过程控制系统课程设计
北华航天工业学院
课程设计报告（论文）
设计课题：过程控制
专业班级：
学生：
指导教师：
设计时间：201311.25-2013.12.06
北华航天工业学院电子工程系
过程控制课程设计任务书
指导教师：教研室主任：
2013年12月6日
容摘要
自本世纪30年代以来，自动化技术获得了惊人的成就，已在工业和国民经济各行各业起着关键的作用。自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。
自动控制按输入量的变化规律分类，可分恒值控制系统（Fixed Set-Point Control System）、随动控制系统（Follow-up Control System）、过程控制系统（Process Control System）。
前馈-反馈控制系统的设计与整定，采用自动控制技术，实现对水箱液位的过程控制。首先对被控对象的模型进行分析。然后，根据被控对象模型和被控过程特性并加入PID调节器设计流量控制系统，采用动态仿真技术对控制系统的性能进行分析。
关键词：自动化过程控制PID
目录
一概述 (1)
二方案设计与论证 (2)
2．1 前馈控制 (2)
2．2 反馈控制 (2)
2．3 前馈-反馈控制 (3)
2．4前馈-反馈控制系统PID算法 (4)
2．5 控制方案的论证 (5)
2．5．1控制方案的可靠性 (5)
2．5．2控制方案的安全性 (5)
2．5．3控制方案的经济性 (5)
三仪表的选择与参数的设定 (6)
3．1 设备型号 (6)
3．2 调节器及其参数的设置 (7)
3．3 仪器仪表的组合安装 (8)
3．4 计算机的参数设置 (9)
四实验步骤 (9)
五实验结果 (10)
六结论 (11)
七心得体会 (12)
八参考文献 (13)
一、概述
PCT—I型过程控制实验装置是基于工业过程物理模拟对象，它集自动化仪表技术，计算机技术，通讯技术，自动控制技术为一体的多功能实验装置。系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识、单回路控制、串级控制、前馈控制、比值控制等多种控制形式。本装置还可根据用户的需要设计构成DDC、DCS、PLC、FCS、TCS等多种控制系统。该实验装置既可作为本科、专科、高职过程控制课程的实验装置，也可作为研究生及科研人员在复杂控制系统、先进控制系统研究方面提供物理模拟对象和实现手段。
装置特点:
1．装置由控制对象、控制屏、计算机三部分组成，对象构布局合理，造型美观大方。
2．真实性、直观性、综合性强，控制对象元件全部来源于工业现场。控制屏正面有完整的系统结构图案。
3．参数全面，涵盖了液位、流量、压力、温度等典型参数。
4．PCT-II过程控制实验装置具有控制参数和控制方案的多样化。该装置可通过对其管路上的阀门切换和对模拟信号接线板上信号的连接组合，可构成数十种过程控制实验。
5．在PCT-II过程控制实验装置中充分考虑了大专院校，高等职业技术学院工业自动化专业的大纲要求，完全能满足教学实验、课程设计、毕业设计的需要，同时学生可自行设计实验方案，进行综合性、创造性过程控制系统实验的设计、调试、分析，培养学生的独立操作、独立分析问题和解决问题的能力。
随着对过程控制系统性能要求的不断提高,传统反馈控制策略难以适应不同工况下被控对象动态特性的改变。提出了前馈-反馈复合控制策略,研究了前馈控制器在物理上不可实现情况下的设计方法,给出了具体操作步骤。在过程控制系统中应用的仿真结果表明:前馈-反馈复合控制能够将可测扰动在影响系统输出前得以补偿;系统的动态性能和稳定性能均优于传统反馈控制。解决了扰动通道时滞小于主控通道时,前馈控制器在物理上不可实现的技术难题,对过程控制系统有一定理论意义和工程参考价值。
前馈是通过校正输入来改善控制系统的性能；反馈是通过获得输出误差，进
而校正，得到理想的输出；前馈-反馈控制系统中既有针对主要扰动信号进行补偿的前馈控制，又存在对被调量采用反馈控制以克服其他的干扰信号。引入反馈控制，是为了使系统能克服所有扰动信号对被调量产生的影响；因为除了已知的主要的扰动信号以外，系统中还存在其它的扰动信号，这些扰动信号对被调量的影响比较小，有的是我们能够考虑到的，有的我们根本就考虑不到或无法测量，都通过反馈控制加以克服。
二、方案设计与论证
本设计通过前馈反馈控制系统实现对液位的控制。
2．1 前馈控制
前馈控制又称扰动补偿，它与反馈调节原理完全不同，是按照引起被调参数变化的干扰大小进行调节的。在这种调节系统中要直接测量负载干扰量的变化，当干扰刚刚出现并能被测出时，调节器就能发出调节信号使调节量作相应的变化，使两者在被调量发生偏差之前抵消。因此，前馈调节对干扰的客服比反馈调节及时。但是前馈控制是开环控制，其控制效果需要通过反馈加以检验。前馈控制器在测出扰动之后，按过程的某种物质或能量平衡条件计算出校正值。如果前馈支路出现扰动，经过流量计测量之后，测量得到干扰的大小，然后在反馈支路通过调整调节阀开度，直接进行补偿。而不需要经过调节器。
在前馈反馈控制系统中，前馈控制属于开环控制，在设计中经过对主流量的检测，及时的针对主要扰动进行液位的偏差抑制。当流量测量值较预定值发生波动，即时通过计算机进行PID计算，输出控制信号，进行液位调节；反馈控制属于闭环控制，通过对液位的测量，及时对液位进行调控。反馈环节通过对液位的监测，将测量值与给定值进行比较，形成偏差后，通过A/D传输给计算机，进行预先设定的PID计算，输出控制型号，进行液位调节。
2．2 反馈控制
反馈控制（英文名称为Feedback Control），是指从被控对象获取信息，按照偏差的极性而向相反的方向改变控制量，再把调节被控量的作用馈送给控制对象，这种控制方法称为反馈控制，也称作按偏差控制。反馈控制总是通过闭环来实现的。
反馈控制的特点有：按偏差进行调节；调节量小，失调量小；能随时了解被
控变量变化情况；输出影响输入（闭环）。
2．3前馈-反馈控制
前馈——反馈复合控制系统中前馈控制器的传递函数是根据完全补偿性原理求解的。
要使得扰动Z(s)得到完全补偿，即Z(s)变化时不对被调量C(s)产生影响，应有：
解得：
前馈-反馈控制系统的特点：
（1）系统综合了反馈、前馈控制系统的优点，弥补了他们的缺点，因而前馈-反馈控制系统得到了广泛的应用。
（2）引入前馈补偿没有影响到系统的稳定性。
很显然，前馈无论加在什么位置，都不会构成回路，系统的特征式都保持不变，因而不会影响系统的稳定性。
（3）引入反馈控制后，前馈完全补偿条件并没有改变。
前馈-反馈系统主要由以下几个环节构成：
（1）扰动信号测量变送器：对扰动信号测量并转化统一的电信号。
（2）被调量测量变送器：对被调量测量并转化统一的电信号。
（3）前馈控制器：对干扰信号完全补偿。
（4）调节器：反馈控制调节器，对被调量进行调节。
（5）执行器和调节机构。
（6）扰动通道对象：扰动信号通过该通道对被调量产生影响。
（7）控制通道对象：调节量通过该通道对被调量进行调节。
如图1前馈反馈实验流程图和图1 计算机控制前馈反馈控制系统的框图
图1 前馈反馈实验流程图
图2 计算机控制前馈反馈控制系统的框图
2．4前馈反馈控制系统PID算法
前馈反馈控制系统是通过PID控制规律实现对液位控制的最终目的，PID控制是比例—积分—微分的简称。在工业生产工程自动控制的发展历史中，PID控制是历史最久、生命力最强的基本控制方式。
PID算法具有以下的优点：
（1）原理简单，使用方便；
（2）适应性强；
（3）鲁棒性强，即其控制品质对被控对象特性的变化不太敏感。
PID控制即比例积分微分控制，调节器的输出是其输入的比例，积分，微分的函数。PID控制现在应用最广，技术最成熟。其控制结构简单，参数容易调整，不必求出被控对象的数学模型便可以调节，因此无论模拟调节器或者数字调节器大都采用PID调节规律。
PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。其输入e (t）与输出u (t）的关系为u(t)=kp[e(t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt] 式中积分的上下限分别是0和t，因此它的传递函数为：G(s)=U(s)/E(s)=kp[1+1/(TI*s)+TD*s]，其中kp为比例系数； TI为积分时间常数； TD为微分时间常数。
在调节PID控制时，先把微分作用取消掉，只保留PI，先调比例，再调积分，最后加上微分再调。如果振荡过快，加大P。如果振荡后过很久才稳定，减小P。减少积分时间。如果振荡的周期太长，加大积分时间。如果对调节对象变化反应过慢，增大D。最后把波形调到只有一两个振荡就平稳了，就是最好的效果。
2．5 控制方案的论证
2．5．1控制方案的可靠性
控制方案采用前馈反馈控制，前馈反馈控制技作为一种传统的控制方式，在工业生产过程中，技术上的应用已经相当成熟。作为液位控制，在要求控制精度的情况下，不能单纯依靠反馈控制，加入前馈控制后，可以消除提前的扰动对反馈控制的影响。而且对于提前的扰动为已知，比如对液位能够产生的扰动，在这里为管道的流量，是可以精确测量的量，因此符合采用前馈控制的条件。使得前馈反馈控制的可靠性得到保证。
2．5．2控制方案的安全性
在工业生产过程中，对液位的控制中，容器中的介质类型有很多，可能为常见的水，也可能为化学药剂。因此控制方案和所用仪器仪表的安全性非常重要。对于仪器仪表，我们根据介质的性质不同选用合适的型号即可。对于控制方案，因为是单纯的液位控制，不涉及化学反应等使介质发生变化的过程，所以关键是控制精度的保证，比如在锅炉中要保证水位的高度，避免水位过高飞溅。在这次设计中设想的介质为水，因此在控制精度得到保证的情况下，控制方案的安全性也得到了保证。
2．5．3控制方案的经济性
由于控制方案选择的是传统的控制方式，控制过程明确，需要的仪器仪表数量较少，因此成本低，较容易实现。
三、仪表的选择及参数的确定
由于不是大型生产过程，对自动化水平要求不高，所以选择采用常规仪表控制。考虑到价格、实用性等因素，选择数字化、智能化的电动控制仪表。
3．1 设备型号
原理图中的用到的每一个设备的型号，输入输出信号的围，如表 1 设备型号所示。
表1 设备型号
3．2 调节器及其参数的设置
调节器，是将生产过程参数的测量值与给定值进行比较，得出偏差后根据
一定的调节规律产生输出信号推动执行器消除偏差量，使该参数保持在给定值附近或按预定规律变化的控制器。调节器分为模拟调节器和数字调节器。
调节器的主要功能是接受变送器送来的测量信号Vi，并将它与给定信号Vs 进行比较得出偏差ε，对偏差ε进行PID连续运算，通过改变PID参数，可改变调节器控制作用的强弱ε。除此之外，还具有测量信号、给定信号及输出信号的指示功能。
电动调节阀对控制回路流量进行调节。采用智能电动调节阀，具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、推动力大、功能强、控制单元与电动执行机构一体化，可靠性高、操作方便，并可与计算机配套使用，组成最佳调节回路。执行机构直接接受4～２０mADC或1～５Ｖ控制信号，输出４～２０mADC的阀位信号，使用和校正非常方便。ZDS系列的阀门采用柔性弹簧连接，可预置阀门关断力，保证阀门的可靠关断，防止泄露。驱动电机采用高性能稀土磁性材料制造的同步电机，运行平稳，体积小，力矩大，抗堵转，控制精度高。因此本调节阀具有性能稳定可靠，控制精度高，使用寿命长等优点。
技术指标:
电源：220VAC 50HZ 功耗： 5VA
输入信号：4～20mA DC 输入阻抗： 100Ω（4～2０mADC）
输出信号：4～20mA DC
环境温度: —20℃～＋70℃重复精度：±1%
调节器与上位机连接时，需要连接到计算机的COM口。调节器背面接口说明如下：
1 2 端 1～5V电压输入端，
2 3 端 0。2～1V电压输入端，
2 3 4端热敏电阻输入端，
5 7端 4～20mA电流输出端，
9 10端 220V电源输入端，
17 18端输出端（A，B）。
调节器选用万迅仪表的AI708，AI818（有的实验设备用AI808）。液位控制时调节器能自整定出比较理想的参数，如将调节器参数Ctrl=2，则调节器进入
自整定调节状态，调节完毕，Ctrl=3。
其需要设置的参数如下：
708 808
M5=10 DF=3 （参考值）
P=6 P=20 （参考值）
T=1 I=434 （参考值）
Ctl=5 d=28 （参考值）
Sn=33 Sn=33 （1-5V电压输入）
Dip=0 Dip=0 （小数点位数为0）
Dil=0 Dil=0
Dih=450 Dih=450
Sc=0 Sc=0
Op1=4 Op1=4
CF=2 CF=2
Run=2 Run=2
Loc=808 Loc=808
在调节器接线时应注意：
（1）接线时注意电源的种类、极性，严防接错电源。
（2）通电前应请指导老师确认无误后方可通电。
（3）动手调校前，应搞清调节器各部件的作用，凡实验中未设计的可调元件一律不得擅自调整。
（4）调节器在调校前应预热15分钟。
3．3仪器仪表的组合安装
自控工程设计中，除了确定恰当的控制方案、选择合适的控制工具（测量仪表、常规二次仪表，DCS系统、FCS系统、PLC系统与各种执行机构）、正确安装仪表之外，还要正确连接各个控制单元来构成控制系统。
控制系统各个单元之间的信号是通过相互连接的电（管）缆、电（管）线进行传递的，连接正确则可正确的传递信号，各个单元可按部就班的协调工作，完
成预想的设计目的。如果连接错误，则信号传输错误，相应的接收单元不能接受到相应的信号，此时各单元不能协调工作，也就不能完成预想的设计目的。因此，仪表的正确连接是自动控制系统对生产过程实行控制的前提。
仪表连接的容除了各个单元之间信号的连接之外，还包括仪表工作时所需能量的连接，即还需要进行仪表电源、气源和液压源的连接。要保证控制系统和仪表的正常工作，仪表连接过程中还需要考虑抗干扰和使用安全问题，因此仪表连接还包括信号电缆屏蔽层接地、仪表接地端子接地等容。
3．4计算机的参数设置：
其需要设置的参数如下：
XP=100 （参考值）（比例增益）
Ti=4 （参考值）（积分时间秒）
Td=0 （参考值）（微分时间秒）
Sp （计算机控制给定值）
OP （计算机输出值）
PV （液位检测值）
Q KC（反馈系数）
四、实验步骤
1、根据实验系统流程图构成前馈、上水箱液位作为主回路，流量作为前馈信号。打开阀门V15、V3、V6。
2、按附图上水箱液位和流量组成前馈实验接线图接好实验导线。
3、接通总电源和各仪表电源。
4。打开程序SIMATIC Manager，把STP7 5。2V的程序下传到PLCS7-300的主机里，工租管理器界面中，点击FILE\OPEN按扭，选择C:\PLCPRO\前馈反馈
5．点击OK按扭,然后把程序下载下去。
6．点击按扭后，点击文件、打开按扭，然后选择前馈反馈，在激活既进入前馈反馈对象特性测试及控制实验界面。
7．点击历史曲线按扭，进入PID参数设置界面。点击切换按扭置手动，
8．点击PID设定中的Q2进行数据输入使系统液位处于某一平衡位置。
9．改变Q2输出，使系统输入幅值适宜的正向阶跃信号，这时系统输出也有一个变化信号，使系统在较高液位所达到平衡状态。
10．观察计算的液位2的正向阶跃响应历史曲线，直至达到新的平衡为止。点击打印曲线按扭，打印正向阶跃响应曲线。
11．改变输出使系统输入幅值与正向阶跃相等的一个反向阶跃信号，这时系统输出也有一个变化信号,使系统液位下降至一个平衡状态。
