控制系统设计
东北大学
研究生考试试卷
评
分
考试科目：控制系统设计
课程编号：y2014607202
阅卷人：王明顺
考试日期：2015.05.21
姓名：马文彬
学号：1470739
注意事项
1．考前研究生将上述项目填写清楚
2．字迹要清楚，保持卷面清洁
3．交卷时请将本试卷和题签一起上交
东北大学研究生院
目录
摘要......................................................................................................................................................I 第1章绪论 (1)
1.1SMPT-1000系统介绍 (1)
1.1.1立体流程设备盘台 (2)
1.1.2钢制盘台 (2)
1.2上位机软件 (3)
1.2.1上位机软件SMPTLAB (3)
1.2.2实时仿真引擎软件SMPTRuntime (4)
第2章加热炉工艺流程与燃烧因素分析 (4)
2.1加热炉工艺流程 (5)
2.2燃烧控制要求 (6)
第3章炉膛燃烧控制器系统设计 (7)
3.1设计原理 (7)
3.1.1比值控制系统 (7)
3.1.2开环定比值控制系统 (8)
3.1.3单闭环定比值控制系统 (9)
3.1.4双闭环比值控制系统 (10)
3.2随动控制系统的控制器参数整定 (11)
第4章控制系统的控制器参数整定 (12)
4.1控制系统的控制器参数整定设计实验设计 (12)
4.1.1准备工作 (12)
4.1.2实验步骤 (12)
4.2控制系统的控制器参数整定实验操作 (12)
4.2.1比值控制器K值的确定 (12)
4.2.2主物料控制器PID参数的整定 (14)
4.2.1副物料控制器PID参数的整定 (15)
结论 (17)
参考文献 (18)
摘要
本实验以高级多功能过程控制实训系统smpt-1000为基础，设计锅炉燃料-风量比值控制系统。本系统采用双闭环比值控制系统进行控制。经过对加热炉的工艺流程的研究，总结出对燃烧的主要影响因素为燃料的流量和风的流量。燃烧炉要求控制燃料量和送风量的稳定；保证燃料燃烧的经济性，使燃料消耗量最少，燃烧尽量完全，效率最高。如果进入炉膛的空气量少，会造成烟气或火焰外冒，影响设备和人身安全；如果冷空气进入炉膛太多，热能流失增加，热效率降低。所以燃料量与空气量（送风量）应该保持一个合适的比例。因为燃料量是主要被控量，所以我们要根据燃料量的多少，调整空气量。从而燃料流量与空气流量需要组成比值控制系统，使燃料与空气保持一定比例，保证燃料燃烧良好。
第1章绪论
SMPT-1000由硬件、软件两大部分构成，软、硬件之间通过小型实时数据库和实时数字通信机制协调运行，完成过程模拟。
1.1SMPT-1000系统介绍
SMPT-1000是一款将全数字仿真技术与实物外观模拟装置相结合，集多种实验功能于一体的仿真实验装置。SMPT-1000模拟由锅炉和蒸发器组成的水汽热能全流程，可拆分成非线性储罐与离心泵单元、动力除氧单元、高阶换热单元、加热炉单元、锅炉单元、蒸发器单元，提供由简到难的各个层次的过程控制被控对象。
图1.1SMPT-1000硬件组成
SMPT-1000硬件主要包括：设备盘台、数字式软仪表、接口硬件、嵌入式工控机、辅助操作台。
从外观上看，SMPT-1000可分成上下两部分：下面是钢制的盘台，上面是不锈钢制的立体流程设备盘台。
1.1.1立体流程设备盘台
为用户提供相关设备的实物外观以及动手操作的环境，可以直接对工艺流程进行操作。
SMPT-1000运用真实的立体管路和空间分布的设备外观设计，在钢结构的盘台上安装着由不锈钢制的比例缩小的流程设备模型，主设备包括1台卧式除氧器、1台盘管式省煤器、1台加热炉炉体、1台汽包、1台列管式换热器、1台蒸发器、2台离心泵、1台鼓风机、11个手操/自控双效阀（其中有2个旋钮位于辅助操作台上）、5个开关阀、1个炉膛着火指示灯以及若干管路系统。空间分布有9个流量（F）、3个液位（L）、5个压力（P）、4个温度（T）、1个组分的仿传感器（变送器）数字式软仪表。
立体流程设备盘台正面右上方安装一台17吋高分辨率彩色液晶触摸屏。该触摸屏与嵌入式工控机构成运行仿真引擎和监控软件的环境，通过该触摸屏可进行人机交互，完成实验项目管理、监控系统组态等。
立体流程设备盘台正面顶部两侧装有一绿一红两个指示灯，绿灯SMPT-1000运行指示灯，红灯为报警蜂鸣指示灯
1.1.2钢制盘台
在钢制的盘台内部，安装有接口硬件相关电气设备以及运行仿真软件的嵌入式工控机。嵌入式工控机内部运行着实时仿真引擎，完成动态仿真计算；同时运行着上位机软件，进行实验项目管理、监控系统组态，可以不借助外部控制系统（如PLC、DCS）进行控制系统设计与实施，完成控制系统实验。
钢制盘台正面右上方是辅助操作台。辅助操作台上包括4路报警灯、1路报警确认开关、3路电机启动开关、1路点火开关、1路风机调速旋钮、1路烟道挡板开度调节旋钮、3路联锁保护切换开关、1路紧急停车按钮以及1路蒸汽指示灯。
钢制盘台左侧面安装有SMPT-1000的标准I/O系统。I/O模块均采用工业级模块，能够以标准工业信号实现SMPT-1000与外部控制系统（如PLC、DCS）之间的数据交互，包括8路12位模拟量输入、8路12位模拟量输出、16路开关量干点输入、16路开关量干点输出。
同时，钢制盘台左侧面还提供ProfibusDP通信接口，可与支持ProfibusDP 总线通信的控制系统进行数据交互。
立体流程设备盘台上的大件设备，主要包括：卧式除氧器、盘管式省煤器、加热炉炉体、汽包、列管式换热器和蒸发器。
1、锅炉部分
锅炉从整体上可以分成两大部分：水汽系统和燃烧系统。水汽系统就是“锅”的部分，是把水变成水蒸气的地方；燃烧系统则是“炉”的部分，在水变成水蒸气的过程中提供热能。
2、水汽系统的整体流程
水汽系统采用锅水自然循环。给水系统接受来自公用工程的给水，通过除氧器热力除氧后，主要供锅炉用水。
锅炉给水一部分经减温器回水至省煤器，一部分直接进入省煤器。被烟气加热到256℃的饱和水进入汽包，再经对流管束进入锅炉水冷壁，吸收炉膛辐射热，在水冷壁里变成汽水混合物，然后返回汽包进行汽水分离。
256℃的饱和蒸汽进入过热器和减温器，最终加热成450℃、3.8MPa的过热蒸汽供给用户。
以上的循环不断进行，连续向全厂供给中压蒸汽。
3、燃烧系统的整体流程
燃油经油泵输送进入炉膛燃烧，空气由鼓风机吹入炉膛助燃。
燃烧产生的热量传给锅炉水，燃烧后的烟气经烟道通过烟囱排入大气。
4、蒸发器部分
锅炉产生的过热蒸汽送入蒸发器的管程，对进入蒸发器壳程的稀液进行加热。在高温高压的过热蒸汽作用下，稀液中的水变成水蒸汽从蒸发器顶部排出，而稀液也变成浓缩液，从蒸发器底部排出。而过热蒸汽变成冷凝水排出。
1.2上位机软件
SMPT-1000软件系统主要包括上位机软件SMPTLAB、实时仿真引擎软件SMPTRuntime以及其他软、硬件接口软件。
1.2.1上位机软件SMPTLAB
实现实验项目的管理、实时数据的监视、控制系统的组态等日常实验功能。
1、实验项目管理软件
实验开始、停止、恢复功能；
实验项目切换功能；
实验项目当前状态存储（快照）功能；
多画面切换功能；
参数设置功能；
设备快速与完整自检功能。
2、实验系统监控软件
流程图画面显示及实时数据显示功能；
趋势画面组态及显示功能；
趋势曲线辅助分析功能。
1.2.2实时仿真引擎软件SMPTRuntime
完成实时动态仿真计算以及数据管理功能。
SMPT-1000运用动态定量数学模型，精确模拟真实工艺过程，提供各变量随时间变化的瞬态数据。当前版本已实现以下流程的动态仿真模型：离心泵及非线性液位动态仿真模型
蒸汽动力除氧动态仿真模型
高阶热交换器动态仿真模型
加热炉动态仿真模型
工业锅炉动态仿真模型
蒸发器动态仿真模型
水汽热能全流程动态仿真模型
SMPTLAB的用户界面
启动SMPTLAB软件后，初始画面的长相很精练。
图1.2SMPTLAB软件界面
第2章加热炉工艺流程与燃烧因素分析
本次试验是针对加热炉中炉膛内燃烧情况的控制，通过对加热炉工艺流程的分析，影响燃烧的主要因素为燃料的流量和风的流量。
2.1加热炉工艺流程
图2.1燃烧炉工艺流程图
待加热物料经由上料泵P1101泵出，分两路，其中一路进入换热器E1101与热物料换热后，与另外一路混合，进入加热炉F1101的对流段。待加热物料流量为FI1101，温度为常温20℃，流量管线上设有调节阀FV1101，调节阀有前、后阀以及旁路阀HV1101。两路物料管道上分别设有调节阀FV1102和FV1103。正常工况时，大部分待加热物料直接流向加热炉对流段，少部分待加热物料流向换热器，其流量为FT1102。进入换热器E1101的待加热物料走管程，一方面对最终产品（热物料）的温度起到微调（减温）的作用，另一方面也能对待加热物料起到一定的预热作用。
加热炉对流段由多段盘管组成，炉膛产生的高温烟气自上而下通过管间，与管内的物料换热，回收烟气中的余热并使物料进一步预热。对流段流出的物料全部进入F1101辐射段炉管，接受燃烧器火焰的辐射热量，达到所要求的高温后出加热炉，进入换热器E1101壳程，进行温度的微调并为冷物料预热，最后以
