高职集散控制系统运行维护的学习领域课程开发
高职集散控制系统运行维护的学习领域课程开发
【摘要】集散控制系统运行维护是过程控制类自动化专业核心课程之一，以该课程为例，从课程开发理念、课程开发路径、课程教学实施等方面探讨学习领域课程的开发模式。
【关键词】高职DCS学习领域课程开发
集散控制系统运行维护是过程自动化相关专业的一门核心专业课程。课程知识涉及自动控制原理、组态软件技术、过程控制技术等内容，其在人才培养中占据重要地位。但一直以来，课程教学过分重视基本原理，缺乏应用实践，缺少与现场工作相结合的实用知识，学生只会死记硬背书本上的原理和公式，无法掌握知识和技能，不能突出工作实践在课程体系中的逻辑主线地位。
我院电气自动化技术专业团队每年都深入合作企业开展人才需求调研，从企业的反馈信息分析，企业需要的过程自动化技术专业人才不仅能熟练地维护检测仪表、过程控制系统，而且要掌握生产工艺，具备集散控制系统组态、运行、维护的技能，并且企业还重视学生发现解决问题能力、团队合作能力以及敬业精神等方面的职业素养。因此，专业团队按学习领域课程理念对专业核心课程集散控制系统运行维护进行了重新设计。
一、课程开发理念
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）。
过程控制与集散系统课后习题答案
r t 1 y 3 y ) (∞y s t y 图1.3 过程控制系统阶跃响应曲线 1-1过程控制系统中有哪些类型的被控量 温度、压力、流量、液位、物位、物性、成分 1-2过控系统有哪些基本单元构成，与运动控制系统有无区别 被控过程或对象、用于生产过程参数检测的检测仪表和变送仪表、控制器、执行机构、报警保护盒连锁等其他部件 过程控制，是一种大系统控制，控制对象比较多，可以想象为过程控制是对一条生1-4衰减比和衰减率 衰减比等于两个相邻同向波峰值之比。 衡量振荡过程衰减程度的指标。 衰减率是经过一个周期以后，波动幅度衰减的百分数。 衡量振荡过程衰减程度的另一种指标。 一般希望过程控制系统的衰减比η=4:1～10:1,相当于衰减率Ψ=0.75到0.9。 若衰减率Ψ =0.75,大约振荡两个波系统进入稳态。 1-5最大动态偏差和超调量有何异同 最大动态偏差是指在阶跃响应中，被控参数偏离其最终稳态值的最大偏差量， 表现在过渡 过程开始的第一个波峰（y1）。 最大动态偏差是衡量过程控制系统动态准确性的指标。 超调量为最大动态偏差占被控量稳态值的百分比。 余差是指过渡过程结束后，被控量新的稳态值与设定值的差值。余差是过程控制系统稳态准确性的衡量指标。 调节时间ts 是从过渡过程开始到结束的时间。 理论上应该为无限长。一般认为当被控量进入其稳态值的5%范围内所需时间 就是调节时间.调节时间是过程控制系统快速性的指标。 振荡频率β是振荡周期的倒数。 在同样的振荡频率下，衰减比越大则调节时间越短；当衰减比相同时，则振荡 频率越高，调节时间越短。振荡频率在一定程度上也可作为衡量过程控 制系统快速性的指标。 过程控制的目标 安全性 稳定性 经济性 过程工业的特点 强调实时性和整体性/全局优化的重要性/安全性要求 过程控制系统的特点 / 被控过程的多样性 / 控制方案的多样性/被控过程属慢过程、多参数控制/定值控制/过程控制多种分类方法 过程控制系统的性能指标/稳定性、准确性/快速性 2-1什么是对象的动态特性，为什么要研究它 研究对象特性通常以某种形式的扰动输入对象，引起对象输出发生相应的变化，这种变化在时域或者频域上用微分方程或者传递函数进行描述，称为对象的动态特性。 动态特性：被控参数随时间变化的特性y(t) 研究被控对象动态特性的目的是据以配合合适的控制系统，以满足生产过程的需求。 2-2描述对象动态特性的方法有哪些 参数描述法 /传递函数描述/差分方程描述/状态空间描述 非参数描述法---响应曲线/阶跃响应/脉冲响应/频率响应/噪声响应:白噪声、M 序列 2-3过控中被控对象动态特性有哪些特点 1)对象的动态特性是不振荡的 2）对象动态特性有延迟 3）被控对象本身是稳定的或中性稳定的 2-4单容对象放大系数K 和时间常数T 各与哪些因素有关，K 、T 大小对动态特性的 影响 T 反映对象响应速度的快慢 K 是系统的稳态指标/K 大，系统的灵敏度高 2-5对象的纯滞后时间产生的原因是什么 纯延迟现象产生的原因是由于扰动发生的地点与测定被控参数位置有一定距离。 