12．观察计算机的液经2反向阶跃响应历史曲线，直至达到新的平衡为止。
13。系统稳定后，改变回路中流量的大小，观察液位的变化和计算机上流量及液位的历史曲线的变化。记录并处理历史曲线。
五、实验结果
实验结果如图3前馈反馈记录曲线
图3 前馈反馈记录曲线
六、结论
前馈反馈控制理论的应用非常广泛，对水箱液位的前馈反馈控制便是其中的
一个典型应用。随着科学技术和控制理论的进步，出现了很多先进的控制理论。但是传统的控制理论本身也具备容易实施、仪器仪表需求量少，成本低的特所以传统的控制理论仍然有应用的领域。加之中国当前控制技术仍大量采用了传统的控制技术，所以对前馈- 反馈控制的研究仍然有实际应用价值。对水箱的液位前馈反馈控制，在日常生产生活中，应用比较容易实现。
在参考了许多关于过程控制的资料后，对于过程控制工程中使用的仪器仪表以及仪表的安装都有了了解。通过对水箱液位的前馈反馈控制的设计，使得我对前馈反馈控制理论的实现有了深入的了解，过去学习的多是书本上的知识，但是对于整个过程控制系统的设计知之甚少，经过了设计之后通过查阅资料，熟悉了过程控制工程设计的流程。
在接到一个工程项目后，进行自控工程设计时，第一步，要熟悉工艺流程，对工艺熟悉和了解的深度将是重要的因素；第二步，确定自控方案，定出各监测点、控制系统，确定全工艺流程的自控方案；第三步，仪表选型，确定是采用常规仪表还是DCS系统并确定控制方案和所有的监测点；第四步，自控方案确定，仪表选型后，根据工艺特点，可进行控制室的设计。对采用常规仪表时，首先考虑仪表盘的正面布置；第五步，节流装置和调节阀的计算；第六步，仪表供电系统的设计；第七步，依据施工现场的条件，完成控制室与现场间联系的相关设计文件；第八步，根据自控专业有关的其他设备、材料的选用等情况，完成有关的设计文件；第九步，设计工作基本完成后，编写设计文件目录等文件。
经过对水箱液位的前馈反馈控制的设计，对传统控制系统的应用有了具体的理解，并且为以后设计在传统前馈反馈控制基础上的复杂控制系统提供了基础。
七、心得体会
八、参考文献
[1] 邵裕森．过程控制工程．：机械工业2000
[2] 夕松，华成英．过程控制系统[M]．：科学，2006
[3] 熊新民．工业过程控制课程设计指导书[M]。2008
[4］秀英等。过程控制系统实训。：化学工业,2007
[5］立登等。过程控制：机械工业，2008
[6］方康玲等。过程控制与集散系统。：华中科技大学,2008 [7] 练等。过程控制与集散系统实验教程。：华中科技大学,2008
电子工程系课程设计成绩评定表
专业：班级：学号：：
年月日
自动控制系统课程设计说明书
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程设计说明书（论文） 课程名称：自动控制理论课程设计 设计题目：直线一级倒立摆控制器设计 院系：电气学院电气工程系 班级： 设计者： 学号： 指导教师： 设计时间：2016.6.6-2016.6.19 手机： 工业大学教务处
*注：此任务书由课程设计指导教师填写。
直线一级倒立摆控制器设计 摘要：采用牛顿—欧拉方法建立了直线一级倒立摆系统的数学模型。采用MATLAB 分析了系统开环时倒立摆的不稳定性，运用根轨迹法设计了控制器，增加了系统的零极点以保证系统稳定。采用固高科技所提供的控制器程序在MATLAB中进行仿真分析，将电脑与倒立摆连接进行实时控制。在MATLAB中分析了系统的动态响应与稳态指标，检验了自动控制理论的正确性和实用性。 0.引言 摆是进行控制理论研究的典型实验平台，可以分为倒立摆和顺摆。许多抽象的控制理论概念如系统稳定性、可控性和系统抗干扰能力等，都可以通过倒立摆系统实验直观的表现出来，通过倒立摆系统实验来验证我们所学的控制理论和算法，非常的直观、简便，在轻松的实验中对所学课程加深了理解。由于倒立摆系统本身所具有的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合特性，许多现代控制理论的研究人员一直将它视为典型的研究对象，不断从中发掘出新的控制策略和控制方法。 本次课程设计中以一阶倒立摆为被控对象，了解了用古典控制理论设计控制器(如PID控制器)的设计方法和用现代控制理论设计控制器(极点配置)的设计方法，掌握MATLAB仿真软件的使用方法及控制系统的调试方法。 1.系统建模 一级倒立摆系统结构示意图和系统框图如下。其基本的工作过程是光电码盘1采集伺服小车的速度、位移信号并反馈给伺服和运动控制卡，光电码盘2采集摆杆的角度、角速度信号并反馈给运动控制卡，计算机从运动控制卡中读取实时数据，确定控制决策(小车运动方向、移动速度、加速度等)，并由运动控制卡来实现该控制决策，产生相应的控制量，使电机转动，通过皮带带动小车运动从而保持摆杆平衡。
机电控制系统课程设计
JIANG SU UNIVERSITY 机电系统综合课程设计 ——模块化生产教学系统的PLC控制系统设计 学院：机械学院 班级：机械 (卓越14002) 姓名：张文飞 学号： 3140301171 指导教师：毛卫平 2017年 6月
目录 一： MPS系统的第4站PLC控制设计 (3) 1.1第四站组成及结构 (3) 1.2 气动回路图 (3) 1.3 PLC的I/O分配表，I/O接线图（1、3、6站电气线路图） (4) 1.4 顺序流程图&梯形图 (5) 1.5 触摸屏控制画面及说明，控制、信息软元件地址表 (10) 1.6 组态王控制画面及说明 (13) 二： MPS系统的两站联网PLC控制设计 (14) 2.1 PLC和PLC之间联网通信的顺序流程图（两站）&从站梯形图 (14) 2.2 通讯软元件地址表 (14) 三：调试过程中遇到的问题及解决方法 (18) 四：设计的收获和体会 (19) 五：参考文献 (20)
一：MPS系统的第4站PLC控制设计 1.1第四站组成及结构： 由吸盘机械手、上下摆臂部件、料仓换位部件、工件推出部件、真空发生器、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、通讯接口板、多种类型电磁阀及气缸组成，主要完成选择要安装工件的料仓，将工件从料仓中推出，将工件安装到位。 1．吸盘机械手臂机构：机械手臂、皮带传动结构真空吸嘴组成。由上下摆臂装置带动其旋转完成吸取小工件到放小工件完成组装流程的过程。 2．上下摆臂结构：由摆臂缸（直线缸）摆臂机械装置组成。将气缸直线运动转化为手臂旋转运动。带动手臂完成组装流程。 3．仓料换位机构：由机构端头换仓缸带动仓位装置实现换位（蓝、黑工件切换）。 4．推料机构：由推料缸与机械部件载料平台组成。在手臂离开时将工件推出完成上料。 5．真空发生器：当手臂在工件上方时，真空发生器通气吸盘吸气。 5．I/O接口板：将桌面上的输入与输出信号通过电缆C1与PLC的I/O相连。 6．控制面板：完成设备启动上电等操作。（具体在按钮上有标签说明）。
机电传动控制课程设计解析
学号：0121018700306 课程设计 题目组合机床加工过程PLC自动控制设计 学院物流学院 专业物流工程 班级行政1001班 姓名徐宏华 指导教师徐沪萍 2013 年 6 月29 日
课程设计任务书 学生姓名：徐宏华专业班级：物流行政1001班 指导教师：徐泸萍工作单位：物流学院 题目: 组合机床加工过程PLC自动控制设计 初始条件： 1.编程环境：Step7v5.5软件 2.PLC型号：西门子公司S7系列，S7-300 3.机电传动的相关资料指导书 4.仿真环境：S7-PLCSIM 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 液压滑台式组合机床在原位启动后，快速向前到设定的位置时转为慢速前进，到达攻丝进给位置时停止前进，转为攻螺纹主轴转动，丝锥能向前攻入，打到规定深度时，主轴快速制动。接着攻螺纹反转退出，回到原位时快速制动，同时滑台能快速退回原位，并在原位停止。 时间安排：十八周 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