工艺所要求的物料温度输送给下一生产单元。燃料经由燃料泵P1102泵入加热炉F1101的燃烧器，燃料流量为FI1103，燃料压力为PT1101，燃料流量管线设调节阀FV1104。空气经由变频风机K1101送入燃烧器，空气量为FT1104。燃料与空气在燃烧器混合燃烧，产生热量使辐射段炉管内的物料迅速升温。燃烧产生的烟气带有大量余热，在对流段进行余热回收。对流段烟气出口处的烟气温度为TT1105，烟气含氧量AI1101设有在线分析检测仪表，烟道内设有挡板DO1101。
出对流段、入辐射段的物料温度为TT1102，出辐射段、入换热器E1101的物料温度为TT1103，最终产品（热物料）的温度为TI1104，流量为FI1105，出口管道上设流量调节阀FV1105。
炉膛压力为PI1102，炉膛中心火焰温度为TT1101，为红外非接触式测量。
2.2燃烧控制要求
燃烧过程的控制任务相当多：
要控制燃料量和送风量的稳定；
要保证燃料燃烧的经济性，使燃料消耗量最少，燃烧尽量完全，效率最高。
如果进入炉膛的空气量少，会造成烟气或火焰外冒，影响设备和人身安全；如果冷空气进入炉膛太多，热能流失增加，热效率降低。
所以燃料量与空气量（送风量）应该保持一个合适的比例。
燃料流量是随蒸汽负荷变化的，通常将过热蒸汽出口压力与燃料流量组成串级控制系统，既保证出口蒸汽压力稳定，又能够按照负荷要求自动增减燃料量。
而燃料流量与空气流量需要组成比值控制系统，使燃料与空气保持一定比例，保证燃料燃烧良好。
工艺要求燃料量与风量之比为1：n。
因为燃料量是主要被控量，所以我们要根据燃料量的多少，调整空气量（风量）。
因此，可以将燃料量的值检测变送出来，送给比值控制器，根据燃料量与风量比值的要求，控制风量。风量根据燃料量的多少进行调整，按照比值要求开闭阀门。
第3章炉膛燃烧控制器系统设计
壁炉燃烧的主要影响因素为燃料的流量与风的流量，为了更好的燃烧，燃料的流量与风的流量保持稳定，而且燃料量与送风量应该保持一个合适的比例。3.1设计原理
3.1.1比值控制系统
在化工、炼油及其它工业生产过程中，常常需要两种或两种以上的物料按一
定比例关系进入设备。比如，锅炉燃烧系统的燃料和空气要成一定的比例关系。
图3.1比值控制系统原理图
（1）比值控制系统定义
实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统。
一般都是流量比值控制系统，就是使一种物料随另一种物料按一定比例变化。
主物料：在需要保持比值关系的两种物料中，处于比值控制中主导地位的那种物料。
从物料：另一种按主物料进行配比的物料，在控制系统中随主物料而变化。
主流量（主动量）：表征主物料特性的参数称为主流量或者主动量，用F1表示。
副流量（从动量）：表征从物料特性的参数称为副流量或者从动量，用F2表示。
（2）比值&比值系数
比值控制系统要求副流量F2与主流量F1成一定的比值关系，K为流量比
值。K=F2/F1。
比值K：工艺上，比值K是指两个物料的流量之比。
比值系数K’：因为信号传送的时候要采用统一的4~20mA电信号或者
20~100kPa压力信号，常规控制仪表也是使用4~20mA的电信号进行运算，所以要将流量比值转化为仪表的信号单位的比值系数K’。
从比值K到比值系数K’，涉及到信号的转换问题，所使用变送器或控制器类型不同，从K到K’的转换公式都有所不同。
3.1.2开环定比值控制系统
我们根据锅炉的燃料量来调整空气量所形成的比值控制系统，是一种开环比值控制系统。
图3.2开环比值控制系统原理图
在开环比值控制系统中，随着主流量F1的变化，副流量F2将跟随变化，以满足F2=KF1。然而，对于副流量F2的控制，本质上处于开环的状态。
F2的实测值没有反馈给控制器，当F2发生变化时（例如：管线两端压力波动），难以保证F2和F1的比值关系，也就是说开环比值控制系统对副流量F2没有抗干扰能力。
图3.3开环比值控制系统逻辑图
开环比值控制系统的适用场合：
适用于副流量F2较平稳且比值要求不高的场合。
3.1.3单闭环定比值控制系统
燃料量-风量开环比值系统由于风量的波动，始终无法达到燃料量与风量的合适配比。为了克服开环比值控制系统对风量波动无抗扰能力的缺点，可以将风量进行闭环控制，这样就形成了单闭环比值控制系统。
单闭环比值控制系统是为了克服开环比值控制方案中，控制系统对副流量无抗干扰能力，在开环比值控制系统的基础上，增加一个副流量的闭环控制系统，如图所示：
图3.4单闭环比值控制系统原理图
当主流量F1变化的时候，经过比值计算装置计算，将变化后的信号送给副流量控制器，副流量F2的控制系统跟随着主流量F1的变化而成比例的变化，副流量控制系统是一个随动控制系统。当副流量由于自身干扰发生变化时，副流量闭环控制系统相当于一个定值控制系统，通过自身调节使流量比仍保持不变。
图3.5单闭环比值控制系统逻辑图
（1）单闭环比值控制系统的优点
不但能实现副流量跟随主流量的变化而变化，而且能克服副流量本身的干扰。
（2）单闭环比值控制系统的缺点
1.主流量不受控制；
2.总物料量不固定，对于负荷变化幅度大，物料又直接去化学反应器的场合不合适；
3.动态比值较差。
因为这种方案的主流量是非定值的，当主流量出现大幅度波动时，副流量相对于控制器的给定值会出现比较大的偏差，也就是在这段时间里，主、副流量比值会较大地偏离工艺要求的流量比，即不能保证动态比值。
（3）单闭环比值控制系统的适用场合
适用于主流量在工艺上不允许进行控制的场合。
3.1.4双闭环比值控制系统
双闭环比值控制系统能够克服生产负荷在较大范围内波动的不足。
图3.6双闭环比值控制系统原理图
双闭环比值控制系统是由一个定值控制的主流量控制回路和一个跟随主流量变化的副流量控制回路组成。
主流量控制回路能克服主流量扰动，实现其定值控制；副流量控制回路能抑制作用于副回路的干扰，从而使主、副流量均比较稳定，使总物料量也比较平稳。
图3.7双闭环比值控制系统逻辑图
（1）双闭环比值控制系统的优点
1.双闭环比值控制系统实现了比较精确的流量比值，对主流量的定值控制大大克服了；
2.主流量干扰的影响。通过比值控制副流量也比较平稳，确保了两物料总量基本不变；
3.提降负荷比较方便，只要缓慢地改变主流量的给定值，副流量也就自动地跟踪提降，并保持两者的比值不变。
（2）双闭环比值控制系统的缺点
若主、副回路工作频率相近的时，容易产生共振。
（3）双闭环比值控制系统的适用场合
主流量干扰频繁及工艺上不允许负荷有较大波动或工艺上经常需要提降负荷的场合。
3.2随动控制系统的控制器参数整定
对于随动控制系统，希望从物料能够迅速正确地跟随主物料变化，这就要求控制回路跟踪得越快越好。另外，工艺上要求流量变化尽可能平稳，不希望它在控制过程中上下波动，因此使随动控制系统达到振荡与不振荡的临界过程，此时调节过程既无波动又动作迅速，满足生产要求。
可见，随动控制系统的控制器参数整定方法不同于定值控制系统的控制器参数整定。按照随动控制系统控制器参数整定的要求，具体的整定步骤如下：（1）将积分时间置于最大，比例增益由小到大进行调整，找到系统处于振荡与不振荡的临界状态为止；
（2）适当缩小比例增益，一般缩小20%左右，然后把积分时间慢慢减小，找到系统处于振荡与不振荡的临界状态或微振荡的状态为止。
第4章控制系统的控制器参数整定
对于随动控制系统，希望从物料能够迅速正确地跟随主物料变化，这就要求控制回路跟踪得越快越好。另外，工艺上要求流量变化尽可能平稳，不希望它在控制过程中上下波动，因此使随动控制系统达到振荡与不振荡的临界过程，此时调节过程既无波动又动作迅速，满足生产要求。本次壁炉燃烧控制系统采用双闭环比值控制系统。
4.1控制系统的控制器参数整定设计实验设计
4.1.1准备工作
（1）确定控制器正反作用
1.主物料燃料流量控制回路
根据系统必须构成负反馈，而阀门的符号为正，燃料流量对象的符号为正，测量变送器的符号为正，偏差PV-SP符号为正，由此得知，控制器的符号为负。
2.从物料风量控制回路
根据系统必须构成负反馈，而鼓风机的符号看成是正，风量对象的符号为正，测量变送器的符号为正，偏差符号为正，由此得知，控制器的符号为负。
（2）控制规律选择
为确保主物料流量的准确控制，使用比例积分控制器。为确保副物料流量快速跟踪，使用比例控制器。
4.1.2实验步骤
第一步：确定比值控制器K的值，即主物料燃料流量与从物料风量的比值；
第二步：确定主物料燃料流量控制回路的PID参数；
第三步：确定从物料风量控制回路的PID参数。
4.2控制系统的控制器参数整定实验操作
4.2.1比值控制器K值的确定
1.在SMPT-1000监控环境中打开锅炉工程，如图所示：
图4.1项目图
2.将当前窗口切换到控制系统组态窗口，编写出如下程序，在程序中包含三部分主物料PID控制器、乘法控制器、从物料PID控制器。将主物料PID控制器设为手动，从物料PID控制器设为手动，曲线显示选项为阀门开度FV1104、从物料
流量FI1103、主物料FI1104、含氧量AI1101。