具有自平衡能力的双容对象的传递函数1 )()()()(21221+++= ??= s T T s T T K s U s H s G 有纯延迟时 s e s T T s T T K s U s H s G 01 )()()()(21221τ-+++=??= 具有自平衡能力的多容对象 若还有纯延迟 4 PID 调节原理 4-1，P 、I 、D 控制规律各有何特点，那些是有差、无差调节，为了提高控制系统的稳定性，消除控制系统的误差，应该选择那些调节规律 P 调节中，调节器的输出信号u 与偏差信号e 成比例 u = Kp e P 调节对偏差信号能做出及时反应，没有丝毫的滞后 有差调节,(放大系数越小，即比例带越大，余差就越大) 比例带δ大,调节阀的动作幅度小，变化平稳，甚至无超调，但余差大，调节时间也很长 比例调节的特点： （1）比例调节的输出增量与输入增量呈一一对应的比例关系，即：u = K e （2）比例调节反应速度快，输出与输入同步，没有时间滞后，其动态特性好。 （3）比例调节的结果不能使被调参数完全回到给定值，而产生余差。 若对象较稳定,则比例带可选小些，这样可以提高系统的灵敏度，使反应速度加快 积分调节（I 调节) 调节器的输出信号的变化速度du/dt 与偏差信号e 成正比，或者说调节器的输出与偏差信号的积分成正比， 只要偏差存在，调节器的输出就会不断变化 积分调节作用能自动消除余差./无差调节 稳定作用比P 调节差 滞后特性使其难以对干扰进行及时控制 增大积分速度，调节阀的速度加快，但系统的稳定性降低 微分调节（D 调节） 调节器的输出u 与被调量或其偏差e 对于时间的导数成正比 微分调节只与偏差的变化成比例，变化越剧烈，由微分调节器给出的控制作用越大 微分调节主要用于克服调节对象有较大的传递滞后和容量滞后 012345678 0.20.40.60.811.2 1.41.61.8Step Response Time (sec) A m p l i t u d e K=0.2K=1K=10K=100 调节作用用以减少偏差。 比例作用大，可以加快调节，减少误差 但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。 Time (sec) A m p l i t u d e Ti=1Ti=5Ti=10Ti=inf 积分调节作用：是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。 积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti ，Ti 越小，积分作用就越强。反之Ti 大则积分作用弱。 加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。 积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI 调节器或PID 调节器。 Time (sec) A m p l i t u d e Td=0.5Td=1Td=10Td=0 微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作 % 100) (1 ?∞=y y σ)()(∞-=∞y r e 31y y =η1 3 1 y y y -=ψp π β2=
高职院校校本课程开发