本科生课程设计成绩评定表 指导教师签字： 年月日
目录 摘要------------------------------------------------------------------------------------------------- 0第一章基本知识介绍 ------------------------------------------------------------------------ 1 1.1 设计的任务要求--------------------------------------------------------------------- 1 1.2 组合机床概述------------------------------------------------------------------------ 2 1.2.1 组合机床部件分类 --------------------------------------------------------- 2 1.2.2 组合机床的特点 ------------------------------------------------------------ 2 1.3 PLC控制系统 ----------------------------------------------------------------------- 3 1.3.1 PLC简介 --------------------------------------------------------------------- 3 1.3.2 PLC控制系统设计的基本原则 ------------------------------------------ 4 1.3.3 PLC控制系统的一般步骤 ------------------------------------------------ 4第二章总体方案选择和控制方式选择----------------------------------------------------- 6 2.1 总体方案选择------------------------------------------------------------------------ 6 2.2 控制方式的选择--------------------------------------------------------------------- 6第三章电路图的设计 -------------------------------------------------------------------------- 6 3.1 主电路的设计------------------------------------------------------------------------ 6 3.2 PLC的I/O地址分配--------------------------------------------------------------- 8第四章控制程序的设计 --------------------------------------------------------------------- 10 4.1 顺序功能图的设计---------------------------------------------------------------- 10 4.2 梯形图的设计---------------------------------------------------------------------- 11 4.3 语句表的设计---------------------------------------------------------------------- 15 第五章调试及结果分析 ------------------------------------------------------------------- 21 5.1 硬件组态---------------------------------------------------------------------------- 21 5.2 仿真结果分析---------------------------------------------------------------------- 21 感想----------------------------------------------------------------------------------------------- 25 参考资料书-------------------------------------------------------------------------------------- 26
过程控制课程设计-流量比值控制Word版
一．设计任务分析 1.1设计任务的描述 在了解、熟悉和掌握双闭环流量比值控制系统的工艺流程和生产过程的静态和动态特性的基础之上，根据生产过程对控制系统所提出的安全性、经济性和稳定性要求，应用控制理论对控制系统进行分析和综合，最后采用计算机控制技术予以实现。 1.2设计的目的 通过对一个完整的生产过程控制系统的课程设计，使我们进一步加深对《过程控制系统》课程中所学内容的理解和掌握，提高我们将《过程检测与控制仪表》、《自动控制原理》、《微机控制技术》和《过程工程基础》等课程中所学到知识综合应用的能力。锻炼学生的综合知识应用能力，让学生了解一般工程系统的设计方法、步骤，系统的集成和投运。从而培养学生分析问题和解决问题的能力。 1.3设计的要求 1.从组成、工作原理上对工业型流量传感器、执行机构有一深刻的了解和认识。 2.分析控制系统各个环节的动态特性，从实验中获得各环节的特性曲线，建立被控对象的数学模型。 3.根据其数学模型，选择被控规律和整定调节器参数。 4.在Matlab上进行仿真，调节控制器参数，获得最佳控制效果。 5.了解和掌握自动控制系统设计与实现方法，并在THJ-2型高级过程控制系统平台上完成本控制系统线路连接和参数调试，得到最佳控制效果。 6.分析仿真结果与实际系统调试结果的差异，巩固所学的知识。 1.4本次设计的具体要求
1.控制电磁阀的开度实现流量的单闭环的PI调节。 2.通过变频器控制电磁阀运行实现流量的单闭环的PI调节 3.用比例控制系统使副回路的流量跟踪主回路的流量，满足一定的工艺生产要求 二．总体设计方案 2.1方案论证 根据实际生产情况，比值控制系统可以选择不同的控制方案，比值控制系统的控制方案主要有开环比值控制系统，单闭环比值控制系统，双闭环比值控制系统几种。 方案一： 单闭环控制系统原理设计的系统框图如图2.1所示。 图2.1 单闭环流量比值控制系统原理图 单闭环流量比值控制系统与串级控制系统相似，但功能不同。可见，系统中没有主对象和主调节器，这是单闭环比值控制系统在结构上与串级控制不同的地方，串级控制中的副变量是调节变量到被控变量之间总对象的一个中间变量，而在比值控制中，副流量不会影响主流量，这是两者本质上的区别。方案二： 在单闭环控制系统基础上，增加一个主流量闭环控制系统，单闭环比值控制系统就成为双闭环比值控制系统，其方框图如图2.2所示。
卧式镗床(T68)-机电传动控制课程设计任务书