图4.2组态程序
3.将燃料管线阀FV1104开度每次变化5%，调节风机变频信号S1101，使烟气含
氧量AI1101始终维持在2%左右。在调节过程中，记录燃料流量FI1103和风量
FI1104的值，计算两者的比值。经过多次测试，摸索燃料量和风量的比值。得出结果如图4.3所示
图4.3曲线图
根据图4.3统计数据得出如下表4.1
烟气含氧量(%)送风量燃料阀门开度(%)燃料流量(L)K
2.074%16.32050% 1.41011.574
2.060%18.30055% 1.55111.799
2.006%20.20060% 1.69211.939
1.974%2
2.20065% 1.83312.111
2.038%24.30070% 1.97412.310
1.990%26.25675%
2.11512.410
表4.1求取K值表
4.2.2主物料控制器PID参数的整定
1.待系统稳定后，在FIC1103控制器的操作面板中，将控制器状态设为手动。将FIC1103的SP调整到1.6kg/s，直到系统稳定下来。
2.将FIC1103的控制器状态设为自动，通过不断地调整PID的参数，使该控制器达到所需要的状态。本次调试先调试比例系数，再调积分系数。通过不断地调整FIC1103的SP的值由1.6kg/s变为2.0kg/s，再由2.0kg/s变为1.6kg/s，产生阶跃响应。
第一次第二次第三次第四次第五次第六次第七次第八次第九次P1150180144144144144144144 I9999999999999999999999991001013 3.6 D000000000
表4.2主物料PID参数变化表
3.首先将PID分别设置为1，999999，0，接着观察波形，一段时间后曲线变化非常不明显，调整比例系数为150，响应速度加快，但是没有超调，继续加大比例系数为180，发现曲线略微超调，因此取其80%也就是144作为比例系数。然后将积分系数调整为100，观察发现曲线上升缓慢，将积分系数调整为10与1，当系数为1时，曲线产生很大的超调，系统波动很大，加大积分系数为3.6时发现曲线能够快速响应，并且曲线没有大幅波动。所以主物料控制器参数确定。
图4.4主物料控制器参数调整曲线图
4.2.1副物料控制器PID参数的整定
1.在系统平稳的条件下，主物料控制器FIC1103的参数已经确定，乘法器的系数也确定，将FIC1104状态设为串级，接收乘法器输出信号。将从物料控制器
FIC1104参数初始为1、999999、0，运行程序直到平稳。
2.通过不断地调整PID的参数，使该控制器达到所需要的状态。本次调试先调试比例系数，再调积分系数。通过不断地调整FIC1103的SP的值由1.6kg/s变为2.0kg/s，再由2.0kg/s变为1.6kg/s，产生阶跃响应。
第一次第二次第三次第四次第五次第六次第七次第八次P10.80.50.40.320.320.320.32 I99999999999999999999999999999910010.5 D0*******
表4.3从物料控制器参数调整表
3.首先将PID分别设置为1，999999，0，接着观察波形，一段时间后发现曲线超调量太大，减小比例系数，当比例系数为0.4时，曲线没有超调量，于是采用0.4的80%作为最终的比例系数，即比例系数为0.32。将积分系数改为100，曲线上升速度慢，减小积分系数到0.5时风量能够紧跟燃料流量进行调整，稳态误差减小。所以从物料控制器参数确定。
图4.6从物料控制器参数调整曲线图
结论
本实验以高级多功能过程控制实训系统smpt-1000为基础，设计了锅炉燃料-风量比值控制系统。本系统采用双闭环比值控制系统进行控制。经过对加热炉的工艺流程的研究，总结出对燃烧的主要影响因素为燃料的流量和风的流量。本实验通过对主物料控制器的PID参数调整，保证了锅炉燃料的稳定，通过对从物料控制器的PID参数调整保证了送风量的稳定；为了保证燃料燃烧的经济性，使燃料消耗量最少，燃烧尽量完全，效率最高。所以燃料量与空气量（送风量）应该保持一个合适的比例。本系统采用了比值控制器，保证了燃料量与风量保持合适的比例，保证了燃料燃烧良好。
自动控制系统位置随动系统课程设计
摘要 随动系统是指系统的输出以一定的精度和速度跟踪输入的自动控制系统，并且输入量是随机的，不可预知的，主要解决有一定精度的位置跟随问题，如数控机床的刀具给进和工作台的定位控制，工业机器人的工作动作，导弹制导、火炮瞄准等。在现代计算机集成制造系统（CIMC）、柔性制造系统（FMS）等领域，位置随动系统得到越来越广泛的应用。 位置随动系统要求输出量准确跟随给定量的变化，输出响应的快速性、灵活性和准确性为位置随动系统的主要特征。 本次课程设计研究的是位置随动系统的超前校正，并对其进行分析。 关键词：随动系统超前校正相角裕度
目录 1 位置随动系统原理 (1) 1.1 位置随动系统原理图 (1) 1.2 各部分传递函数 (1) 1.3 位置随动系统结构框图 (4) 1.4 位置随动系统的信号流图 (4) 1.5 相关函数的计算 (4) 1.6 对系统进行MATLAB仿真 (5) 2 系统超前校正 (6) 2.1 校正网络设计 (6) 2.2 对校正后的系统进行Matlab仿真 (8) 3 对校正前后装置进行比较 (9) 3.1 频域分析 (9) 3.2 时域分析 (9) 4 总结及体会 (10) 参考文献 (12)
位置随动系统的超前校正 1 位置随动系统原理 1.1 位置随动系统原理图 图1-1 位置随动系统原理图 系统工作原理： 位置随动系统通常由测量元件、放大元件、伺服电动机、测速发电机、齿轮系及绳轮等组成，采用负反馈控制原理工作，其原理图如图1-1所示。 在图1-1中测量元件为由电位器Rr 和Rc 组成的桥式测量电路。负载固定在电位器Rc 的滑臂上，因此电位器Rc 的输出电压Uc 和输出位移成正比。当输入位移变化时，在电桥的两端得到偏差电压ΔU=Ur-Uc ，经放大器放大后驱动伺服电机，并通过齿轮系带动负载移动，使偏差减小。当偏差ΔU=0时，电动机停止转动，负载停止移动。此时δ=δL ,表明输出位移与输入位移相对应。测速发电机反馈与电动机速度成正比，用以增加阻尼，改善系统性能。 1.2 各部分传递函数 (1)自整角机： 作为常用的位置检测装置，将角位移或者直线位移转换成模拟电压信号的幅值或相位。自整角机作为角位移传感器，在位置随动系统中是成对使用的。与指令轴相连的是发送机，与系统输出轴相连的是接收机。 12()(()())()u t K t t K t εεθθθ=-=? (1-1) 零初始条件下，对上式求拉普拉斯变换，可求得电位器的传递函数为
工业洗衣机控制系统设计
工业洗衣机控制系统设 计 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
苏州工业园区职业技术学院 (机电一体化综合项目设计制作)项目报告 选题：工业洗衣机控制系统设计 学生姓名： 班级： 指导教师： 机电工程系制 目录
工业洗衣机控制系统设计 一、项目概述 工业洗衣机常用于大型宾馆及专业洗涤企业，进行批量化洗涤处理由于洗涤容量较大（15-100Kg），其运行控制的关键在于低速洗涤时应具有平滑的力矩，脱水时应具有较高的旋转速度。因此，通常应用变频器实现低速时大起动 力矩和动态的响应性能。并且实现大容量电动机的软启动控制，能有效避免洗衣机运行时对宾馆其他设备造成的供电电源波动等不良影响。 图1 工业洗衣机 工业洗衣机采用一台三相异步电机提供运转动力，传送系统由电机通过二级三角胶带传至滚筒主轴，驱动内胆转动，运转平稳，振动小，经久耐用。由电动机驱动洗衣机的内筒进行正向与反向旋转运动，带动水和衣物作不同步运动，使水和衣物等相互摩擦、搓揉，达到洗净的目的。 在洗衣机内部设置“进水电磁阀，排水电磁阀及水位检测开关”，从而满足全自动洗涤和脱水的控制需求。为了保证洗衣机安全可靠运行，在内筒门盖上装有安全锁紧机构，并在外筒门盖上设置电气互锁安全装置（即安装“电磁锁和
磁性开关”），采用磁性开关检测门的“打开、关闭”状态，应用电磁锁控制洗衣机外筒门上锁。 设备控制要求分析 本设备要求应用“传感器与PLC、变频器及电磁阀”等组成自动控制系统，实现“进水→洗涤→排水→脱水”自动控制的工作流程，具体控制要求如下： 接通设备电源时，“电源”指示灯亮； 自动洗涤流程 按动“启动”按钮→洗涤指示灯亮→开启进水电磁阀进水→当水位升到指定水位时自动停止注水→电磁锁控制外筒门上锁（“门闭锁”指示灯亮）→启动电机低速运行（约600rpm）→延时5秒后电机中速运行（约1200rpm），并按照“正转30秒→←反转30秒”循环运行30分钟后停止运行→“洗涤”指示灯灭。 自动脱水流程 以上洗涤流程结束延时5秒后→“脱水”指示灯亮→开启出水电磁阀排水→约60秒后关闭电磁阀停止排水→启动电机以额定转速正转，约2分钟之后自动停止运行，→“脱水”指示灯灭→延时10秒后→解除外筒门的“闭锁”→发出“提示”信号，提醒用户取出衣物→当外筒门打开时，提示信号停止，结束自动洗衣工作流程。 暂停控制 在自动洗涤过程中，按下“暂停”自锁按钮时电机停止运转，当“暂停”按钮旋转复位后，洗衣机则继续洗涤运行。 安全运行连锁控制