高职院校校本课程开发 p1999年6月,《国务院关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》指出:“调整和改革课程体系、结构、内容、建立新的基础教育课程体系,试行学校课程,开发和编写体现新知识、新技术、新工艺和新方法的具有职业教育特色的课程。”校本课程的开发由此开始。 1校本课程的定义 “校本课程”是一个外来语,最先出现于英美等国,已有20多年的历史了。校本课程是由某一类学校或某一级学校的个别教师、部分教师或全体教师根据国家制定的教育目的,在分析本校外环境和内环境的基础上,针对本校、本年级或本班级特定的学生群体,编制、实施和评价的课程。 校本课程是学校自主决定的课程,它的开发主体是教师。教师可以与专家合作,但不使专家编写教材,由教师用。教师开发课程的模式是实践—评估—开发,教师在实践中,对自己所面对的情景进行分析,对学生的需要做出评估,确定目标,选择与组织内容,决定实施与评价的方式。目前,校本课程开发的主体是教师小组,而不是单个教师。 2校本课程开发的理念 高职院校是为地方区域和企业行业培养合格的人才,促进其经济快速平稳发展的,因此与其它类型的教育比起来有它自己的特色,高职教育特色鲜明,强调实践性、专业性,在高职校本课程的开发上,要充分体现出该特色。 2.1 以就业为目标 高职教育是为地方区域和行业企业经济服务的,因此它的课程要最直接的反映经济发展的需要,为企业培养合格的技能型和实用型人才,所以,高职教育也是就业教育。在课程开发过程中,要紧跟企业行业发展,特别是在国家进行产业结构升级和经济结构调整的今天,密切注意企业的用工需求和用工动向,把提高学生就业率作为校本课程开发的根本目标。在校本课程编写过程中,应做到取长补短,一方面积极吸收传统教材重视学科学科系统性的优点,还要注重职业教育的特殊性,将课程开发与技能鉴定、技能取证相联系,为今后学生更好更快的就业铺平道路,学校与企业相结合,可以很好的解决这个问题,做到理论与实践结合。 2.2 以能力为本
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。
课程设计—材料分拣控制系统
材料分拣控制系统设计 自动化专业课程设计
一．设计要求 设计于东控制系统模拟自动化工业生产过程，通过传感器采集信号，利用PLC 控制器实现对电机和气缸的控制，完成对不同材料的分拣，系统的调速定位控制可进行PID控制 主要技术参数 1．电源：AC220V±10%（带保护地三芯插座） 2．气源：0.2Mpa~0.85Mpa洁净压缩空气 3．分拣容： （1）金属与非金属料块 （2）某一颜色料块 （3）金属中某一颜色料块 （4）非金属中某一颜色料块 （5）金属中某一颜色料块和非金属中某一颜色料块 建议分拣颜色为：红、黄、蓝；建议分拣材料为：铁、铝、塑料 4．外形尺寸：800X500X1100 mm 二．设计方案 实物图
图一材料分拣装置结构图(正面) 1-输送带；2-输送带驱动电机；3-料块仓库；4-分类储存滑道；5-料仓料块检测传感器；6-电感式识别传感器；7-电容式识别传感器；8-颜色识别传感器；；9-旋转编码器；10-手动操作盘 图二材料分拣装置结构图(后面)
12-气缸；13-气源过滤减压阀；14-电磁阀；15-控制器；16-端子板；17-继电器；18-功能转换开关。 材料分拣装置由料块仓库、电动输送带、自动分拣部件、控制器和手动操作盘组成，如图一和图二所示。 料块仓库是一个手动入库自动出库的部件。使用时可将料块放入仓库中，当光电传感器感测到料块时系统开始运行，即启动输送带并由出库气缸将库最底层料块推入输送带。 电动输送带是由交流减速电机驱动的皮带式水平输送装置。它将料块匀速平稳的送至自动分拣部件。 自动分拣部件由传感器、旋转编码器、微型直线气缸及滑道组成。当传感器检测到相应料块时，对应的气缸将其推入应去的滑道；当料块的材料或颜色为非分拣要求时，经旋转编码器计量后对应的气缸将其推入应去的滑道。 控制器采用PLC。它接受料仓传感器、各料块传感器、旋转编码器、气缸位置传感器的信号，根据要求分别控制输送带电机和各电磁换向阀。 手动操作盘可以通过按钮控制装置的各种动作，并实现自动运行的启动。 本装置还可以与其他装置联机运行（如本厂生产的机械手模型），构成连续性生产线模型。
集散控制系统学习心得
集散控制系统课程学习报告 学院名称：电气学院 专业班级： 1 学生姓名： 学生学号： 2013年12 月