沈阳航空航天大学 课程设计任务书 机电工程学院机械设计制造及自动化专业 班：学号：姓名： 一、课程设计课题某型号卧式镗床的电气控制系统设计 二、课程设计工作自至 三、课程设计技术说明和控制要求 1、设备机械部分运动说明 某型号卧式镗床主要有床身、前立柱、镗头架、工作台、后立柱和尾架等部分组成。其运动形式有三种：镗轴与花盘的旋转运动为主运动；进给运动包括镗轴的轴向进给、花盘上刀具的径向进给、镗头的垂直进给、工作台的纵向与横向进给；辅助运动为工作台的旋转、后立柱的水平移动、尾架的垂直移动及各部分的快速移动。 2、设备电气控制要求及技术参数 1）主运动与进给运动由同一台双速电动机M1拖动，各方向的快速运动由另一台电动机M2拖动 2）主轴旋转和进给都有较大的调速范围 3）要求M1能正反转，能正反向点动，并带有制动，各方向的进给都能快速移动，正反向都能短时点动 4）必要的保护环节、连锁环节、照明和信号电路 5）电动机的功率 M1：5.2KW M2：3KW
四、课程设计的主要内容 1、分析设备的电气控制要求，制定设计方案、绘制草图； 2、进行电路计算，选择元器件，并列出元器件目录表，绘制电气原理图（包 括主电路和控制电路）； 3、通电调试、故障排除、任务验收，编写设计说明书 五、课程设计时间安排 六、主要参考资料 1、齐占庆. 机床控制技术. 北京: 机械工业出版社，1999 2、邓星中主编. 机电传动控制. 武汉：华中科技大学出版社，2001 3、齐占庆. 王振臣主编. 电器控制技术. 北京：机械工业出版社, 2002 4、陈远龄. 机床电气自动控制. 重庆：重庆大学出版社，1997 5、方承远.工厂电气控制技术. 北京: 机械工业出版社，2000 6、张万奎主编.机床电气控制技术.北京：中国林业出版社，北京大学出版社， 2006
过程控制系统课程设计报告报告实验报告
成都理工大学工程技术学院《过程控制系统课程设计实验报告》 名称：单容水箱液位过程控制 班级：2011级自动化过程控制方向 姓名： 学号：
目录 前言 一．过程控制概述 (2) 二．THJ-2型高级过程控制实验装置 (3) 三．系统组成与工作原理 (5) （一）外部组成 (5) （二）输入模块ICP-7033和ICP-7024模块 (5) （三）其它模块和功能 (8) 四．调试过程 (9) （一）P调节 (9) （二）PI调节 (10) （三）PID调节 (11) 五．心得体会 (13)
前言 现代高等教育对高校大学生的实际动手能力、创新能力以及专业技能等方面提出了很高的要求，工程实训中心的建设应紧紧围绕这一思想进行。 首先工程实训首先应面向学生主体群，建设一个有较宽适应面的基础训练基地。通过对基础训练设施的 集中投入，面向全校相关专业，形成一定的规模优势，建立科学规范的训练和管理方法，使训练对象获得机械、 电子基本生产过程和生产工艺的认识，并具备一定的实践动手能力。 其次，工程实训的内容应一定程度地体现技术发展的时代特征。为了适应现代化工业技术综合性和多学科交叉的特点，工程实训的内容应充分体现机与电结合、技术与非技术因素结合，贯穿计算机技术应用，以适应科学技术高速发展的要求。应以一定的专项投入，建设多层次的综合训练基地，使不同的训练对象在获得对现代工业生产方式认识的同时，熟悉综合技术内容，初步建立起“大工程”的意识，受到工业工程和环境保护方面的训练，并具备一定的实用技能。 第三，以创新训练计划为主线，依靠必要的软硬件环境，建设创新教育基地。以产品的设计、制造、控制乃至管理为载体，把对学生的创新意识和创新能力的培养，贯穿于问题的观测和判断、创造和评价、建模和设计、仿真和建造的整个过程中。
自动控制课程设计~~~
指导教师评定成绩： 审定成绩： 重庆邮电大学 移通学院 自动控制原理课程设计报告 系部： 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 指导教师： 设计时间：2013年12 月 重庆邮电大学移通学院制
目录 一、设计题目 二、设计报告正文 摘要 关键词 设计内容 三、设计总结 四、参考文献
一、设计题目 《自动控制原理》课程设计（简明）任务书——供2011级机械设计制造及其自动化专业（4-6班）本科学生用 引言：《自动控制原理》课程设计是该课程的一个重要教学环节，既有别于毕业设计，更不同于课堂教学。它主要是培养学生统筹运用自动控制原理课程中所学的理论知识，掌握反馈控制系统的基本理论和基本方法，对工程实际系统进行完整的全面分析和综合。 一设计题目：Ｉ型二阶系统的典型分析与综合设计 二系统说明： 该Ｉ型系统物理模拟结构如图所示。 系统物理模拟结构图 其中：Ｒ＝1MΩ；C =1uF；R0=41R 三系统参量：系统输入信号：x(t)； 系统输出信号：y(t)；
四设计指标： 设定：输入为x(t)=a×1（t）（其中：a=5） 要求动态期望指标：M p﹪≤20﹪；t s≤4sec； 五基本要求： a)建立系统数学模型——传递函数； b)利用根轨迹方法分析和综合系统（学号为单数同学做）； c)利用频率特性法分析和综合系统（学号为双数同学做）； d)完成系统综合前后的有源物理模拟（验证）实验； 六课程设计报告： 1.按照移通学院课程设计报告格式写课程设计报告； 2.报告内容包括：课程设计的主要内容、基本原理； 3.课程设计过程中的参数计算过程、分析过程，包括： （1）课程设计计算说明书一份； （2）原系统组成结构原理图一张（自绘）； （3）系统分析，综合用精确Bode图一张； （4）系统综合前后的模拟图各一张（附实验结果图）； 4.提供参考资料及文献 5.排版格式完整、报告语句通顺； 6.封面装帧成册。
控制系统仿真课程设计
控制系统仿真课程设计 （2010级） 题目控制系统仿真课程设计学院自动化 专业自动化 班级 学号 学生姓名 指导教师王永忠/刘伟峰 完成日期2013年7月
控制系统仿真课程设计（一） ——锅炉汽包水位三冲量控制系统仿真1.1 设计目的 本课程设计的目的是通过对锅炉水位控制系统的Matlab仿真，掌握过程控制系统设计及仿真的一般方法，深入了解反馈控制、前馈-反馈控制、前馈-串级控制系统的性能及优缺点，实验分析控制系统参数与系统调节性能之间的关系，掌握过程控制系统参数整定的方法。 1.2 设计原理 锅炉汽包水位控制的操作变量是给水流量，目的是使汽包水位维持在给定的范围内。汽包液位过高会影响汽水分离效果，使蒸汽带水过多，若用此蒸汽推动汽轮机，会使汽轮机的喷嘴、叶片结垢，严重时可能使汽轮机发生水冲击而损坏叶片。汽包液位过低，水循环就会被破坏，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，甚至爆炸。 常见的锅炉汽水系统如图1-1所示，锅炉汽包水位受汽包中储水量及水位下汽包容积的影响，而水位下汽包容积与蒸汽负荷、蒸汽压力、炉膛热负荷等有关。影响水位变化的因素主要是锅炉蒸发量（蒸汽流量）和给水流量，锅炉汽包水位控制就是通过调节给水量，使得汽包水位在蒸汽负荷及给水流量变化的情况下能够达到稳定状态。 图1-1 锅炉汽水系统图
