实际问题的能力。
05
课程设计总结与展望
课程设计总结
01
设计内容
本次课程设计主要围绕自动控制系统的基本原理、系统分析和设计方法
展开,通过理论学习和实践操作,使学生掌握自动控制系统的基本概念、
原理和应用。
02
教学方法
采用理论教学与实践操作相结合的方式,通过课堂讲解、实验演示、小
组讨论和项目实践等多种形式,激发学生的学习兴趣和主动性,提高学
THANKS

重庆邮电大学自动化学院--自动控制原理课程设计报告--柔性手臂控制

重庆邮电大学自动化学院--自动控制原理课程设计报告--柔性手臂控制

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:柔性手臂控制

学院:自动化学院

姓名:

专业:

班级:

学号:

指导教师:

设计时间: 2013年12月

重庆邮电大学自动化学院制

目录

目录

一、设计题目 (1)

二、设计报告正文 (2)

摘要 (2)

(一)系统分析、建立数学模型 (3)

1.1 物理量分析 (3)

1.2数学模型的建立 (3)

(二)系统性能分析 (4)

2。1输出传递函数的分析 (4)

2.2误差传递函数的分析 (6)

(三)输出传递函数和误差传递函数的校正 (8)

3.1 输出传递函数的校正 (8)

3。2误差传递函数的校正 (9)

三、设计总结 (11)

四、参考文献 (11)

一、设计题目

传统的工业机器人为了保证可控性及刚度,机器臂作得比较粗大,为了降低质量,提高控制速度,可以采用柔性机器臂,为了使其响应又快又准,需要对其进行控制,已知m为球体,m=2KG,,绕重心的转动惯量T0=0。15,半径为0.04m,传动系统惯性矩I=1kg。m s2,传动比为5,;手臂为长L=0.2m,设手臂纵向弹性系数为E,截面惯性矩为I1,则E*I1=0.9KG/m2,设电机时间常数非常小,可以近似为比例环节(输入电压,输出为力矩),分析系统的性能,并校正。

图1、控制系统示意图

二、设计报告正文

摘要

随着人类科技水平的不断进步,在人们生活以及工业生产等诸多领域经常涉及到机器人的使用。传统的机器人为了保证可控性及刚度,机器臂作得比较粗大,将机器人视为刚体系统的分析与设计方法已显得愈加不适用。而新一代机器人已向着高速化、精密化和轻型化的方向飞速发展,柔性机械臂作为柔性多体系统动力学分析与控制理论研究最直接的应用对象,由于其具有简明的物理模型以及易于计算机和实物模型试验实现的特点,已成为发展新一代机器人关键性课题。与刚性机械臂相比较,柔性机械臂具有结构轻、操作灵活、性能稳定、载重自重比高等特性,因而具有较低的能耗、较大的操作空同和很高的效率,其响应快速而准确,有着很多潜在的优点。在工业、医疗、军事等领域内,它能够代替人类完成大量重复、机械的工作,有很高的应用价值。

电力系统与自动化控制课程设计报告

电力系统与自动化控制课程设计报告

电力系统与自动化控制课程设计报告

1. 摘要

本报告主要介绍了电力系统与自动化控制课程设计的内容,包括项目背景、设计目标、系统原理、硬件选型、软件设计、实验结果及分析。通过本次设计,旨在提高学生对电力系统与自动化控制理论知识的理解,培养学生的实际操作能力和创新意识。

2. 项目背景

随着我国经济的快速发展,对电力的需求不断增长,电力系统的安全稳定运行成为我国经济发展的重要保障。为了提高电力系统的运行效率和可靠性,实现电力系统的自动化控制成为必然趋势。电力系统与自动化控制课程设计旨在让学生了解并掌握电力系统的基本原理和自动化控制技术,为今后的学习和工作打下坚实基础。

3. 设计目标

1. 了解电力系统的基本原理和自动化控制技术;

2. 掌握电力系统硬件选型和软件设计方法;

3. 培养学生实际操作能力和创新意识;

4. 提高电力系统运行效率和可靠性。

4. 系统原理

电力系统由发电、输电、变电、配电和用电五个环节组成。电

力系统自动化控制是指利用现代电子技术、计算机技术和通信技术,对电力系统进行实时监测、控制和保护,以实现电力系统的高效、

安全和稳定运行。

5. 硬件选型

根据设计要求,本电力系统与自动化控制课程设计选用如下硬

件设备:

1. 发电设备:模拟发电机一台;

2. 输电设备:模拟输电线路若干;

3. 变电设备:模拟变压器一台;

4. 配电设备:模拟配电柜一台;

5. 自动化控制设备:工控机一台,PLC一台,继电保护装置一套。

6. 软件设计

本设计采用组态软件进行电力系统监控和自动化控制。组态软件具有良好的人机交互界面,可实现对电力系统的实时监控、数据采集、故障报警和控制指令输出等功能。

自动化课程设计报告

自动化课程设计报告

自动化课程设计报告

自动化课程设计报告

1、概述

1.1 自动控制概况

工业控制自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其他信息技术,对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策,达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术,主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。