集散控制系统学习心得 通过本课程的学习，让我对集散控制系统有了初步的了解下面就本学期的学习对本课程做介绍。 一、集散控制系统(DCS)简介 DCS，即所谓的分布式控制系统，或在有些资料中称之为集散系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。在系统功能方面，DCS和集中式控制系统的区别不大，但在系统功能的实现方法上却完全不同。 首先，DCS的骨架——系统网络，它是DCS的基础和核心。由于网络对于DCS整个系统的实时性、可靠性和扩充性，起着决定性的作用，因此各厂家都在这方面进行了精心的设计。对于DCS的系统网络来说，它必须满足实时性的要求，即在确定的时间限度内完成信息的传送。这里所说的“确定”的时间限度，是指在无论何种情况下，信息传送都能在这个时间限度内完成，而这个时间限度则是根据被控制过程的实时性要求确定的。因此，衡量系统网络性能的指标并不是网络的速率，即通常所说的每秒比特数（bps），而是系统网络的实时性，即能在多长的时间内确保所需信息的传输完成。系统网络还必须非常可靠，无论在任何情况下，网络通信都不能中断，因此多数厂家的DCS均采用双总线、环形或双重星形的网络拓扑结构。为了满足系统扩充性的要求，系统网络上可接入的最大节点数量应比实际使用的节点数量大若干倍。这样，一方面可以随时增加新的节点，另一方面也可以使系统网络运行于较轻的通信负荷状态，以确保系统的实时性和可靠性。在系统实际运行过程中，各个节点的上网和下网是随时可能发生的，特别是操作员站，这样，网络重构会经常进行，而这种操作绝对不能影响系统的正常运行，因此，系统网络应该具有很强在线网络重构功能。 其次，这是一种完全对现场I/O处理并实现直接数字控制（DOS）功能的网络节点。一般一套DCS中要设置现场I/O控制站，用以分担整个系统的I/O和控制功能。这样既可以避免由于一个站点失效造成整个系统的失效，提高系统可靠性，也可以使各站点分担数据采集和控制功能，有利于提高整个系统的性能。DCS的操作员站是处理一切与运行操作有关的人机界面（HMI-Human Machine Interface或operator interface）功能的网络节点。系统网络是DCS的工程师站，它是对DCS进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制、维护的网络节点，其主要功能是提供对DCS进行组态，配置工作的工具软件（即组态软件），并在DCS在线运行时实时地监视DCS网络上各个节点的运行情况，使系统工程师可以通过工程师站及时调整系统配置及一些系统参数的设定，使DCS随时处在最佳的工作状态之下。与集中式控制系统不同，所有的DCS都要求有系统组态功能，可以说，没有系统组态功能的系统就不能称其为DCS。 DCS自1975年问世以来，已经经历了二十多年的发展历程。在这二十多年中，DCS虽然在系统的体系结构上没有发生重大改变，但是经过不断的发展和完善，其功能和性能都得到了巨大的提高。总的来说，DCS正在向着更加开放，更加标准化，更加产品化的方向发展。作为生产过程自动化领域的计算机控制系统，传统的DCS仅仅是一个狭义的概念。如果以为DCS只是生产过程的自动化系统，那就会引出错误的结论，因为现在的计算机控制系统的含义已被大大扩展了，它不仅包括过去DCS中所包含的各种内容，还向下深入到了现场的每台测量设备、执行机构，向上发展到了生产管理，企业经营的方方面面。传统意义上的DCS现在仅仅是指生产过程控制这一部分的自动化，而工业自动化系统的概念，则应定位到企业全面解决方案，即total solution 的层次。只有从这个角度上提出问题并解决问题，才能使计算机自动化真正起到其应有的作用。 进入九十年代以后，计算机技术突飞猛进，更多新的技术被应用到了DCS之中。PLC是一种针对顺序逻辑控制发展起来的电子设备，它主要用于代替不灵活而且笨重的继电器逻
控制系统课程设计