计算机控制系统设计性实验
计算机控制系统设计性实验报告 学生姓名:学号： 学院:自动化工程学院 班级: 题目:
设计性实验撰写说明 正文：正文内容层次序号为： 1、1.1、1.1.1 2、2.1、2.1.1……。 1、选题背景：说明本课题应解决的主要问题及应达到的技术要求；简述本设计的指导思想。 2、方案论证(设计理念)：说明设计原理（理念）并进行方案选择，阐明为什么要选择这个设计方案以及所采用方案的特点。 3、过程论述：对设计工作的详细表述。要求层次分明、表达确切。 4、结果分析：对研究过程中所获得的主要的数据、现象进行定性或定量分析，得出结论和推论。 5、结论或总结：对整个研究工作进行归纳和综合。 6、设计心得体会。 课程设计说明书（报告）要求文字通顺，语言流畅，无错别字，用A4纸打印并右侧装订。
《计算机控制系统》设计性实验 一、通过设计性实验达到培养学生实际动手能力方法及步骤： 对系统设计方法可以从“拿到题目”到“进行分析”再到“确定解决方案”最后到“具体系统的设计的实现”的整个过程进行全方位的启发。让学生掌握对不同的控制系统设计方法和基本思想，从工程角度对待设计题目，尽量做到全面认识理解工程实际与实验室环境的区别，逐步引入工程思想，提高学生设计技巧和解决实际问题的能力。 1、了解和掌握被控制对象的特性； 2、选择合理的传感器（量程、精度等）； 3、计算机控制系统及接口的设计（存储器、键盘、显示）； 4、制定先进的、合理的控制算法； 5、结合控制系统的硬件系统对软件进行设计； 6、画出系统硬件、软件框图； 7、系统调试。 二、具体完成成品要求： 1、对传感器、A/D、D/A、中央处理器、显示、键盘、存储器的选型大小等； 2、实现系统硬件原理图用Protel或Proteus、MATLAB软件（框图）仿真设计； 3、达到课题要求的各项功能指标； 4、系统设计文字说明书； 5、按照学号循环向下作以下7个题目。 三、系统控制框图： 控制系统硬件框图
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。
位置随动控制系统设计与实现
位置随动控制系统设计与实现 王桂霞, 李 媛 (中国船舶重工集团公司第704研究所,上海 200031) 摘 要:计算机控制系统是保证位置随动系统功能和性能的重要部分,文中结合船用仿真 转台阐述了多机集散控制结构形式的位置随动转台的计算机控制系统方案,并以某位置随动转台为背景,对系统工程实现中的接口电路设计、电机、伺服放大器以及采样频率选取、程序设计等一系列问题进行了讨论,设计结果在位置随动试验样机中应用取得了良好效果. 关键词:位置随动;控制系统;采样频率;设计 中图分类号:T M571,TP273 文献标识码:A 文章编号:100528354(2007)1220029204 Desi gn and reali zati on of control syste m of rando m positi on WANG Gui 2Xia,L I Yuan (No .704Research I nstitute,CSI C,Shanghai 20031,China ) Abstract :The co m puter control syste m is an i m portant part of guaranteeing perfor m ance of control syste m of rando m position .Co m bining the m arine si m ulation turntable,this paper set forth the co m puter control syste m sche m e on the rando m position turntable w ith m ulti 2co m puter distributes control structure .Then taking a certain turntable of rando m position as background,it respectively discussed such key proble m s of syste m engineering re 2alization as the interface circuit design,choice of m otor ,servo am plifier and sam ple frequency and the program design .The design sche m e is applied in a rando m position proto type and gets a good result . Key words :rando m position;control syste m;sam ple frequency;design 收稿日期:2007211219 作者简介:王桂霞(19772),女,工程师,主要从事自动控制的工作位置随动控制系统设计与实现 0 引言 位置随动转台系统由机械台体和计算机控制系统两个重要部分组成,前者是实现仿真功能的基础,而后者是保证转台系统功能和性能的核心部分.转台既要满足一定的动态、静态指标要求,也要为试验提供方便的操作界面和数据采集、处理手段,计算机控制系统不仅要具有实时控制功能,而且应具备监控管理功能,因此,计算机控制系统设计就成为仿真转台设计和工程实现的重要内容. 当前在各种控制系统中计算机已得到非常广泛的应用,根据不同的情况,控制系统的结构形式各不相同,一般分为操作指示系统、直接数字控制系统(DDC )和集散控制系统(DCS )等类型,在下文中将讨论集散控制结构形式的计算机控制系统的设计问题,其中主 要包括结构设计、系统工程实现中的接口线路设计、采样频率选择、程序设计等内容,并给出设计结果. 1 结构设计 本仿真转台采用多机集散控制形式,即采用上下位机的两级式结构.图1 为集散控制系统应用于本转 图1 原理框图
变位机控制系统设计书
变位机控制系统设计书 1. 实验要求：通过PLC来实现两个伺服电机的旋转，俯仰和正反转的控制 本次课题要求旋转、俯仰和正反转的控制，必须控制两个伺服电机。考虑到脉冲输出指令的有效端子只有两个，所以如果要使用上面的指令，应该把Y000和Y001分别设定为每台伺服放大器的脉冲命令，另外从Y002和Y011中分别选两个端子作为输出命令符号，控制电机的正转和反转。很显然要把03号参数（输入脉冲串形式）的值设定为0（命令脉冲/命令符号），以集电极开路输入的方式控制。 2. 各功能的实现方法 1.在伺服放大器准备就绪时，可以通过PLC发出上位控制脉冲串，使控制伺服电机运行，切断脉冲串，使电机停车。 2.控制脉冲串频率不同，伺服电机的转速也不同，所以可以通过改变PLC发出的脉冲串频率，实现电机高速和低速的切换。 3.通过命令脉冲/命令符号或正转脉冲/反转脉冲的方式（伺服放大器03号参数）控制伺服电机的正传和反转。 4.通过控制输入脉冲的数量，可以使伺服电机模拟步进电机的运行方式，实现“每一步”运行45度，90度或者360度（示例角度，角度可以任意设定）。 5.指令控制序列输入输出(CN1)端口中的CONT端子把参数设置为（5）时，具有强制停止功能，通过PLC接通该信号时，可以进行电机的紧急停止。 6.利用一个DC24V电源在断电时对控制俯仰的伺服电机进行制动。控制俯仰的伺服放大器的CONT4和CONT5端子设置为限位开关模式，接入限制俯仰幅度的限位开关信号。 系统硬件设计
系统构成图 本次设计的程序使用的就是50 Hz的脉冲。通过记数器（C）来控制脉冲的输出数目。这种方法不能通过命令符号来控制电机的旋转方向。所使用的是正转脉冲和反转脉冲的控制方法，把03号参数（输入脉冲串形式）的值设定为1，采用正转脉冲表示正方向、反转脉冲表示反方向的旋转量来进行控制。 X—输入继电器；y—输出继电器；m—辅助继电器；t—定时器；c—计数器 3.任务进度表
单轴位置控制系统设计
1．单轴位置控制系统设计 1.1. 基本控制要求 该单元有电机带动轴运动,气泵产生气体带动气缸（用气缸模拟机械手）上下运动和吸附物块组成。电机带动轴的左移Y0和右移Y1。轨道有三个接近开关(1、2、 3)定位三个工位, 气缸由电磁阀控制进气和出气，实现气缸的上升和下降(Y2)， 吸附开关X3控制吸附物块(Y3),设计有手动和自动控制部分,可以通过开关X14选择控制方式。 1.1.1.手动控制要求 通过X14开关选择手动控制方式，通过控制面板来控制，手柄控制气缸向左X16、向右X17移动，气缸的上X4和X5下通过面板旋钮控制，物块的吸附通过面板旋钮 X3控制，来完成物块在三个工位上的移动。 1.1. 2.自动控制要求 通过X14开关选择自动控制方式，按复位按钮，气缸回到工位1，按启动按钮后，气缸下降吸附物块，然后上升，再从工位1移动到工位2，再下降，释放物块回升气缸，4秒过后气缸下降吸附物块从工位2移动到工位3，再下降释放物块回升气缸，4秒后再下降吸附物块从工位3移动到工位1，下降释放物块回升气缸，工作全部完成，气缸停止在工位1。