在给水流量及蒸汽负荷发生变化时，锅炉汽包水位会发生相应的变化，其分别对应的传递函数如下所示： （1）汽包水位在给水流量作用下的动态特性 汽包和给水可以看做单容无自衡对象，当给水增加时，一方面会使得汽包水位升高，另一方面由于给水温度比汽包内饱和水的温度低，又会使得汽包中气泡减少，导致水位降低，两方面的因素结合，在加上给水系统中省煤器等设备带来延迟，使得汽包水位的变化具有一定的滞后。因此，汽包水位在给水流量作用下，近似于一个积分环节和惯性环节相串联的无自衡系统，系统特性可以表示为 ()111()()(1)K H S G S W S s T s ==+ （1.1） （2）汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性 在给水流量及炉膛热负荷不变的情况下，当蒸汽流量突然增加时，瞬间会导致汽包压力的降低，使得汽包内水的沸腾突然加剧，水中气泡迅速增加，将整个水位抬高；而当蒸汽流量突然减小时，汽包内压力会瞬间增加，使得水面下汽包的容积变小，出现水位先下降后上升的现象，上述现象称为“虚假水位”。虚假水位在大中型中高压锅炉中比较显著，会严重影响锅炉的安全运行。“虚假水位”现象属于反向特性，变化速度很快，变化幅值与蒸汽量扰动大小成正比，也与压力变化速度成正比，系统特性可以表示为 222()()()1f K K H s G s D s T s s ==-+ （1.2） 常用的锅炉水位控制方法有：单冲量控制、双冲量控制及三冲量控制。单冲量方法仅是根据汽包水位来控制进水量，显然无法克服“虚假水位”的影响。而双冲量是将蒸汽流量作为前馈量用于汽包水位的调节，构成前馈-反馈符合控制系统，可以克服“虚假水位”影响。但双冲量控制系统要求调节阀具有好的线性特性，并且不能迅速消除给水压力等扰动的影响。为此，可将给水流量信号引入，构成三冲量调节系统，如图1-2所示。图中LC 表示水位控制器（主回路），FC 表示给水流量控制器（副回路），二者构成一个串级调节系统，在实现锅炉水位控制的同时，可以快速消除给水系统扰动影响；而蒸汽流量作为前馈量用于消除“虚假水位”的影响。
机电传动控制课程设计
机电传动控制课程设计 一、目录 引言 2 设计说明相关内容 （一）、课程设计题目 3 （二）、设计目的及要求 3 （三）、设计内容 4 一、控制方案设计 4 二、线路设计 4 三、控制电路的设计 6 四、元件的选取 6 五、柜体设计 8 六、结束语 11 七、参考文献 12
二、引言 《机电传动控制》课程是机械制造及其自动化专业的一门必修专业基础课，它是机电一体化人才所需电知识结构的躯体。在学习《机电传动控制》这门课程的时候，我能够深刻的体会到其重要性。作为机械类专业本基础教材，本课程涵盖了经典控制理论的基本原理和基本知识，内容与机械类课程现代控制理论相衔接。本书所讲内容突出机电结合，电为机用。在保证基本内容的前提下，简化理论分析，加强反映了当前机电领域的新技术和新知识，加强实例的分析、设计，力求做到内容深入浅出、重点突出，以利于我们开拓思路、深化知识。《机电传动控制》是机械设计制造及其自动化专业系列的教材之一，可以作为机械类专业及与之相近专业的同学们学习和研究。本课程不仅在于它是一门系统理论基础课程，是我们掌握控制论的基础知识，解决机械工程中的控制问题，更重要的是通过呵护唯物辩证法的方法论的建明阐述，使我们学会用控制理论观点，系统论方法，分析、处理机械工程中遇到的难题，启迪和发展我们的思维，培养我们分析问题和解决问题的能力。 由于现代科学和计算机技术的迅速发展，控制理论应用于机械工程的重要性日益明显。将理论联系实际，展开设计的课程设计实践，可以激发我们对该课程的学习兴趣而且能够让我们初步掌握系统性能分析及系统设计的基本方法，为专业课学习和参加控制工程实践打下必要的基础。由此可见，本次课程设计势在必行！
自动控制原理课程设计实验
上海电力学院 自动控制原理实践报告 课名：自动控制原理应用实践 题目：水翼船渡轮的纵倾角控制 船舶航向的自动操舵控制 班级： 姓名： 学号：
水翼船渡轮的纵倾角控制 一．系统背景简介 水翼船(Hydrofoil)是一种高速船。船身底部有支架，装上水翼。当船的速度逐渐增加，水翼提供的浮力会把船身抬离水面(称为水翼飞航或水翼航行，Foilborne)，从而大为减少水的阻力和增加航行速度。 水翼船的高速航行能力主要依靠一个自动稳定控制系统。通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。因此，设计上要求系统使浮力稳定不变，相当于使纵倾角最小。 航向自动操舵仪工作时存在包括舵机（舵角）、船舶本身（航向角）在内的两个反馈回路：舵角反馈和航向反馈。 当尾舵的角坐标偏转错误!未找到引用源。，会引起船只在参考方向上发生某一固定的偏转错误!未找到引用源。。传递函数中带有一个负号，这是因为尾舵的顺时针的转动会引起船只的逆时针转动。有此动力方程可以看出，船只的转动速率会逐渐趋向一个常数，因此如果船只以直线运动，而尾舵偏转一恒定值，那么船只就会以螺旋形的进入一圆形运动轨迹。 二．实际控制过程 某水翼船渡轮，自重670t，航速45节（海里/小时），可载900名乘客，可混装轿车、大客车和货卡，载重可达自重量。该渡轮可在浪高达8英尺的海中以航速40节航行的能力，全靠一个自动稳定控制系统。通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。因此，设计上要求该系统使浮力稳定不变，相当于使纵倾角最小。
上图：水翼船渡轮的纵倾角控制系统 已知，水翼船渡轮的纵倾角控制过程模型，执行器模型为F（s）=1/s。 三．控制设计要求 试设计一个控制器Gc（s），使水翼船渡轮的纵倾角控制系统在海浪扰动D （s）存在下也能达到优良的性能指标。假设海浪扰动D（s）的主频率为w=6rad/s。 本题要求了“优良的性能指标”，没有具体的量化指标，通过网络资料的查阅：响应超调量小于10%，调整时间小于4s。 四．分析系统时域 1.原系统稳定性分析 num=[50]; den=[1 80 2500 50]; g1=tf(num,den); [z,p,k]=zpkdata(g1,'v'); p1=pole(g1); pzmap(g1) 分析：上图闭环极点分布图，有一极点位于原点，另两极点位于虚轴左边，故处于临界稳定状态。但还是一种不稳定的情况，所以系统无稳态误差。 2.Simulink搭建未加控制器的原系统（不考虑扰动）。
控制系统仿真课程设计
控制系统数字仿真课程设计 1．课程设计应达到的目的 1、通过Matlab仿真熟悉课程设计的基本流程； 2、掌握控制系统的数学建模及传递函数的构造； 3、掌握控制系统性能的根轨迹分析； 4、学会分析系统的性能指标； 2．课程设计题目及要求 设计要求 1、进行系统总体设计，画出原理框图。（按给出的形式，自行构造数学模型，构造成1 个零点，三个极点的三阶系统，主导极点是一对共轭复根） G（s）=10(s+2)/(s+1)(s2+2s+6) 2、构造系统传递函数，利用MATLAB绘画系统的开环和闭环零极点图；(分别得 到闭环和开环的零极点图)参考课本P149页例题4-30 clear; num = [10,20]; den =[1 3 8 6]; pzmap(num,den) 3、利用MATLAB绘画根轨迹图，分析系统随着根轨迹增益变化的性能。并估算超 调量=16.3%时的K值（计算得到）。参考课本P149页例题4-31 clear num=[10,20]; den=[1 3 8 6]; sys=tf(num,den); rlocus(sys) hold on jjx(sys); s=jjx(sys); [k,Wcg]=imwk(sys)
set(findobj('marker','x'),'markersize',8,'linewidth',1.5,'Color','k'); set(findobj('marker','o'),'markersize',8,'linewidth',1.5,'Color','k'); function s=jjx(sys) sys=tf(sys); num=sys.num{1}; den=sys.den{1}; p=roots(den); z=roots(num); n=length(p); m=length(z); if n>m s=(sum(p)-sum(z))/(n-m) sd=[]; if nargout<1 for i=1:n-m sd=[sd,s] end sysa=zpk([],sd,1); hold on; [r,k]=rlocus(sysa); for i=1:n-m plot(real(r(i,:)),imag(r(i,:)),'k:'); end end else disp; s=[]; end function [k,wcg]=imwk(sys) sys=tf(sys) num=sys.num{1} den=sys.den{1}; asys=allmargin(sys); wcg=asys.GMFrequency; k=asys. GainMargin;