控制系统（1）课程设计指导书1 2012-2013学年第一学期 班级：电气定单2009级一班 指导教师：张开如 一、课程设计任务书 1.课程设计题目：双闭环直流调速系统的设计 2.课程设计主要参考资料 （1）电力拖动自动控制系统-运动控制系统，陈伯时主编，第3、4版，机械工业出版社 （2）电力电子技术（教材），王兆安，黄俊主编，机械工业出版社 （3）电力电子技术，孙树朴等编著，2000.7，中国矿业大学出版社 3.课程设计应解决主要问题 （1）推导双闭环调速系统的静特性方程式：工作段和下垂段静特性方程式； （2）计算系统的稳态参数； （3）用工程设计方法进行动态设计，确定ASR和ACR结构并选择参数（注：应考虑给定和反馈滤波）； （4）画出三相全控桥式晶闸管整流电路图，计算晶闸管定额参数（电压、电流等）。 4.课程设计相关附件 这一项不填（所有相关图纸画在设计过程中的相关位置）。 5.时间安排 共四周：2012.8.27～2012.9.21。 第一、二周：2012.8.27～2012.9.7理论设计。要求：根据指导书进行设计。 第三、四周：2012.9.10～2012.9.21实验室调试（根据实验室情况，可以延期到四周后的周六或周日做实验）。 二、已知条件及控制对象的基本参数 （1）已知电动机参数为：额定功率P N=3kW，额定电压U N=220V，额定电流I N=17.5A，额定转速n N=1500r/min，电枢绕组电阻R a=1.25Ω，GD2=3.53N·m2。 （2）采用三相全控桥式晶闸管整流，整流装置内阻R rec =1.3Ω。平波电抗器电阻R L=0.3Ω。整流回路总电感L=200mH（考虑了变压器漏感等）。 （3）采用速度、电流双闭环调节。这里暂不考虑稳定性问题，设ASR和ACR均采用PI调节器，ASR 限幅输出U im*=-10V，ACR限幅输出U ctm=10V，ASR和ACR的输入电阻R o=20KΩ，最大给定U nm*=10V，调速范围D=20，静差率s=10%，堵转电流I dbl=2.1I N，临界截止电流I dcr=2I N。 （4）设计指标：电流超调量σi %≤5%，空载起动到额定转速时的转速超调量σn≤10%，空载起动到额定转速的过渡过程时间 t S≤1.5s。 三、设计要求 （1）画出双闭环调速系统的电路原理图和系统的稳态结构图（设ASR和ACR均采用PI调节器）； （2）推导系统的静特性方程式：工作段和下垂段静特性方程式； （3）计算系统的稳态参数，包括：推导计算K ASR公式、推导计算K ACR公式；计算C e、n cr(临界截止电流I dcr对应的电动机转速)、电流反馈系数β、K ASR、K S和K ACR； （4）用工程设计方法进行动态设计，决定ASR和ACR结构并选择参数（注：应考虑给定和反馈滤波）； （5）动态设计过程中画出双闭环调速系统的电路原理图及动态结构图； （6）画出三相全控桥式晶闸管整流电路图，计算晶闸管定额参数； （7）（此小题为选做）若选用锯齿波垂直移相相控触发电路，试画出与电流调节器输出信号和各晶闸管的连接线路图，并选择触发电路同步电压（画出晶闸管主电路及同步变压器）。 四、设计方法及步骤 1.稳态设计 （1）画系统的稳态结构图时，应先画出电路原理图，而此时的PI调节器只有两种状态：饱和-输出达到限幅植，不饱和-输出未达到限幅植。参考教材。 （2）在推导系统的静特性方程式时，注意所谓工作段是指调节器的输出未达到限幅植，此时的稳态结构图参考教材。下垂段静特性方程式是指速度调节器的输出达到限幅植，此时只有电流环起
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。
DCS集散控制系统课程总结
集散控制系统课程总结 本文将从课程学习框架（附件）、各章节内容、学习心得体会三个方面阐述自己对集散控制系统这门学科的了解，并作出以下总结：（其中学习框架参考书中目录及其自己所看章节而定位；各章节内容由看书过程中认为的重要及疑难问题内容设置而成） 一、DCS概述与PLC的关系 1.1 DCS的概述 1、计算机如何进行处理信息？ 控制计算机处理的信息只能是数字量，在实际生产过程中，被控量（如温度、压力、流量等）都是模拟量，执行机构接受的大多数是模拟量。所以，系统需有将模拟信号转换为数字信号的模/数（A/D）转换器和将数字信号转换为模拟信号的数/模（A/D）转换器。 2、计算机控制系统的组成？ 主机、输入/输出设备、通信设备、现场设备、操作台、系统软件、应用软件 3、计算机控制系统的分类有哪些？ 数据采集系统（DAS）、直接数字控制系统（DDC）、计算机监督控制系统（SCC）、分散控制系统（DCS）、现场总线控制系统（FCS）、综合自动化系统（CIPS） 4、DCS的概念？ 