课程设计-- 恒温控制系统设计
课程设计
题目：恒温控制系统设计
院（系）：电气与信息工程学院
班级：电气08－13班
姓名：申伟伟
学号： 13 号
摘要
进入20世纪90年代，嵌入式技术全面展开，其优势及特点得到了越来越多的好评。飞思卡尔(Freescale)半导体公司S08系列的单片机是受到关注的诸多优异微控制器之一。S08AW系列是Freescale公司推出的新一代S08系列微控制器中的一款增强型8位微控制器，它不仅集成度高、片内资源丰富，接口模块包括SPI、SCI、IIC、A/D、PWM 等，还具有很宽的工作温度范围：-40℃～+125℃。在本系统的温度控制中，采用的是S08AW60微控制器。随着单片机的广泛使用，温度的自动控制已经变成了可能。在本系统中，主要是通过控制电机来达到控制温度的目的，当然在一些高级或者要求更高的场合还可以通过控
制空调来实现调温。要控温就要先进行测温，再转换成单片机能读懂的数字信号，进行处理后得出控制电机的控制值，也就是PWM控制中说的占空比，通过改变占空比就可以达到调速的目的。
关键词：自动控制系统、S08AW60微控制器、温度、传感器
目录
1 引言 (4)
2 总体方案设计 (8)
2.1 硬件方案论证 (8)
2.1.1 微控制器的选择 (8)
2.1.2 温度传感器的选择 (9)
2.1.3 显示器的选择 (10)
2.1.4 键盘的选择 (10)
2.2 系统设计方案的方框图 (11)
2.3 系统控制算法的设计 (12)
3 系统单元电路的设计 (12)
3.1 检测电路设计 (13)
3.2 微控制器的工作电路设计 (14)
3.3 显示电路设计 (14)
3.4 电机的驱动电路 (16)
3.5 键盘电路设计 (16)
4 系统的软件设计 (17)
4.1 键盘子程序 (17)
4.2显示子程序 (15)
4.3 温度值判断子程序 (16)
4.4调速子程序 (20)
总结 (21)
参考文献 (23)
附录： (24)
1 引言
自动控制系统可以从不同的角度来进行分类，按其结构及控制方式可将其分为三种：开环控制系统、闭环控制系统和混合控制系统。
1．开环控制系统
若系统的输出量不被引回来（反馈）对系统的控制部分产生影响，这样的系统称为开环控制系统，如图1-3所示。
例如，数控机床。它由预先设定的指令程序产生相应的控制脉冲，经脉冲放大器放大后驱动步进电机，通过精密传动机构再带动工作台对工件进行加工就是一个开环控制系统。家用电器中的洗衣机也是开环控制系统。
开环控制系统的优点是结构简单，系统稳定性好，成本低。缺点则为：受扰动因素的影响大，从而影响输出量的稳定。
若扰动因素已知，并能直接或间接地检测出，那么也可以利用扰动信号来产生一种补偿，以抵消扰动的影响。这种控制方式称为扰动控制。扰动控制原理如图1-4所示。
图1-4 扰动控制系统框图
在这种系统中，输出量对系统的控制作用无影响，影响控制的是扰动量，因此仍属于开环控制系统。
2．闭环控制系统
若系统的输出量通过反馈环节作用于控制部分，形成闭合环路，这样的控制系统称为闭环控制系统，又称反馈控制系统。
如图1-5所示的由晶闸管可控整流装置供电的直流电动机调速稳速系统，控制对象是电机M、被控量是转速n，Ug是给定量。测速电机TG将输出量n转换成电压Ufn反馈到输入端去，形成一个闭环。系统的调速稳速原理可用下列顺序表示：
n↓→Ufn↓→△u=Ug- Ufn↑→α↓→Ud↑→n↑(补偿了n↓)
这种系统的输出量参与控制，直接影响系统的控制过程，所以是闭环控制系统。
由于输出信号要返回输入端参与控制，所以信号传递有两个通道：主通道将控制信号送至被控对象；反馈通道将输出信号反馈到输入端。
闭环控制系统一般采用差值控制。差值所产生的控制作用是使系统向减少或消除偏差的方向变化，所以有利于克服惯性和干扰而维持给定的控制，因此也称这种控制为偏差控制。
反馈控制系统无论采取哪种量反馈，包围在反馈环内的各种干扰量所引起的输出量变化都能被减小或消除，使系统具有良好的动态和静态控制精度，所以获得了广泛应用。
3．复合控制系统
将闭环控制系统和开环控制系统结合在一起，构成开环-闭环相结合的控制系统称为复合控制系统，也称为混合控制系统。例如，可以将扰动控制(开环)和偏差控制(闭环控制)相结合而形成复合控制系统。
复合控制系统兼有闭环和开环的优点，控制精度高，控制反应快，但结构复杂。