机电传动控制课程设计报告
机电传动控制课程设计报 告 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
引言 作为通用工业控制计算机，30年来，可编程控制器从无到有，实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制、及集散控制等各种任务的跨越。今天的可编程控制器正在成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。 可编程控制器的定义可编程控制器，简称PLC，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。
1 PLC控制系统设计 PLC控制系统设计的基本原则 任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则： 1.最大限度地满足被控对象的控制要求 2.C控制系统安全可靠 3. 力求简单、经济、使用及维修方便 4. 适应发展的需要 PLC机型选择 随着PLC的推广普及，PLC产品的种类和型号越来越多，功能日趋完善。从美国，日本、德国等国家引进的PLC产品及国内厂商组装或自行开发的PLC 产品已有几十个系列。上百种型号。其结构形式、性能、容量、指令系统，编程方法、价格等各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选择PLC产品，对于提高PLC控制系统的技术经济指标起着重要作用。一般来说，各个厂家生产的产品在可靠性上都是过关的，机型的选择主要是指在功能上如何满足自己需要，而不浪费机器容量。PLC的选择主要包括机型选择，容量选择，输入输出模块选择、电源模块选择等几个方面。 1、可编程控制器控制系统I/O点数估算 I/O点数是衡量可编程控制器规模大小的重要指标。根据被控对象的输入信号与输出信号的总点数，选择相应规模的可编程控制器并留有10%～15%的I/O 裕量。估算出被控对象上I/O点数后，就可选择点数相当的可编程控制器。如果是为了单机自动化或机电一体化产品，可选用小型机，如果控制系统较大，输入输出点数较多，被控制设备分散，就可选用大、中型可编程控制器。 2、内存估计 用户程序所需内存容量要受到下面几个因素的影响：内存利用率；开关量输入输出点数；模拟量输入输出点数。 （1）内存利用率用户编的程序通过编程器键入主机内，最后是以机器语言的形式存放在内存中，同样的程序，不同厂家的产品，在把程序变成机器语言存放时所需要的内存数不同，我们把一个程序段中的接点数与存放该程序段所代表的机器语言所需的内存字数的比值称为内存利用率。高的利用率给用
过程控制课程设计报告
北华航天工业学院 课程设计报告（论文） 设计课题：前馈反馈控制系统的 设计与整定 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 设计时间：2013年12月06日
北华航天工业学院电子工程系 过程控制课程设计任务书 指导教师：教研室主任： 2013年12月06日 注：本表下发学生一份，指导教师一份，栏目不够时请另附页。 课程设计任务书装订于设计计算说明书（或论文）封面之后，目录页之前。
内容摘要 液位控制是工业中常见的过程控制，例如在饮料食品加工、化工生产、锅炉汽泡液位等多种行业的生产加工过程中都需要对液位进行适当的控制，它对生产的影响不容忽视。对于液位控制系统的方法，目前有常规的PID控制，但是PID 控制采用固定的参数，难以保证控制适应系统的参数变化和工作条件变化，得不到理想效果。而且，对于一些控制精度要求较高的场合，例如核电厂的蒸汽生成器中的液位控制，某些化工原料厂的化学溶液液位等问题，不允许在有扰动的情况下出现太大的超调量和过程的调节时间。 目前为了达到精度较高要求的先进控制策略的发展有：预测控制、自适应控制、智能控制、模糊控制等。具体采用的方法如将模糊控制和传统的PID控制两者结合，用模糊控制理论来整定PID控制器的比例，积分，微分系统；以负荷为前馈扰动量构成一个串级加前馈的三冲量闭环控制系统等。目前各种锅炉汽包水位控制绝大多数采用三冲量水位控制策略。 本文针对液位控制系统中较为基础的单容水箱作为控制对象，单容液位控制系统具有非线性，滞后，耦合等特征，能够很好的模拟工业过程特征。而对于控制系统的选择为前馈——反馈系统。一般的控制系统都属于反馈控制, 这种控制作用总是落后于扰动作用。对于时滞较大、扰动幅度大而频繁的过程控制往往不能满足生产要求。引入前馈控制可以获得显著的控制效果。前馈控制是按照扰动作用的大小进行控制, 所以控制是及时的。如果补偿作用完善可以使被控变量不产生偏差。 索引关键词：前馈—反馈控制PID 自动控制液位控制
自动控制原理课程设计报告
自控课程设计课程设计(论文) 设计（论文）题目单位反馈系统中传递函数的研究 学院名称Z Z Z Z学院 专业名称Z Z Z Z Z 学生姓名Z Z Z 学生学号Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z 任课教师Z Z Z Z Z 设计（论文）成绩
单位反馈系统中传递函数的研究 一、设计题目 设单位反馈系统被控对象的传递函数为 ) 2)(1()(0 0++= s s s K s G （ksm7） 1、画出未校正系统的根轨迹图，分析系统是否稳定。 2、对系统进行串联校正，要求校正后的系统满足指标： （1）在单位斜坡信号输入下，系统的速度误差系数=10。 （2）相角稳定裕度γ>45o , 幅值稳定裕度H>12。 （3）系统对阶跃响应的超调量Mp <25%,系统的调节时间Ts<15s 3、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。 4、给出校正装置的传递函数。计算校正后系统的截止频率Wc 和穿频率Wx 。 5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。 6、在SIMULINK 中建立系统的仿真模型，在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节，观察分析非线性环节对系统性能的影响。 7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响（自由发挥）。 二、设计方法 1、未校正系统的根轨迹图分析 根轨迹简称根迹，它是开环系统某一参数从0变为无穷时，闭环系统特征方程式的根在s 平面上变化的轨迹。 1）、确定根轨迹起点和终点。 根轨迹起于开环极点，终于开环零点；本题中无零点，极点为：0、-1、-2 。故起于0、-1、-2，终于无穷处。 2）、确定分支数。 根轨迹分支数与开环有限零点数m 和有限极点数n 中大者相等，连续并且对称于实轴；本题中分支数为3条。
智能控制系统课程设计
目录 有害气体的检测、报警、抽排.................. . (2) 1 意义与要求 (2) 1.1 意义 (2) 1.2 设计要求 (2) 2 设计总体方案 (2) 2.1 设计思路 (2) 2.2 总体设计方框图 2.3 完整原理图 (4) 2.4 PCB制图 (5) 3设计原理分析 (6) 3.1 气敏传感器工作原理 (7) 3.2 声光报警控制电路 (7) 3.3 排气电路工作原理 (8) 3.4 整体工作原理说明 (9) 4 所用芯片及其他器件说明 (10) 4.1 IC555定时器构成多谐振荡电路图 (11) 5 附表一：有害气体的检测、报警、抽排电路所用元件 (12) 6.设计体会和小结 (13)