集散型控制系统(Total Distributed Control Systems以下称作DCS) 也称为分散控制系统(Distributed Computer Control Systems)，它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，分析了计算机、通讯（Communication）、显示（CRT）和控制（Control）等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。它是以微处理器为核心，采用数据通讯技术和图形显示技术的新型计算机控制系统。该系统能够完成直接数字控制、顺序控制、批量控制、数据采集与处理、多变量解耦控制以及最优控制等功能，在先进的集散型控制系统中，还包含有生产的指挥、调度和管理功能。 5、DCS集散控制系统的特点？ 1).采用分散技术、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调发展的设计原则，大大提 高系统的可靠性。 2).采用4C技术，即Control控制技术；Computer计算机技术；Communication 通信技术； Cathode Ray Tube CRT显示技术。
课程开发与高职教育的专业建设(一)
课程开发与高职教育的专业建设(一) 摘要：课程开发是高职院校进行专业建设和改革的核心。课程开发的首要任务是设定课程方向，即专业的设置，其要点在于分析行业企业、教育与市场、人才规格、学习者及学校教学的实际需求，以取得课程开发的客观基础，进而设计出相应的专业体系与课程体系。 关键词：高职教育；专业建设；课程开发；需求分析 找准经济、社会和个体发展的要求与高职人才培养之间的结合点，是高职院校专业设置的要义。专业是高职教育服务于社会和广大受众的切入点，是沟通经济社会和受众的桥梁，也是高职院校进行教育和教学工作的前提。课程体系改革的成败极大地影响着专业建设的成效，专业设置是课程开发中课程分析和课程结构设计的首要任务。 课程开发是规划育人方案的教育活动。对于专门教育来说，首先要有明确的育人大方向——专业和专门化方向，这是高职教育服务于社会和个体的特殊功能的体现，也是办学成功的重要前提。所以，专业设置是课程开发的重要成果之 一，课程开发也必定成为高职专业建设与改革的核心。 课程开发要经过“课程分析”、“课程设计”、“课程编制”和“课程评价”4个阶段。专业设置主要是前两个开发阶段的产物，它又制约着后两个阶段的开发。高职院校必须以课程开发为核心，通过专业设置和改造，逐步构建具有生命力和特色的专业体系。 课程开发的课程分析阶段是高职院校选择和确定专业的关键，它是为开发专业和课程而汇集各种资料，进行系统分析和评估，从而规划专业设置并获得课程设计和编制根据的工作过程。高职教育的课程分析可划分为社会需求分析、行业分析、教学分析3个阶段。具体而言，高职院校在顾及社会需要的前提下，要着重作好课程分析阶段的“行业与企业需求分析”、“教育与劳动力市场需求分析”、“人才规格需求分析”、“教育受众(学习者)需求分析”和“教学需求分析”，以取得课程开发的客观基础。对于高职院校的专业建设与改革来说，通过这些分析，若能获取真实而有效的翔实材料，就成功了一半。本文主要从课程开发的课程分析角度，来探讨课程开发与高职专业建设、改革的关系。 一、行业与企业需求分析 专业设置是高职教育与社会需求的结合点，是毕业生“出入口”畅通的根本保证，因而也是高职院校办学质量的重要标志。 专业设置首先必须充分体现本地区和周边区域产业、企业的特点，把面向企业、面向基层、面向第一线，培养行业和企业发展需要的各类技术应用性和现场管理型人才作为办学的根本目的。因此，必须分析宏观到微观的社会经济形势，本地区和临近周边地区的经济发展模式和经济成分的变化，产业、行业和职业结构的调整以及技术结构、劳动力结构、就业结构等的发展势态。 产业结构决定就业结构，就业结构又决定高职教育的专业结构，因此专业设置应以支柱产业为核心，同时兼顾其他产业，并在保持专业设置的相对稳定性、体系性的同时，根据经济发展和产业调整对人才需求变化的要求，及时调整培养目标、更新课程内容，使专业和课程的设置保持发展性。 