微型计算机控制系统与其所控制的生产对象密切相关，控制对象不同，控制系统也不同。根据应用特点、控制方案、控制目标和系统构成，微型计算机控制系统大体上可分为以下几种类型：操作指导控制系统、直接数字控制系统（DDC）、计算机监督控制系统（SCC）、分布式控制系统（DCS）、计算机集成制造系统（CIMS）和现场总线控制系统（FCS）。下面分别进行介绍。
1．操作指导控制系统
操作指导控制系统如图1-6所示。所谓操作指导是指计算机只对系统过程参数进行收集、加工处理，然后输出数据，但输出的数据不直接用来控制生产对象，操作人员根据这些数据进行必要的操作。
在这种系统中，计算机每隔一定的时间进行一次采样，经A/D转换后送入计算机进行加工处理。然后再进行显示、打印或报警。操作人员据此改变设定值或进行必要的操作。这种系统突出的特点是简单、安全可靠，对于控制规律不太确定的系统更为适用。它的缺点是仍要人工进行操作，所以响应速度不可能太快。它相当于模拟仪表控制系统的手动与半自动工作方式。主要用于计算机控制的初级阶段，或用于试验新的数学模型和调试新的控制程序等。
2 总体方案设计
2.1 硬件方案论证
该系统的硬件方案的设计包括微控制器的选择、温度传感器的选择、显示器的选择和键盘的选择，至于电机是要控制的对象，24V直流电源作为功率电源
进行加温所以在该微型计算机系统中我们只对上述的几个硬件部分进行选择。
2.1.1 微控制器的选择
方案一：
8031芯片内部无ROM，需要外扩程序存储器,由此造成电路焊接的困难，况且使用8031还需要另外购买其他的芯片，如A/D转换及定时/计数器（PWM）等芯片，从而造成成本较高，性价比低。
方案二：
89C51芯片内部有ROM，且片内ROM全部采用Flash ROM，它能于3V 的超低压工作，与MCS-51系列单片机完全兼容，但是其不具备ISP在线编程技术，需把程序编写好以后再放到编程器中烧写，才可以进行硬件电路的调试，倘若程序编写出现问题，调试电路就比较麻烦，而且其芯片内存也只有4KB。方案三：
基于前两种方案的比较,我们考虑到S08AW60，该芯片拥有62KB片上在线可编程FLASH存储器和2KB片上RAM，具有模块保护与安全选项功能。该芯片还可以通过BDM进行在线编程及调试，无需频繁的插拔单片机，可避免损坏芯片。且其内部资源丰富，本身就含有A/D转换模块和定时/计数器（PWM）模块，使用方便简单。
综观上述三种方案的论证与比较,我们采用S08AW60作为主控模块芯片。2.1.2 温度传感器的选择
方案一：
热电偶主要是利用两种不同金属的热电效应，测温范围在-200℃～1800℃，产生接触电势随温度变化而变化，从而达到测温的目的。测量准确，价格适中温，线性度较好。但其输出电压受冷端温度影响，需要进行冷端温度补偿，使电路变得复杂，且测量范围过大，在本题中并非最佳方案。
方案二：
热敏电阻由金属氧化物或半导体材料制成，测温范围在-50℃～300℃，灵敏度高、热惰性小、寿命长、价格便宜。但其测量的稳定性和复现性差，而且线性度差，需要进行查表线性拟合，大大浪费控制器的资源，因此不能选用。
方案三：
热电阻是利用金属的电阻率随温度变化而变化的特性，将温度量转化成电阻量。其优点是准确度高，稳定性高，性能可靠，热惯性小、复现性好，价格适中。如铜热电阻，其测温范围在-50℃～150℃，铜容易提纯，价格比铂便宜很多，且电阻温度关系是线形的。
根据要求，并进行比较，最终选用热电阻Gu100温度传感器。
2.1.3 显示器的选择
方案一:
LCD数码管液晶显示,由单片机驱动.它主要用来显示大量数据、文字、图形，能够显示的位数多，显示得清晰多样、美观，但同时液晶显示器的编写程序复杂，价格昂贵，从而降低了整个系统的性价比，故不采用此种方案。
方案二：
点阵显示，是由八行八列的发光二极管集成在一块电路上组成，主要用来显示汉字，同时也能显示数字和少量图象，但它的焊接较麻烦，价格高，鉴于所设计的题目要求它不切实际。所以排除此方案。
方案三：
LED数码管静态显示，电路容易理解且驱动的程序简单，多片七段译码器驱动显示，这不仅增加了成本，还需要占用单片机多个I/O口，也给电路的焊接带来一定的困难，因此不选用这种方案作为显示模块。
方案四：
采用LED数码管动态扫描显示，价格低廉，不仅减少了对I/O口的浪费，而且能够同时驱动多个数码管。其驱动程序容易编写和理解。
经过四种方案的比较，排除了前三种方案之后，最后选择方案四：LED数码管动态扫描显示。
2.1.4 键盘的选择
方案一：