有害气体的检测、报警、抽排 1 意义与要求 1.1.1 意义 日常生活中经常发生煤气或者其他有毒气体泄漏的事故，给人们的生命财产安全带来了极大的危害。因此，及时检测出人们生活环境中存在的有害气体并将其排除是保障人们正常生活的关键。本人运用所学的电子技术知识，联系实际，设计出一套有毒气体的检测电路，可以在有毒气体超标时及时抽排出有害气体，使人们的生命健康有一个保障。 1.2 设计要求 当检测到有毒气体意外排时，发出警笛报警声和灯光间歇闪烁的光报警提示。当有毒气体浓度超标时能自行启动抽排系统，排出有毒气体，更换空气以保障人们的生命财产安全。抽排完毕后，系统自动回到实时检测状态。 2 设计总体方案 2.1 设计思路 利用QM—N5气敏传感器检测有毒气体，根据其工作原理构成一种气敏控制自动排气电路。电路由气体检测电路、电子开关电路、报警电路、和气体排放电路构成。当有害气体达到一定浓度时，QM—N5检测到有毒气体，元件两极电阻变的很小，继电器开关闭合，使得555芯片组成的多谐电路产生方波信号，驱动发光二极管间歇发光；同时LC179工作，驱使蜂鸣器间断发出声音；此时排气系统会开始抽排有毒气体。当气体被排出，浓度低于气敏传感器所能感应的范围时，电路回复到自动检测状态。
过程控制课程设计
目录 检测技术与过程控制设计任务书 (2) 系统概况： (2) 系统参数 (2) 要求： (3) 检测技术与过程控制设计报告 (4) SIMULINK简介 (4) 设计原理图 (5) 系统参数 (5) 仿真 (5) 调节器参数整定 (11)
检测技术与过程控制设计任务书 题目C：某温度控制系统的MATLAB仿真 系统概况： 设某温度控制系统方块图如图： 图中G c(s)、G v(s)、G o(s)、G m(s)、分别为调节器、执行器、过程对象及温度变送器的传递函数；电动温度变送器测量范围（量程）为50～100O C，调节器输出信号为4～20mA。G f(s)为干扰通道的传递函数。 系统参数
要求： 1、验证性仿真 （1）分别建立仿真结构图，进行以下仿真，并求出主要性能指标： ①控制器为比例控制，其比例度分别为δ＝10％、20％、50％、100％、200％时，系统广义对象输出z(t)的过渡过程； ②控制器为比例积分控制，其比例度δ＝20％，积分时间分别为TI＝1min、 3min、5min、10min时，z(t)的过渡过程； ③控制器为比例积分微分控制，其比例度δ＝10％，积分时间TI＝5min，微分时间TD = 0.2min时，z(t)的过渡过程。 （2）对以上仿真结果进行分析比对，得出结论。 2、调节器参数整定 分别针对PI、PID控制规律，采用稳定边界法，基于MATLAB仿真整定调节器 3、撰写设计报告。 【注】：调节器比例带δ的说明 比例控制规律的输出p(t)与输入偏差信号e(t)之间的关系为 式中，K c叫作控制器的比例系数。 在过程控制仪表中，一般用比例度δ来表示比例控制作用的强弱。比例度δ定义为
自动控制原理课程设计
扬州大学水利与能源动力工程学院 课程实习报告 课程名称：自动控制原理及专业软件课程实习 题目名称：三阶系统分析与校正 年级专业及班级：建电1402 姓名：王杰 学号： 141504230 指导教师：许慧 评定成绩： 教师评语： 指导老师签名： 2016 年 12月 27日
一、课程实习的目的 （1）培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用经典控制理论和相关课程知识的能力； （2）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； （3）学会使用MATLAB语言及Simulink动态仿真工具进行系统仿真与调试； （4）学会使用硬件搭建控制系统； （5）锻炼独立思考和动手解决控制系统实际问题的能力，为今后从事控制相关工作打下较好的基础。 二、课程实习任务 某系统开环传递函数 G(s)=K/s(0.1s+1）（0.2s+1） 分析系统是否满足性能指标： （1)系统响应斜坡信号r(t)=t,稳态误差小于等于0.01； （2）相角裕度y>=40度； 如不满足，试为其设计一个pid校正装置。 三、课程实习内容 （1）未校正系统的分析： 1）利用MATLAB绘画未校正系统的开环和闭环零极点图 2）绘画根轨迹，分析未校正系统随着根轨迹增益变化的性能（稳定性、快速性）。 3）作出单位阶跃输入下的系统响应，分析系统单位阶跃响应的性能指标。 4）绘出系统开环传函的bode图，利用频域分析方法分析系统的频域性能指标（相角裕度和幅值裕度，开环振幅）。 （2）利用频域分析方法，根据题目要求选择校正方案，要求有理论分析和计算。并与Matlab计算值比较。 （3）选定合适的校正方案（串联滞后/串联超前/串联滞后-超前），理论分析并计算校正环节的参数，并确定何种装置实现。
计算机控制系统课程设计
《计算机控制》课程设计报告 题目: 超前滞后矫正控制器设计 姓名: 学号: 10级自动化 2013年12月2日
《计算机控制》课程设计任务书 指导教师签字：系（教研室）主任签字： 2013年11 月25 日
1.控制系统分析和设计 1.1实验要求 设单位反馈系统的开环传递函数为) 101.0)(11.0(100 )(++= s s s s G ，采用模拟设 计法设计数字控制器，使校正后的系统满足：速度误差系数不小于100，相角裕度不小于40度，截止角频率不小于20。 1.2系统分析 （1）使系统满足速度误差系数的要求: ()() s 0 s 0100 lim ()lim 100 0.1s 10.011V K s G s s →→=?==++ (2)用MATLAB 画出100 ()(0.11)(0.011) G s s s s = ++的Bode 图为： -150-100-50050 100M a g n i t u d e (d B )10 -1 10 10 1 10 2 10 3 10 4 P h a s e (d e g ) Bode Diagram Gm = 0.828 dB (at 31.6 rad/s) , P m = 1.58 deg (at 30.1 rad/s) Frequency (rad/s) 由图可以得到未校正系统的性能参数为： 相角裕度0 1.58γ=?， 幅值裕度00.828g K dB dB =, 剪切频率为：030.1/c rad s ω=， 截止频率为031.6/g rad s ω=
（3）未校正系统的阶跃响应曲线 024******** 0.20.40.60.811.2 1.41.61.8 2Step Response Time (seconds) A m p l i t u d e 可以看出系统产生衰减震荡。 （4）性能分析及方法选择 系统的幅值裕度和相角裕度都很小，很容易不稳定。在剪切频率处对数幅值特性以-40dB/dec 穿过0dB 线。如果只加入一个超前校正网络来校正其相角，超前量不足以满足相位裕度的要求，可以先缴入滞后，使中频段衰减，再用超前校正发挥作用，则有可能满足要求。故使用超前滞后校正。 1.3模拟控制器设计 （1）确定剪切频率c ω c ω过大会增加超前校正的负担，过小会使带宽过窄，影响响应的快速性。 首先求出幅值裕度为零时对应的频率，约为30/g ra d s ω=，令 30/c g rad s ωω==。 （2）确定滞后校正的参数 2211 3/10 c ra d s T ωω= ==, 20.33T s =,并且取得10β=