我国工业控制自动化的发展道路,大多是在引进成套设备的同时进行消化吸收,然后进行二次开发和应用。目前我国工业控制自动化技术、产业和应用都有了很大的发展,我国工业计算机系统行业已经形成。目前,工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。

1.2以工业PC为基础的低成本工业控制自动化将成为主流

工业控制自动化主要包含三个层次,从下往上依次是基础自动化、过程自动化和管理自动化,其核心是基础自动化和过程自动化。传统的自动化系统,基础自动化部分基本被PLC和DCS所垄断,过程自动化和管理自动化部分主要是由各种进口的过程计算机或小型机组成,其硬件、系统软件和应用软件的价格之高令众多企业望而却步。

由于基于PC的控制器被证明可以像PLC一样可靠,并且作和维护人员接受,所以,一个接一个的制造商至少在部分生产中正在采用PC控制方案。基于PC的控制系统易于安装和使用,有高级的诊断功能,为系统集成商提供了更灵活的选择,从长远角度看,PC控制系统维护成本低。由于可编程控制器(PLC)受PC控制的威胁最大,所以PLC供应商对PC的应用感到很不安。事实上,他们现在也加入到了PC控制“浪潮”中。

2、PLC在向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展

自动化专业课程设计方案(PPT32页)

自动化专业课程设计方案(PPT32页)

x轴方向:
Y
M
d2 dt 2
xm d2 dt 2
xG
u
小球的重心坐标满足
xG x l sin
l
x
Fy
水平方向受到的合外力
Fx
(xG , yG )
G X
yG l cos
小球受力分析示意图,其中
M
d2 dt 2
xm
d2 dt 2
(x l sin )
u
(xG , yG )表示小球的重心坐标
培养学生独立分析问题及解决问题的能力,为以后从事实际 控制系统的设计工作打下基础。 2、涉及的相关课程: 本综合设计涉及的相关课程主要有自动控制原理、现代控制 理论、过程控制、MATLAB及控制系统仿真等。
自动化专业课程设计(二)
3、基本流程: (1)系统分析及数学模型建立 (2)开环系统仿真及动态特性分析 (3)控制方案设计及闭环系统仿真实验 (4)实验结果分析 (5)撰写设计报告 4、要求: (1)要求理论正确,设计合理、仿真数据准确 (2)设计报告撰写规范
自动化专业课程设计方案(PPT32页)
自动化专业课程设计(二)
MATLAB及控制系统仿真课程设计
自动化专业课程设计方案(PPT32页)
自动化专业课程设计(二)
MATLAB及控制系统仿真课程设计
1、目的: 加强学生对控制理论及控制系统的理解,熟练应用计算机仿

自动控制原理课程设计总结

自动控制原理课程设计总结

自动控制原理课程设计总结

一、引言

自动控制技术是现代工业控制的核心技术之一,随着科技的发展和工

业的进步,自动控制技术在各个领域得到了广泛应用。作为自动化专

业的学生,我们需要深入学习和掌握自动控制原理及其应用,因此,

在本次课程设计中,我们选取了一个简单的水位控制系统进行设计和

实现。

二、系统结构

本次课程设计所涉及到的水位控制系统由以下五部分组成:水箱、水泵、电磁阀、传感器和控制器。其中,水箱是存放水的容器,水泵负

责将水从水箱中抽出并输送至需要使用的地方,电磁阀用于调节水流量,传感器负责检测当前的水位高度,并将检测结果反馈给控制器。

最后,控制器根据传感器反馈的数据来判断是否需要打开电磁阀以调

节进出口流量。

三、系统原理

1. 传感器原理

在本次课程设计中所使用到的传感器为浮球式液位传感器。当液位上

升时,浮球会随之上升,并带动开关触点闭合,从而输出高电平信号;当液位下降时,浮球会随之下降,并带动开关触点断开,从而输出低

电平信号。因此,我们可以通过检测传感器的输出信号来判断当前的

水位高度。

2. 控制器原理

在本次课程设计中所使用到的控制器为单片机控制器。当传感器检测

到当前水位高度超过设定值时,控制器会发出打开电磁阀的指令;当

传感器检测到当前水位高度低于设定值时,控制器会发出关闭电磁阀

的指令。具体实现过程是通过读取传感器反馈的数据,并与预设的水

位高度进行比较来决定是否需要打开或关闭电磁阀。

3. 电磁阀原理

在本次课程设计中所使用到的电磁阀为单向电磁阀。当控制器发出打

开指令时,电磁铁会受到激励并吸合活塞,从而使得液体流经单向阀

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动控制课程设计报告

班级:自动化08-1班

学号:********

姓名:***

2018.7.17

任务一、双容水箱的建模、仿真模拟、控制系统设计

一、控制系统设计任务

1、通过测量实际装置的尺寸,采集DCS系统的数据建立二阶水箱液位对象

模型。<先建立机理模型,并在某工作点进行线性化,求传递函数)