选取阵列式按键，减少了I/O口的使用,且扫描M×N个按键只需占用M+N 个I/O口即可实现，但给编程带来了一定的困难，虽然节省了很多的口线，降低
了成本，但在此设计中所用的按键要尽量少，因此排除此方案。
方案二：
独立式按键，每个按键实现一个功能，易于控制且编写程序简单，容易理解，虽然会占用一定的单片机I/O口资源，但是题目中要求使用的按键要尽量少。
通过以上两种方案比较，决定采用方案二。
2.2 系统设计方案的方框图
根据系统的控制要求，再结合已经确定下来的各硬件方案，可以得出系统具体工作的整体方框图，如图1所示。
图1 系统方框图
信号检测电路对电梯间的温度进行实时的获取，并将获得的温度信号转换成电压信号；S08AW60内部有A/D 转换模块，把获取的电压转换成数字信号，并根据便写好的控制程序进行判断，再利用片内的定时/计数（TPM ）模块对电机进行PWM 调速；键盘主要是设定要保持的温度值；显示器对当前温度值或设定值进行显示。
2.3 系统控制算法的设计
本系统主要是对测量到的温度与设定值进行比较，然后获得偏差值，是对温度的反馈偏差控制。就必然用到经典控制理论中的PID （Proportional Integral and Derivative 比例积分微分）控制，采样PID 控制的基本公式如公式1 ，
k
i D
I
p T
k e k e T i e T T
k e K t u 0
)1()()()()( （1） 其中Kp 为比例系数，Ti 为积分时间，Td 为微分时间，T 为采样时间。因计算中需要累加求和，不便于单片机的计算，因此算其增量式 。
由增量式PID 算法获得的控制值，再通过PWM 的调速方法来调整风扇的转速，达到控温的目的。
3 系统硬件电路的设计
系统需要各单元电路的正常工作才能实现对电梯间温度进行实时控制的目的，各单元电路包括检测电路、微控制器的工作电路、显示电路和键盘电路。
3.1
+5
图2 温度检测电路
热电阻所测得的是电阻量，需要转化为电压量才能被控制器采集。最基本的电阻-电压转换电路是将其与另一固定电阻串联，但这种方法，当温度为量程下限时输出不为零，这样不利于小信号的放大和提高A/D 转换的精度。因此，
本系统采用桥路测量，电路如图2所示。
在温度信号的检测电路中，一端接12V 的恒压源，另一端接地，R11、R12和R13的阻值都为100Ω，铜热电阻传感器在0℃时的电阻为100Ω，铜热电阻在0℃～35℃时的电阻值随着温度的升高呈线性增加的趋势，其中Gu100的分度如表1所示。
表1 Gu100分度表 在放大电路上，使用的是差分放大电路，由于温度为35℃时传感器的阻值
为114.98Ω，可求出桥两端的电压差值为0.42V，则放大系数为10。
3.2 微控制器的工作电路设计
图3 AW60工作电路图
VDD和VSS是S08MCU主要的电源引脚，工作电压范围是2.7V~5.5V。在电源引脚上加两个独立的电容器，其中一个为大容量的10μF钽电容器，为系统提供大容量的电荷存储，同时在离MCU电源管脚尽可能近的地方安装一个0.1μF的陶瓷旁路电容器来抑制高频噪音。RESET（复位）引脚是一个专用引脚，带有内置的上拉器件。它具有输入电压迟滞和10mA电流输出驱动器，但没有输出斜率（压摆率）控制。由于存在内部加电复位电路和低电压复位电路，因此在一般情况下不必使用外部复位电路。如果需要，可以增加一个到地电位的简单开关（拉低复位管脚以强制进行复位）来实现手动外部复位，如图3所示。
3.3 显示电路设计
如图4所示，S08AW60的A端口与74CHT244的八个输入端相连，74CHT244的相对应的八个输出端与数码管的八个输入端一一相连，74CHT244具有数据缓存和驱动的功能，当八个信号全部到齐之后再全部输出，以足够的电流驱动数码管的段码显示相应的数字。在数码管与74CHT244之间还要并联
上470欧姆的电阻，防止有过大的电流流过烧坏数码管。
S08AW60的C端口的低3位分别接3个PNP型的9012三极管的基极，三极管的集电极分别与数码管的两COM端相连，发射极接+5V电压，具有选通数码管的作用。数码管选择的是共阳极的，所以单片机的C口PTC0～PTC2中任何一个端口输出低电平时，则与之相连的数码管被选通。为了过大电流烧坏芯片，在S08AW60的输出与三极管基极之间接上3个10K的电阻，在此的电阻也起到限流的作用。
显示模块用的是3个共阳极的数码管，一块74CHT244和3个9012三极管。
