北航课程设计

北京航空航天大学

本科生课程设计任务书

Ⅰ、课程设计题目：

数控式桥式吊车控制系统

Ⅱ、课程设计技术要求：

1．摆角稳定时间小于5秒，摆动次数小于3次；

2．吊车启动时最大摆角小于±10°；

3．吊车最大速度为0.5米/秒；

4．D/A输出100mv电机起动，D/A输出5 v时对应电机最大速度Ⅲ、课程设计工作内容：

1．系统方案设计和主要部选择；

2．系统元部件测试；

3．建立系统数学模型；

4．系统设计（静态设计、动态设计）；

5．数字控制系统和仿真；

6．撰写课程设计报告。

Ⅳ、主要参考资料：

1．数字式桥式吊车控制系统试验说明书王卫红

2．计算机控制系统系列实验指导书袁少强

3．计算机控制系统设计与实现郭锁凤

学院（系）专业类班学生

课程设计时间：年月日至年月日

答辩时间：年月日

成绩：

指导教师：

注：任务书应该附在已完成的课程设计（报告）的首页。

目录

图录 (5)

表录 (6)

1. 系统设计任务及技术指标 (7)

1.1 技术指标 (7)

1.2 设计任务 (7)

2. 系统的组成和工作原理 (8)

2.1系统的组成 (8)

2.2 工作原理 (9)

3. 元部件性能测试及数据处理 (10)

3.1 直流力矩电机性能测试 (10)

3.1.1电枢电阻值的测量 (10)

3.1.2电感的测量 (10)

3.1.3死区电压 (11)

3.1.4 反势系数和力矩系数 (11)

3.1.5电机调速特性 (13)

3.1.6 机电常数Tm 和电磁常数Te (14)

3.1.7转动惯量计算 (14)

3.2 测速机性能测试 (16)

3.3 电位计性能测试 (17)

3.3.1 单圈电位计梯度 (17)

3.3.2 多圈电位计梯度 (18)

3.4 A/D D/A 板性能测试 (19)

3.4.1 A/D通道测试 (19)

3.4.2 D/A通道测试 (20)

4. 系统建模与静、动态设计 (21)

4.1吊车数学模型建立 (21)

4.2电机吊车联合数学模型 (24)

4.3总体模型 (25)

5. 系统设计与仿真 (26)

5.1 系统静态设计 (26)

5.2 系统动态设计 (27)

5.3 控制系统仿真与调试 (28)

5.设计结论 (29)

参考文献： (29)

图录

图 1 系统结构图 (8)

图 2 控制系统框图 (9)

图3调速拟合曲线 (13)

图 4 制动曲线 (15)

图5测速机梯度拟合 (16)

图6单圈电位计梯度梯度拟合 (17)

图7多圈电位计梯度梯度拟合 (18)

图8 A/D输入电压拟合曲线 (19)

图9 D/A通道测试 (20)

图10 吊车的数学模型 (21)

图11 吊车电机结合模型 (24)

图12 DA与电机的连接框图 (25)

图13 Simulink建立仿真模型 (28)

图14 仿真输出波形 (29)

表录

表1电枢电阻值 (10)

表2电枢电感值 (10)

表3带载下死区电压值 (11)

表4反势系数与力矩系数 (12)

表5电机调速特性 (13)

表 6 测速机梯度 (16)

表7 单圈电位计梯度 (17)

表8多圈电位计梯度数据 (18)

表9 A/D输入电压与数码对应表 (19)

表10 D/A变换表 (20)

1. 系统设计任务及技术指标

1.1 技术指标

1) 摆角稳定时间小于5 秒，摆动次数小于3 次

2) 吊车启动时最大摆角小于±10°

3) 吊车最大速度为0.5 米/秒

4) D/A 输出100mV 电机起动，D/A 输出5V 时对应电机最大速度1.2 设计任务

1) 系统方案设计和主要元部件选择

2) 系统元部件测试

3) 建立系统数学模型

4) 系统设计静态设计、动态设计和仿真

5) 数字控制系统电路设计

6) 数字控制器软件设计

7) 闭环系统实验和调试

8) 编写课程设计及专业实验报告

2. 系统的组成和工作原理

2.1系统的组成

数字桥式吊车系统的结构如图1所示。

图 1 系统结构图

吊车系统的整套机械部件安装在一块底板上。底板上固定着导轨、皮带轮、电机、测速机、车位置反馈电位计，底板开槽，使吊摆垂下去。吊车轨道的有效长度约为0.7 米，吊车组件包围在轨道外，四个车轮在导轨上方运动，吊车板下面连着小车板支架和角位置电位计支架，两支架之间安装吊摆，在角位置电位计支架上装有测量吊摆角度的单圈电位计。

计算机作为数字控制器实现对系统的实时控制，同时也为操作者提供人－机界面，完成对系统的监督管理功能，如实时画图、采集数据等。A/D D/A 接口板插在计算机内，完成模数、数模转换。小功率随动系统用于电压和功率放大。电机、测速机是系统的执行元件和速度反馈元件，电位计1 和2 分别是车位置反馈元件和摆角度反馈元件。