2、根据建立二阶水箱液位对象模型,在计算机自动控制实验箱上利用电

阻、电容、放大器的元件模拟二阶水箱液位对象。

3、通过NI USB-6008数据采集卡采集模拟对象的数据,测试被控对象的开

环特性,验证模拟对象的正确性。

4、采用纯比例控制,分析闭环控制系统随比例系数变化控制性能指标<超调

量,上升时间,调节时间,稳态误差等)的变化。

5、采用PI控制器,利用根轨迹法判断系统的稳定性,使用Matlab中

SISOTOOLS设计控制系统性能指标,并将控制器应用于实际模拟仿真系统,观测实际系统能否达到设计的性能指标。

6、采用PID控制,分析不同参数下,控制系统的调节效果。

7、通过串联超前滞后环节校正系统,使用Matlab中SISOTOOLS设计控制系统性能指

标,并将校正环节应用于实际模拟仿真系统,观测实际系统能否达到设计的性能指标。

(一)建立模型

(二)实验模型及改变阶跃后曲线:

1.取阶跃曲线按照以下模型建立系统辨识模型:

一般取为0.4和0.8

计算上行阶跃各参数:

T1=171.26 T2=50.50 K=160.47 t1=141 t2=338

建立传递函数为:

G(s>=

计算下行阶跃各参数:

T1=84.20 T2=48.67 K=148.08 t1=89 t2=198

建立传递函数为:

G(s>=

2.建立机理模型

Q1=k1*u1;Q2=k2*u2*;Q=k3*u3*;k1=10 ;k2=1.9;k3=1.65;阀门开度u1=50; u2=52 ; u3=51 ;水箱面积A1=1050 ;A2=600

理论传递函数G(s>=;取辨识传递函数G

根据建立的二阶水箱液位对象模型,在计算机自动控制实验箱上利用电阻、电容、放大器的元件模拟二阶水箱液位对象。

根据传递函数可得:

R2/R1=1.5 R2=300k(200k+100k>,R1=200k

R2C=7.02 C=23.4uf

R5/R4=1 R5=R4=200k

R5C=4.06 C=20.3uF

(四)通过NI USB-6008数据采集卡采集模拟对象的数据,测试被控对象的开环特性,验证

模拟对象的正确性

系统的开环特性曲线为<实际曲线理论曲线):

(五)采用纯比例控制,分析闭环控制系统随比例系数变化时控制性能指标

改变Kp得到实际与理论曲线:

Kp=1 : KP=2:

Kp=3:

结论:由上图和系统指标分析可得,Kp越大,系统响应速度越快,上升时间越短,调节时间峰值时间也相应减少,且稳态误差减小,但超调量增大,系统振荡加剧,Kp过大时会对实际的系统造成破坏,所以,系统应选择合适的Kp。

采用PI控制器,利用根轨迹法判断系统的稳定性,使用Matlab中SISOTOOLS设计控制系统性能指标,并将控制器应用于实际模拟仿真系统,观测实际系统能否达到设计的性能指标

Kp=2Ti=5:

Kp=2 Ti=4:

Kp=2 Ti=6 :

由以上曲线可以看出,用根轨迹设计的设计的性能指标在实际系统中可以达到较好的效果,理论曲线与实际曲线较吻合。

(七)采用PID控制,分析不同参数下,控制系统的调节效果

Kp=2 Ti=10 Td=1Kp=2 Ti=10 Td=2

Kp=2 Ti=9 Td=2 Kp=3 Ti=9Td=2

由上面四个图对比分析可知:

(1>Ti,Td一定时,Kp增大,加快系统的响应,系统的超调量增大,调节时间变小,上升时间减小,减小余差;

(2> Kp,Ti一定时,Td增大,系统的峰值时间减小,系统的超调量减小,振荡减小,调节时间减小。

(3>Kp,Td一定时,Ti增大,系统的超调量减小,减小振荡,使系统更加稳定,但余差消除的速度随之减慢。

以上各曲线参数列表如下:

Kp Ti Td Ts Tpσ%Tr

199******** 5.87

2999990141014.365

399999012821.02 3.7

240421049.7 4.8

250311040 4.9

260251032.6 5.1

2928.513 3.2 6.4

39211.510 5.44

21011412 6.2 6.1

2102914 1.3 6.5

为被控对象设计串联校正环节,使用Matlab中 SISOTOOLS设计控制系统性能指标,并将校正环节应用于实际模拟仿真系统,观测实际系统能否达到设计的性能指标

<1)不加校正环节

由图可知相角裕度为112deg,截至频率。单位阶跃响应得上升时间,调节时间,峰值时间,超调量6.37 %,稳态值为0.597。

<2)由于原系统的相角裕度较大,为了使校正效果明显,给原系统加入积分环节1/s,于是

其相角裕度为,截至频率,且系统已经发散,故要进行串联校正。

<3)由第一个拐点处读得。假设调节时间,校正后的相角裕度,则:

可得

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