1.2.硬件设计 1.2.1 I/O地址分配表 根据对单轴运动控制系统的分析，分配对应的I/O口，I/O地址分配表如表XO 急停按钮X11 停止按钮X1 位置1 X12 右移 X2 位置2 X13 手动 X3 位置3 X14 吸附 X5 吸附/松开X15 上移 X6 上位X16 下移 X7 下位X17 左移 X10 启动按钮 表1.2.1.1 PLC输入设备 Y4 吸附控制 Y10 上升控制 Y11 下降控制 Y2 左移控制 Y3 右移控制 Y6 启动控制 Y5 停止控制 Y7 复位控制 表1.2.2.2PLC输出设备
数字PID控制系统设计(I)
扬州大学能源与动力工程学院课程设计报告 题目：数字PID控制系统设计（I） 课程：计算机控制技术课程设计 专业：电气工程及其自动化 班级： 姓名： 学号：
第一部分 任 务 书
《计算机控制技术》课程设计任务书 一、课题名称 数字PID 控制系统设计（I ） 二、课程设计目的 课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达到教学目标的重要环节，是综合性较强的实践教学环节，它对帮助学生全面牢固地掌握课堂教学内容、培养学生的实践和实际动手能力、提高学生全面素质具有很重要的意义。 《计算机控制技术》是一门理论性、实用性和实践性都很强的课程，课程设计环节应占有更加重要的地位。计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它需要控制理论、程序设计、硬件电路设计等方面的知识融合。通过课程设计，加深对学生控制算法设计的认识，学会控制算法的实际应用，使学生从整体上了解计算机控制系统的实际组成，掌握计算机控制系统的整体设计方法和设计步骤，编程调试，为从事计算机控制系统的理论设计和系统的调试工作打下基础。 三、课程设计内容 设计以89C51单片机和ADC 、DAC 等电路、由运放电路实现的被控对象构成的计算机单闭环反馈控制系统。 1. 硬件电路设计：89C51最小系统加上模入电路（用ADC0809等）和模出电路（用TLC7528和运放等）；由运放实现的被控对象。 2. 控制算法：增量型的PID 控制。 3. 控制算法仿真：在simulink 中建立系统仿真图，编写S-function, 对算法进行仿真。 四、课程设计要求 1. 模入电路能接受双极性电压输入（-5V~+5V ），模出电路能输出双极性电压（-5V~+5V ）。 2. 模入电路用两个通道分别采集被控对象的输出和给定信号。 3. 每个同学选择不同的被控对象： 4 4(), ()(0.21) (0.81) G s G s s s s s = = ++ 5 5 (), ()(0.81)(0.31) (0.81)(0.21) G s G s s s s s = = ++++ 5 10 (), ()(1)(0.81) (1)(0.41) G s G s s s s s == ++++ 8 8 (), ()(0.81)(0.41) (0.41)(0.51) G s G s s s s s s s == ++++ 4. PID 参数整定，根据情况可用扩充临界比例度法，扩充响应曲线法等。
过程控制系统论文关于过程控制的论文
过程控制系统论文关于过程控制的论文 高炉TRT过程控制系统的研究与应用 摘要：TRT为高炉煤气余压能量回收透平发电装置的简称，它是把高炉出口煤气中所蕴含的压力能和热能，通过透平膨胀机作功，驱动发电机发电的一种能量回收装置。从而达到节能、降噪、环保的目的，具有很好的经济效益和社会效益，是目前现代国际、国内钢铁企业公的节能环保装置。TRT机组运行的关键是：在任何时刻，都不能影响高炉的炉顶压力。 关键词：PLC；可靠性；PID；自动控制 1 概述 TRT为高炉煤气余压能量回收透平发电装置的简称，它是把高炉出口煤气中所蕴含的压力能和热能，通过透平膨胀机作功，驱动发电机发电的一种能量回收装置。从而达到节能、降噪、环保的目的，具有很好的经济效益和社会效益，是目前现代国际、国内钢铁企业公认的节能环保装置。 2 高炉TRT过程控制系统工艺简介 目前，作为我国高炉节能、降噪、环保的能量回收装置TRT，不可避免在运行过程中出现紧急停机现象。特别是目前高炉普遍的塌料现象，如果对于系统的过程控制方案采取不当，将会导致高炉炉顶压力迅间增大，以至“憋压”。当压力超上限，就迫使TRT紧急跳车，使机组及时的退出静叶对高炉顶压的自动调节。当快切阀门关闭以后，调节高炉顶压的控制权就交给两个液压伺服控制的旁通阀（快开阀）。在国内TRT的发展历史上，由于所选择的控制系统方案不当而导致了多次事故的发生，一般情况下很容易将透平止推瓦损坏，更为严重的是由于炉顶压力的迅间增大，给高炉造成了极大的危险和危害，以至被迫停炉，影响了生产。 3 关键技术 通过参照TRT工艺的要求，对机组紧急停机时的高炉顶压调节采取了前馈-反馈（FFC-FBC）控制方案。该控制方案综合了前馈控制与反馈控制的优点，将反馈控制不易克服的干扰（高炉煤气流量）进行前馈控制，快速打开旁通阀，使高炉煤气形成畅通。但是由于前馈控制属于开环控制，尽管可以消除这一不安全因素，但不能完全保证顶压稳定，如果顶压波动较大，势必影响高炉生产，因此就对该过程采取了前馈-反馈控制（也称为复合控制）。机组发电运行阶段，高炉顶压的控制权交给了透平静叶，具有一定的干扰。如果不选择合适的控制方案，则也将影响高炉炉顶压力。为了提高系统的抗干扰能力，我们对这一过程采取了串级控制通过静叶来调节高炉顶压，目前，在国内很多公司TRT控制设备通常在TRT自动投入的时候，通常采取顶压功率复合控制，他们把功率PID调节器输出与顶压PID调节器输出的最小值作为顶压功率复合调节的输出。这种控制方案的实施在抗干扰能力方面稍逊于串级控制思想方案的调节。因为一般在设备运行过程中，高炉煤气发生量随时变化，除此之外，煤气的温度及透平入口的压力也时刻在发生变化，这将会造成静叶的开度时刻的改变，这就是调节过程中产生的干扰因素。为此要克服对高炉顶压调节的干扰，采取串级控制回路调节是山东莱钢银前1000m3高炉TRT系统控制的一大亮点。这种调节方案的实施稳定的调节高炉的炉顶压力，设备运行稳定，也给操作人员带来了便利。从高炉TRT串级调节系统方框途中可以看出，该系统有两个环路，一个内环（副环）和一个外环（主环）。PID调节器是主调节器，伺服控制器是副调节器。主被控变量为高炉炉顶压力，透平静叶的开度为副变量。主控制器的输出是副控制器的给定，而副控制器的输出直接送到电液伺服阀。在该串级控制系统中，主环是一个定值控制系统，而副回路是一个随动系统。对于本系统采取串级控制思路有如下好处：首先，从TRT系统的串级调节方框图上可以看出，由于副回路的存在，改善了对象（高炉炉
机器人抓取装置位置控制系统校正装置设计
自动控制原理课程设计题目：机器人抓取装置位置控制系统校正装置设计 专业：电气工程及其自动化 姓名： 班级：学号： 指导老师：职称：
初始条件： 一个机器人抓取装置的位置控制系统为一单位负反馈控制系统，其传递函数为()()() 15.013 0++=s s s s G ，设计一个滞后校正装置，使系统的相 角裕度?=45γ。 设计内容： 1.先手绘系统校正前的bode 图，然后再用MATLAB 做出校正前系统的bode 图，根据MATLAB 做出的bode 图求出系统的相角裕量。 2.求出校正装置的传递函数 3. 用MATLAB 做出校正后的系统的bode 图，并求出系统的相角裕量。 4.在matlab 下，用simulink 进行动态仿真，在计算机上对人工设计系统进行仿真调试，确使满足技术要求。 5.对系统的稳定性及校正后的性能说明 6.心得体会。
1频率法的串联滞后校正特性及方法 1.1特性：当一个系统的动态特性是满足要求的，为改善稳态性能，而又不影响其动态响应时，可采用此方法。具体就是增加一对靠的很近并且靠近坐标原点的零、极点，使系统的开环放大倍数提高β倍，而不影响开环对数频率特性的中、高频段特性。 1.2该方法的步骤主要有： ()1绘制出未校正系统的bode 图，求出相角裕量0γ，幅值裕量g K 。 ()2在bode 图上求出未校正系统的相角裕量εγγ+=期望处的频率 2c ω,2c ω作为校正后系统的剪切频率，ε用来补偿滞后校正网络2c ω处的 相角滞后，通常取??=15~5ε。 ()3令未校正系统在2c ω的幅值为βlg 20，由此确定滞后网络的β值。 ()4为保证滞后校正网络对系统在2c ω处的相频特性基本不受影响，可 按10 ~ 2 1 2 2 2c c ωωτ ω= =求得第二个转折频率。 ()5校正装置的传递函数为()1 1 ++= s s s G C βττ ()6画出校正后系统的bode 图，并校验性能指标 2确定未校正前系统的相角裕度 2.1先绘制系统的bode 图如下：
自动售货机控制系统的设计