对社会经济发展资料的搜集、整理和分析，以及对大量典型行业和企业进行抽样调查，是进行行业和企业需求分析的主要手段。同时，要成立各专业建设指导委员会，认真听取用人单位的意见，邀请用人单位的专家参与育人规划的制定和实施的全过程。 二、教育与人才市场需求分析 教育与人才市场需求分析可使高职院校了解和把握自己可以占有的“市场份额”，为高职院校提供了专业设置的有效需求，使各高职院校能正确定位，办出既有特色又适应社会需求的专业。 高职教育是通过培养技术性应用性专门人才而直接服务于经济和社会发展的，经济与社会发
过程控制系统课程设计报告
~ 过程控制系统课程设计报告 · 题目：温度控制系统设计 姓名： 学号： 班级： 指导教师： ` )
温度控制系统设计 一、设计任务 设计电热水壶度控制系统方案，使系统满足85度至95度热饮需要。 二、预期实现目标 通过按键设定温度，使系统水温最终稳定在设定温度，达到控制目标。( 三、设计方案 （一）系统数学模型的建立 要分析一个系统的动态特性，首要的工作就是建立合理、适用的数学模型，这也是控制系统分析过程中最为重要的内容。数学模型时所研究系统的动态特性的数学表达式，或者更具体的说，是系统输入作用与输出作用之间的数学关系。 在本系统中，被控量是温度。被控对象是由不锈钢水壶、2Kw电加热丝组成的电热壶。在实验室，给水壶注入一定量的水，将温度传感器放入水中，以最大功率加热水壶，每隔30s采样一次系统温度，记录温度值。在整个实验过程中，水量是不变的。 经过试验，得到下表所示的时间-温度表： 表1 采样时间和对应的温度值
采样时间 t 8 》 9 10 11 12 13 温度值℃ 64 · 72 79 86 93 98 以采样时间和对应的温度值在坐标轴上绘制时间-温度曲线，得到图1所示的曲线： < 图1 时间-温度曲线 采用实验法——阶跃响应曲线法对温箱系统进行建模。将被控过程的输入量作一阶跃变化，同时记录其输出量随时间而变化的曲线，称为阶跃响应曲线。 从上图可以看出输出温度值的变化规律与带延迟的一阶惯性环节的阶跃曲线相似。因此我们选用 ()1s ke G s Ts τ-= + （式中：k 为放大系数；T 为过程时间常数；τ为纯滞后时间）作为内
控制系统课程设计大纲
控制系统课程设计大纲 课程名称：《运动控制系统》课程设计 授课单位：电气工程学院 课程类型：专业课 授课学时及学分：讲课24学时 适用对象：自动化及相近专业 先修课程：电力拖动自动控制系统、电力电子技术、自动控制原理、电子技术 一、课程设计的目的 课程设计是本课程教学中极为重要的实践性教学环节，它不但起着提高本课程教学质量、水平和检验学生对课程内容掌握程度的作用，而且还将起到从理论过渡到实践的桥梁作用。因此，必须认真组织，周密布置，积极实施，以达到下述教学目的。 （1）通过课程设计，使学生进一步巩固、深化和扩充在交直流调速及相关课程方面的基本知识、基本理论和基本技能，达到培养学生独立思考、分析和解决实际问题的能力。 （2）通过课程设计，使学生养成严谨科学、严肃认真、一丝不苟和实事求是的工作作风，达到提高学生基本素质的目的。 （3）通过课程设计，让学生独立完成一项直流或交流调速系统课题的基本设计工作，达到培养学生综合应用所学知识和实际查阅相关设计资料的能力的目的。 （4）通过课程设计，使学生熟悉设计过程，了解设计步骤，掌握设计内容，达到培养学生工程绘图和编写设计说明书能力的目的，为学生今后从事相关方面的实际工作打下良好基础。 二、课程设计的要求 （1）根据设计课题的技术指标和给定条件，在教师指导下，能够独立而正确地进行方案论证和设计计算，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整。（2）要求学生掌握直流调速系统的设计内容、方法和步骤。 （3）要求会查阅有关参考资料和手册等。 （4）要求学会选择有关元件和参数。 （5）要求学会绘制有关电气系统图和编制元件明细表。 （6）要求学会编写设计说明书。 三课程设计的选题原则 本课程设计的选题要坚持难易适度、繁简适量的原则，避免选题过于简易或过于繁难，以防学生无事可做或无力完成。 四、课程题目及设计内容 题目一：不可逆V-M双闭环直流调速系统设计 (一) 性能指标要求： 稳态指标：系统无静差