图4 显示电路图
3.4 电机的驱动电路
PTE2
流电机
图5 风扇电机驱动电路
当PTE2输出为低电平时，固态继电器发光二极管发光，使光敏三极管导通，从而使达林顿管的基极获得高电位，进而驱动电机工作；反之，PTE2输出为高电平时，固态继电器的输出级为截止状态，达林顿管不能提供驱动电流，因而电动机不工作。由于电动机电枢电流突变时产生的瞬间反向电压会对电动机造成损害，二极管
D1的作用是形成回路保护电动机。
3.5 键盘电路设计
根据前面键盘方案的确定，是使用独立式按键，在该系统中共用到了6个由于AW60～PTB5相连。
图6 键盘电路
4 系统的软件设计
在该系统的软件设计上，针对要完成的功能及对各部分硬件的使用，主要有四个部分的子程序要设计：键盘子程序、显示子程序、温度值判断子程序、电动机的PWM调速子程序。由于该系统的主控芯片是freecale公司生产的8位S08系列的AW60，故在软件开发设计时用的是freescale公司提供的CodeWarrior IDE编程环境，使用C语言进行编程。
4.1键盘子程序
键盘的作用主要是用来设定要保持的温度值，总共有六个按键：确定、设置、上加、下减、左移和右移。由于选择的是独立式按键，所以在编程上会比较简单。首先是判断是否有键按下，再进行延时防抖动后，针对按下的不同的键值系统进行相应的反应。在使用“上下左右”四个键之前，必须是先按下了“设置”键，否则无效；只有在按下“确定”键之后，才开始实时的温度显示与控制，如图8所示。
图8 键盘程序流程图
4.2显示子程序
由于在数码管的显示上，本系统选择的是动态显示，因此在不同位数码管的显示之间需要延时，因考虑人眼的视觉暂留的影响，数码管每5个采样周期，即0.5秒刷新一次。三个数码管的高两位为显示温度的整数值，剩下一个显示温度的小数值。在温度的给定值与实际值的显示上，要使用两套不同变量，还需要七段数码管显示数字的代码，如：
char dispvalue_Array[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};为显示0～9的数组。为了把整数值与小数值区分开，中间的数码管显示时要把小数点点亮。这时给中间的数码管的显示编写了另一个代码数组如：
char dispvalue_Array1[]={0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10};
4.3温度值判断子程序
在温度检测电路上，首先把检测的温度转换成阻值，再把阻值转化为单片机可以处理的电压值，然后单片机对获得的电压值进行A/D 转换成数字信号。在温度值的判断程序里，要把得到的电压数字信号进行对比、运算获得对应的温度值，其中需要对A/D 模块进行设置，确定采样周期和转换精度等。
在程序的编写中采用最简单的查表法从电压值中查出相应的温度值。事先将一系列温度与电压值对应值存贮到AW60微控制器程序存储器中的一个表内，那么给定任意一个电压值即可通过查表得出所对应的温度值，如表2。当表中没有对应的电压值时，可找出电压值在表中的区域，然后在区间的相邻两点经线性插值得出对应温度值。
使用公式2的插值算法：
)
_()]()([112121x Value AD x x y y y T -?--+= （2）
T 为当前温度；AD_Value 为当前温度的A/D 转换值；y2、y1分别为相邻点的温度值；x2、x1分别为相邻点的A/D 转换值。
表2 A/D 转换结果与温度值
4.4调速子程序
在获得了温度当前值后，使其与给定值进行相减求得偏差值)(k e ，在前面的算法设计中已经确定了运用PID 的增量式算法控制电动机，在增量型控制算法中，只需要知道当前值及两个历史输入值就可以求出当前的控制增量u ?，增量式的算法如公式3：
)
2()1()(210-+-+=?k e q k e q k e q u
（3）
式中，)1(0T
T T T K q D
I P ++
=,)21(1T T K q D P +-=,T T K q D P =2，)1()(--=?k u k u u 。
程序流程图如图9所示：
图9 增量式PID控制算法流程图软件进行PID运算后判断如果Δu>0,则输出脉冲的占空比增加1%，反之减小1%。
5总结