课程设计题目：自动售货机控制系统的设计 目的与任务： （1）进一步掌握MAX+PLUSⅡ软件的使用方法； （2）会使用VHDL语言设计小型数字电路系统； （3）掌握应用MAX+PLUSⅡ软件设计电路的流程； （4）掌握自动售货机的设计方法； （5）会使用GW48实验系统。 内容和要求： 设计一个简易的自动售货机，它能够完成钱数处理、找零、显示、退币等功能。 （1）用3个键表示3种钱，再用3个键表示3种物品。 （2）用2个数码管显示输入的钱数，再用2个数码管显示所找的钱数，以元为单位。 （3）买东西时，先输入钱，用数码管显示钱数，再按物品键，若输入的钱数大于物品的价格，用数码管显示所找的钱数，并用发光二极管表示购买成功。 （4）若输入的钱数少于物品的价格，用数码管显示退出的钱数，并用发光二极管表示购买失败。
设计内容（原理图以及相关说明、调试过程、结果） 一、系统设计方案 根据系统要求，系统的组成框图如图1所示。 图1 系统组成框图 系统按功能可分为分频模块、控制模块和译码输出模块。 （1）分频模块的作用是获得周期较长的时钟信号，便于操作，且不会产生按键抖动的现象。其原理是定义两个中间信号Q、DIV_CLK，Q在外部时钟CLK的控制下循环计数，每当计数到一个设定的值时DIV_CLK的值翻转，最后将DIV_CLK赋给NEW_CLK即可，改变设定值可改变分频的大小。 （a2）控制模块是这个系统的核心模块，它具有判断按键、计算输入钱数总和、计算找零、控制显示四个作用。它的工作原理是每当时钟上升沿到来时，判断哪个按键按下，
若按下的是钱数键，则将钱数保存于中间信号COIN，若下次按下的仍是钱数键，COIN 的值则加上相应的值并显示于数码管；当物品键按下时，则将COIN的值与物品价格进行比较，然后控制找零。 （3）由于钱数可能大于9，所以译码显示模块的作用就是将钱数译码后用两个数码管显示，这样方便观察。 根据各个功能模块的功能并进行整合，可得到一个完整的自动售货机系统的整体组装设计原理图，如图2所示。 图2 设计原理图 二、系统主要VHDL源程序 （1）分频器的源程序（外部时钟选用3MHz，实现3万分频） LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY CLKGEN IS PORT(CLK:IN STD_LOGIC; NEWCLK:OUT STD_LOGIC); END CLKGEN;
过程控制系统方案设计
过程控制仪表与系统 题目：工业含硫废气控制系统方案设计 学院：信息科学与工程学院 专业班级：测控技术与仪器1503班 学号： 7 学生姓名：王哲 教师：李飞
工业含硫废气控制系统方案设计 摘要：许多化工厂在厂区内燃料燃烧和生产工艺过程中都会产生各种含有污染的有害气体，其中含硫的气体对环境造成的污染尤为严重。因此对含硫废气正确合理的处理至关重要。在我国工业含硫废气一般多采用焚烧工艺，经焚烧炉焚烧，使污染性气体转换成安全物质。经方案论证后，本设计采用双闭环串级控制系统，控制目标温度在600-800℃设定尾气焚烧炉炉温波动范围不超过±30℃。该控制系统中运用PID算法，传感器将检测到的模拟信号送到变送器，变送器输出4～20mA的电流信号。将变送器输出的标准信号送入控制器中，控制器通过分析比较所测参数与预设参数之后输出控制信号，执行器根据传送过来的信号进行变化，最终达到对系统温度的控制。 关键词：双闭环串级控制系统；炉温控制；流量控制；变送器 1 引言 含硫废气与加氢反应器出口过程器被加热至270-320℃左右与外补富氢气混合后进入加氢反应器在加氢催化剂的作用下转化为H2S。加氢反应为放热反应，离开反应器的尾气-换热器换冷却后进入冷凝塔。 废气在冷凝塔中利用循环机冷水来降温。70℃冷凝水自冷凝塔底部流出，经济冷泵加压后经急冷水冷却器用循环水冷却至40℃，循环至冷却塔顶。部分急冷水经急冷水过滤器过滤后返回急冷水泵入口。尾气中的水蒸气被冷凝，产生的酸性水由急冷水泵送至酸性水处理处。为防止酸性水对设备的腐蚀，需向急冷水中注入氨根据ph值大小决定注入氨的量。 冷凝后的尾气离开冷凝塔进入回收塔，用30%的甲基二乙醇胺溶液吸收废气中的硫化氢，同时吸收部分二氧化碳。吸收塔底富液用富液泵送至溶剂再生部分统一处理。从塔顶出来的净化气经尾气分液罐分液后进入焚烧炉燃烧，有燃料气流量控制炉膛温度；废气中残留的硫化氢几乎全转化成二氧化硫，最后再对二氧化硫进行处理。 焚烧炉要控制温度在600-800℃，保证尾气可以充分燃烧，对环境和人的健康都没有危害。 温度控制系统可采用的方法有双闭环串级控制系统、前馈控制系统、比值控制系统、前馈-反馈控制系统、分程控制系统等。
步进电机定位控制系统设计
学生学号 课程设计 题目步进电机定位控制系统设计 学院信息工程学院 专业 班级 姓名 指导老师
2013~2014学年6月20日
课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目:步进电机定位控制系统设计 初始条件： 1. 具备电子电路的基础知识及查阅资料和手册的能力； 2. 熟悉ISE 仿真软件的操作与运用； 3. 掌握步进电机的工作原理。 要求完成的主要任务: 1. 设计一个基于FPGA 的4 相步进电机定位控制系统，包括步进电机方向设定 电路模块、步进电机步进移动与定位控制模块和编码输出模块。 2.撰写符合学校要求的课程设计说明书。 时间安排： 1、2014 年06月11日，布置课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。 2、2014 年06月12日至2014年06月17日，设计说明书撰写。 3、2014年06月18日，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。 指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 摘要........................................................................................................................ I Abstract ................................................................................................................. II 1 设计目标及简介 (1) 1.1设计目标 (1) 1.2 步进电机简介 (1) 2 VHDL语言介绍 (2) 3 Quartus Ⅱ介绍 (3) 4 系统组成 (4) 4.1 四相步进电机工作原理 (4) 4.2 系统组成 (6) 5 模块设计 (7) 5.1 FPGA模块图及信号说明 (7) 5.2 系统模块构成 (7) 5.3 各模块间整体共享的电路内部传递信号 (7) 5.4 电机方向设定电路模块 (8) 5.5 步进电机步进移动与定位控制模块 (9) 5.6 编码输出模块 (9) 6 程序设计与仿真 (10) 7 仿真结果 (16) 8 实验总结 (18) 参考文献 (19)
PLC的矿井提升机控制系统设计方案
基于 PLC 的矿井提升机控制系统设计
2010-2-9 20:25:00 来源：
1 引言目前，我国绝大部分矿井提升机（超过 70% ）采用传统的交流提升机电控系统（tkd-a 为代 表）。tkd 控制系统是由继电器逻辑电路、大型空气接触器、测速发电机等组成的有触点控制系统。经 过多年的发展，tkd-a 系列提升机电控系统虽然已经形成了自己的特点，然而其不足之处也显而易见， 它的电气线路过于复杂化，系统中间继电器、电气接点、电气联线多，造成提升机因电气故障停车事 故不断发生。采用 plc 技术的新型电控系统都已较成功的应用于矿井提升实践，并取得了较好的运行经 验，克服了传统电控系统的缺陷，代表着交流矿井提升机电控技术发展的趋势。2 总体设计方案基于 plc 技术的矿井交流提升机电控系统控制电路组成结构如图 1 所示，要由以下 5 部分组成：高压主电路 （包括高压换向器、电动机、启动柜、动力制动电源）、主控 plc 电路、提升行程检测与显示电路、提 升速度检测、提升信号电路，其中高压主电路部分仍采用传统的继电器控制电路。
图 1 矿井交流提升机电控系统 框图 工作过程：当井口或井底通过信号通信电路发出开车信号后，开车条件具备。司机将制动手柄向前推 离紧闸位置，主电动机松闸。司机将主令控制器的操作手柄推向正向（或反向）极端位置，主控 plc 通 过程序控制高压换向器首先得电，使高压信号送入主电动机定子绕组，主电动机接入全部转子电阻启 动，然后依次切除 8 段电阻，实现自动加速，最后运行在自然机械特性上。交流提升机运行时，旋转 编码器跟随主电动机转动，输出 2 列 a/b 相脉冲，分别接到主控 plc 的高速计数器 hsc0 的 a/b 相脉冲输 入端，由主控 plc 根据 a/b 脉冲的相位关系，自动确定 hsc0 的加、减计数方式。根据 hsc0 的计数值，就 可以计算出提升行程并显示。同时只根据旋转编码器输出的 a 相脉冲，主控 plc 进行加计数。根据 hsc1 在恒定间隔时间内的计数值，就可以计算出提升速度。 3 硬件设计 3.1 提升机主回路部分设计主回路用于供给提升电动机电源，实现失压、过流保护，控制电机的转向和 调节转速。主回路由高压开关柜、高压换向器的常开触头、动力制动接触器的常开主触头、动力制动 电源装置、提升电动机、电机转子电阻、加速接触器的常开主触头（1jc～8jc）和装在司机操作台上的 指示电流表和电压表等组成。系统原理图如图 2 所示。