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;
过程控制系统课程设计报告
过程控制系统课程设计报告 题目：温度控制系统设计 姓名： 学号： 班级： 指导教师：
温度控制系统设计 一、设计任务 设计电热水壶度控制系统方案，使系统满足85度至95度热饮需要。 二、预期实现目标 通过按键设定温度，使系统水温最终稳定在设定温度，达到控制目标。 三、设计方案 （一）系统数学模型的建立 要分析一个系统的动态特性，首要的工作就是建立合理、适用的数学模型，这也是控制系统分析过程中最为重要的内容。数学模型时所研究系统的动态特性的数学表达式，或者更具体的说，是系统输入作用与输出作用之间的数学关系。 在本系统中，被控量是温度。被控对象是由不锈钢水壶、2Kw电加热丝组成的电热壶。在实验室，给水壶注入一定量的水，将温度传感器放入水中，以最大功率加热水壶，每隔30s采样一次系统温度，记录温度值。在整个实验过程中，水量是不变的。 经过试验，得到下表所示的时间-温度表： 表1 采样时间和对应的温度值
以采样时间和对应的温度值在坐标轴上绘制时间-温度曲线，得到图1所示的曲线： 图1 时间-温度曲线 采用实验法——阶跃响应曲线法对温箱系统进行建模。将被控过程的输入量作一阶跃变化，同时记录其输出量随时间而变化的曲线，称为阶跃响应曲线。 从上图可以看出输出温度值的变化规律与带延迟的一阶惯性环节的阶跃曲线相似。因此我们选用 ()1s ke G s Ts τ-= + （式中：k 为放大系数；T 为过程时间常数；τ为纯滞后时间）作为内胆温度系统的数学模型结构。 （1）k 的求法：k 可以用下式求得： ()(0) y y k x ∞-= （x ：输入的阶跃信号幅值）
自动控制系统课程设计
黑龙江科技大学 自动控制系统课程设计 课程名称自动控制系统课程设计 班级 学号 姓名
第一章系统工作原理 直流电机调速控制系统的原理框图如图1-1所示： 图1-1 原理框图 1.1 结构与调速原理 直流电机由定子和转子两部分组成，其间有一定的气隙。其构造的主要特点是具有一个带换向器的电枢。直流电机的定子由机座、主磁极、换向磁极、前后端盖和刷架等部件组成。其中主磁极是产生直流电机气隙磁场的主要部件，由永磁体或带有直流励磁绕组的叠片铁心构成。直流电机的转子则由电枢、换向器（又称整流子）和转轴等部件构成。其中电枢由电枢铁心和电枢绕组两部分组成。电枢铁心由硅钢片叠成，在其外圆处均匀分布着齿槽，电枢绕组则嵌置于这些槽中。换向器是一种机械整流部件。由换向片叠成圆筒形后，以金属夹件或塑料成型为一个整体。各换向片间互相绝缘。换向器质量对运行可靠性有很大影响。 直流电机斩波调速原理是利用可控硅整流调压来达直流电机调速的目的，利用交流电相位延迟一定时间发出触发信号使可控硅导通即为斩波，斩波后的交流电经电机滤波后其平均电压随斩波相位变化而变化。为了达到控制直流电机目的，在控制回路加入了速度、电压、电流反馈环路和PID调节器来防止电机由于负载变化而引起的波动和对电机速度、电压、电流超常保护。
第二章主电路的设计与分析 2.1 主电路的各个部分电路 主电路主要环节是：整流电路、斩波电路。 图2-1 调速系统 直流脉宽调速系统的组成如图2-1所示，由主电路、控制及保护电路、信号检测电路三大部分组成。二极管整流桥把输入的交流电变为直流电，电阻R1为起动限流电阻，C1为滤波电容。可逆PWM变换器主电路系采用MOSFET所构成的H型结构形式，它是由四个功率IGBT管（VT1、VT2、VT3、VT4）和四个续流二极管（VD1、VD2、VD3、VD4）组成的双极式PWM可逆变换器，根据脉冲占空比的不同，在直流电机M上可得到正或负的直流电压。 2.1.1 整流电路 晶体二极管桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。这种电路，只要增加两只二极管口连接成"桥"式结构，便具有全波整流电路的优点，而同时在一定程度上克服了它的缺点。