这次课程设计从确定题目到现在的总结，感觉最难的是在硬件电路的设计上，需要用到以前所学过模电数电的知识，当正真需要时才知道它们的重要。在完成硬件设计后，就是软件的设计了，虽然平时有些积累，但对PID控制的算法的理解还仅仅停留在课本上，根本不知道如何应用，特别是参数的整定。经过努力最后还是完成了任务，设计中肯定还有很多不足和问题，这些都是我下一步要改进的。
题目确定下来后，我开始严格按照进度的要求去进一步的了解题目所要达到的功能，再针对任务要求查阅相关的技术资料。首先就是硬件方案的确定，
自动控制原理课程设计题目速度伺服控制系统设计 专业电气工程及其自动化 姓名 班级 学号 指引教师 机电工程学院 12月
目录一课程设计设计目 二设计任务 三设计思想 四设计过程 五应用simulink进行动态仿真六设计总结 七参照文献
一、课程设计目： 通过课程设计，在掌握自动控制理论基本原理、普通电学系统自动控制办法基本上，用MATLAB实现系统仿真与调试。 二、设计任务： 速度伺服控制系统设计。 控制系统如图所示，规定运用根轨迹法拟定测速反馈系数' k，以 t 使系统阻尼比等于0.5，并估算校正后系统性能指标。 三、设计思想： 反馈校正： 在控制工程实践中，为改进控制系统性能，除可选用串联校正方式外，经常采用反馈校正方式。常用有被控量速度，加速度反馈，执行机构输出及其速度反馈，以及复杂系统中间变量反馈等。反馈校正采用局部反馈包围系统前向通道中一某些环节以实现校正，。从控制观点来看，采用反馈校正不但可以得到与串联校正同样校正效果，并且尚有许多串联校正不具备突出长处：第一，反馈校正能有效地变化
被包围环节动态构造和参数；第二，在一定条件下，反馈校正装置特性可以完全取代被包围环节特性，反馈校正系数方框图从而可大大削弱这某些环节由于特性参数变化及各种干扰带给系统不利影响。 该设计应用是微分负反馈校正： 如下图所示，微分负反馈校正包围振荡环节。其闭环传递函数为 B G s （）=00t G s 1G (s)K s +（）=22t 1T s T K s ζ+（2+）+1 =22'1T s 21Ts ζ++ 试中，'ζ=ζ+t K 2T ，表白微分负反馈不变化被包围环节性质，但由于阻尼比增大，使得系统动态响应超调量减小，振荡次数减小，改进了系统平稳性。 微分负反馈校正系统方框图
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。
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）。
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。
目录 1引言 (3) 1.1编写目的 (3) 1.2背景 (3) 1.3技术简介 (4) https://www.doczj.com/doc/5913684897.html,简介 (4) 1.3.2SQL Server2008简介 (5) 1.3.3Visual Studio2010简介 (5) 1.4参考资料 (6) 2总体设计 (8) 2.1需求规定 (8) 2.2运行环境 (8) 2.3数据库设计 (8) 2.3.1数据库的需求分析 (9) 2.3.2数据流图的设计 (9) 2.3.3数据库连接机制 (10) 2.4结构 (11) 2.5功能需求与程序的关系 (11) 3接口设计 (12) 3.1用户接口 (12) 3.2外部接口............................................................................................错误！未定义书签。 3.3内部接口............................................................................................错误！未定义书签。4运行设计.....................................错误！未定义书签。 4.1运行模块组合....................................................................................错误！未定义书签。 4.2运行控制............................................................................................错误！未定义书签。 4.3运行时间............................................................................................错误！未定义书签。5测试 (13)