数字控制系统设计 实验报告
自动控制原理实验报告 题目：数字控制系统设计 专业班级：电气工程及其自动化02 学号： 学生姓名： 指导教师： 学院名称：电气信息学院 完成日期： 2012年 5月20日 1．熟悉本实验涉及的部分MATLAB 函数 函数c2d 调用示例 某离散系统如图5.4 所示,利用函数c2d 获取其z 传递函数的程序段及运行结果如图5.5 所示。
图5.4 某离散系统 图5.5 例1 系统z 传递函数的获取及相关程序 函数step、impulse、lsim等可用于离散系统的仿真，其调用方法分别见图5.6、图5.7 和图5.8。 图5.6 函数step 的调用
图 5.7 函数impulse 的调用 图5.8 函数lsim 的调用 2．数字闭环系统的单位阶跃响应 利用本实验所附程序lab5_1.m，求取图5.4 所示系统的单位阶跃响应，并分析改变采样周期的后果。 程序段如下： num=[1]; den=[1 1 0]; sysc=tf(num,den); sysd=c2d(sysc,1,'zoh'); sys=feedback(sysd,[1]); T=[0:1:20]; step(sys,T) 实验结果如下 当T=1时，
当T=2时, 当T=3时，
改变采样周期了，系统的稳定性降低，采样输出不能真实反映实际输出。3．数字控制系统的根轨迹及其参数设计 图5.9 所示数字控制系统中，() () ()() 0.36780.7189 10.3680 z G z z z + = -- ， () () 0.3678 0.2400 K z D z z - = + ，其中，参数K待定。试利用本实验所附程序lab5_2.m 选取使该系统稳定的K 值。 图 5.9 某数字控制系统 程序段为 num=[0.3678 0.2644]; den=[1 -0.76 -0.24]; sys=tf(num,den); x=[-1:0.1:1];y=sqrt(1-x.^2); rlocus(sys);grid,hold on plot(x,y,'--',x,-y,'--') 结果如下
集散控制系统工程设计
合肥学院HEFEI UNIVERSITY 集散控制系统的工程设计 班级： 10 姓名： 学号： 10 指导教师： 完成时间：
集散控制系统的工程设计 现代科学技术领域中，计算机技术和自动化技术被认为是发展较快的两个分支，工业自动化根据生产过程的特点可分为过程控制和制造工业自动化及自动化测量系统。过程控制自动化是以流程工业为对象，流程工业自动化控制一般采用集散控制系统(DCS)。 一、DCS控制系统介绍 集散控制系统（Distributed control system）是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称DCS系统。该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散。DCS系统在现代化生产过程控制中起着重要的作用。 DCS的工程设计主要有12项内容，按先后顺序排列如下：方案论证，DCS 评估，DCS询价，技术谈判，合同签订，开工会议，系统设计，组态编程，安装调试，现场投运，整理文件，工程验收。 1.1集散控制系统的组成 1、现场控制级 又称数据采集装置，主要是将过程非控变量进行数据采集和预处理，而且对实时数据进一步加工处理，供CRT操作站显示和打印，从而实现开环监视，并将采集到的数据传输到监控计算机。输出装置在有上位机的情况下，能以开关量或者模拟量信号的方式，向终端元件输出计算机控制命令。 在DCS系统中，这一级别的功能就是服从上位机发来的命令，同时向上位机反馈执行的情况。至于它与上位机交流，就是通过模拟信号或者现场总线的数字信号。由于模拟信号在传递的过程或多或少存在一些失真或者受到干扰，所以目前流行的是通过现场总线来进行DCS信号的传递。
过程控制系统课程设计
步进式加热炉控制系统设计 一、步进式加热炉工艺流程 1. 步进式加热炉简介 ⑴步进式加热炉步进式加热炉是一种靠炉底或水冷金属梁的上升、前进、下降、后退的动作 把料坯一步一步地移送前进的连续加热炉。 炉子有固定炉底和步进炉底，或者有固定梁和步进梁。前者叫做步进底式炉，后者叫做步进梁式炉。轧钢用加热炉的步进梁通常由水冷管组成。步进梁式炉可对料坯实现上下双面加热。 （2）步进式炉的几种类型 步进式炉从炉子构造上分目前有：单面供热步进式炉、两面供热步进式炉、钢料可以翻转的步进式炉、交替步进式炉、炉底分段的步进式炉等等。 单面供热步进式炉也称步进底式炉，钢料放置在耐火材料炉底或铺设在炉底上的钢枕上。钢坯吸热主要来自上部炉膛，由于一面受热，这种炉子的炉底强度较低。它适用于加热薄板坯、小断面方坯或有特殊要求的场合。 两面供热步进式炉也称步进梁式炉，活动梁和固定梁上都安设有能将钢坏架空的炉底水管。在钢坯的上部炉膛和下部炉膛都设置烧嘴，因此炉底强度较高，适用于产量很高的板坯或带钢轧前加热。 钢坯可以翻转的步进式炉是每走一步炉内钢料可以翻转某一角度，步进梁和固定梁都带有锯齿形耐热钢钢枕，这是加热钢管的步进式炉，每走一步钢管可以在锯齿形钢枕上滚动一小段距离，使受热条件较差的底面逐步翻转到上面，以求加热均匀。 交替步进式炉则有两套步进机构交替动作。运送过程中，钢坯不必上升和下降，振动较小，底面不会被划伤，表面质量较好 炉底分段的步进式炉的加热段和预热段可以分开动作。例如预热段每走一步，加热段可以
走两步或两步以上。这种构造是专门为易脱碳钢的加热而设计的。钢坯在预热段放置较密，可以得到正常的预热作用，在加热段钢坯前进较快，达到快速加热，以减少脱碳。 （3）步进式炉的优缺点 步进式炉是借机械将炉内钢坯托着一步一步前进，因此钢坯与钢坯还不必紧挨着，其间距可根据需要加以改变。 原始的步进式炉只用于加热推钢机无法推进的落板坯或异形坯，随着轧机的大型化和连续化，推钢式炉已不能满足轧机产量和质量的要求。在这种情况下，近十年来造价较高的步进式炉得到了快速发展，其结构也日趋完善。 步进式炉具有以下特点：（1）炉子长度不受钢坯厚度的限制，不会拱钢，炉子可以建得很长，目前有些炉子已接近60 米长，一个步进式炉可以代替1.5—2 个推钢式炉。（2）操作上灵活性较大，可以通过改变装料间隙调节钢坯加热时间，且更换品种方便。（3）炉内钢料易于清空，减少停炉时清除炉内钢料的时间。（4）钢坯在炉内不与水管摩擦，不会造成通过轧制还不能消除的伤痕。（5）水管黑印小，即能得到尺寸准确的轧材。（6）两面加热步进式炉可以不要实底均热段，因此加热能力比推钢式炉稍大。（7）没有出料滑坡，减少了由于滑坡高差作用而吸入炉内的冷空气。（8）钢坯有侧面加热，这样可实现三面或四面加热，因此加热时间短，钢坯氧化少。（ 9）生产能耗大幅度降低,从炼钢连铸后开始全连续的直接生产。（ 10）产量大幅度提高,在100* 104t/a 以上。（ 11）生产自动化水平非常高，原加热炉的控制系统大都是单回路仪表和继电器逻辑控制系统，传动系统也大多是模拟量控制式供电装置，现在的加热炉的控制系统大多数都具有二级过程控制系统和三级生产管理系统，传动系统都是全数字化的直流或交流供电装置。 步进式炉的缺点是炉底机械设备庞大，维护和检修都较复杂，炉子造价太高。两面供热的步进式炉炉底水管较多，热损失大。单面供热的步进式炉虽然无水冷热损失，但产量较低。因此，尽管步进式炉有很多优点，仅由于它造价太高，目前在中小型厂全面推广还不适宜。
基于PLC的雕刻机控制系统设计
目录
1 绪论 ............................................................................................................................................................ 1 1.1 课题的研究意义................................................................................................................................... 1 1.2 雕刻机的应用及发展........................................................................................................................... 1 1.2.1 雕刻机的应用........................................................................................................................... 1 1.2.2 国内外发展与现状................................................................................................................... 2 1.3 课题研究的主要内容........................................................................................................................... 3 1.3.1 实验平台简介........................................................................................................................... 3 2 方案选择 ..................................................................................................................................................... 4 2.1 三轴驱动方案选择.................................................................................................................................. 4 2.1.1 直流驱动 ..................................................................................................................................... 4 2.1.2 交流伺服驱动............................................................................................................................. 4 2.1.3 步进驱动 .................................................................................................................................... 5 2.2 控制器的选择 ........................................................................................................................................ 6 2.3 限位开关 ................................................................................................................................................. 7 3 硬件电路设计 ............................................................................................................................................. 9 3.1 主电路设计 ............................................................................................................................................. 9 3.1.1 步进电机及步进驱动器.............................................................................................................. 9 3.1.2 主轴及变频驱动......................................................................................................................... 9 3.2 控制电路设计 ........................................................................................................................................11 3.2.1 控制要求 ....................................................................................................................................11 3.2.2 步进电机驱动器......................................................................................................................... 12 3.2.3 PLC 选型 ................................................................................................................................... 14 3.2.4 I/O 配置及 PLC 外部接线图 ................................................................................................... 16 4 软件设计 ................................................................................................................................................... 18 4.1 PTO/POS 配置........................................................................................................................................ 19 4.1.1 PTO 配置 .................................................................................................................................. 19 4.1.2 PTO/PWM 组件 ....................................................................................................................... 29 4.2 主程序 .................................................................................................................................................... 29 5 总结 ........................................................................................................................................................... 33 致谢 .............................................................................................................................................................. 33