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 （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。
~ 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
液位自动控制系统设计 与调试 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】
课程设计 2016年6月17日
电气信息学院 课程设计任务书 课题名称液位自动控制系统设计与调试 姓名专业班级学号 指导老师沈细群 课程设计时间2016年6月6日～2016年6月17日（第15～16周） 教研室意见同意开题。审核人：汪超林国汉 一.课程设计的性质与目的 本课程设计是自动化专业教学计划中不可缺少的一个综合性教学环节，是实现理论与实践相结合的重要手段。它的主要目的是培养学生综合运用本课程所学知识和技能去分析和解决本课程范围内的一般工程技术问题，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法。通过课程设计使学生得到工程知识和工程技能的综合训练，获得应用本课程的知识和技术去解决工程实际问题的能力。 二. 课程设计的内容 1.根据控制对象的用途、基本结构、运动形式、工艺过程、工作环境和控制要求，确定控制方案。 2.绘制水箱液位系统的PLC I/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。 3.选择电器元件，列出电器元件明细表。 4.上机调试程序。 5.编写设计说明书。 三. 课程设计的要求 1.所选控制方案应合理，所设计的控制系统应能够满足控制对象的工艺要求，并且技术先进，安全可靠，操作方便。
2.所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的GB4728－84《电气图用图形符号》、GB6988－87《电气制图》和GB7159－87《电气技术中的文字符号制定通则》的有关规定。 3.所编写的设计说明书应语句通顺，用词准确，层次清楚，条理分明，重点突出，篇幅不少于7000字。
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 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）
北方民族大学学士学位论文论文题目:温度自动控制系统的设计 北方民族大学教务处制
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
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。
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。
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。
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》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=
一、设计目的与要求： 了解并掌握单回路控制系统的构成和控制原理。了解PID参数整定的基本方法,如Ziｅg ｌer-Nichｏlｓ整定方法、临界比例度法或衰减曲线法。学会用mａtlａb中的Simuliｎｋ仿真系统进行ＰIＤ参数整定。 二、设计正文: 在热工生产过程中，最简单、最基本且应用最广泛的就是单回路控制系统，其他各种复杂系统都是以单回路控制系统为基础发展起来的。 单回路控制系统的组成方框原理图如图１所示,它是由一个测量变送器、一个控制器和一个执行器（包括调节阀),连同被控对象组成的闭环负反馈控制系统。 图1、单回路控制系统组成原理方框图 控制器的参数整定可分为理论计算法和工程整定法。理论计算方法是基于一定的性能指标，结合组成系统各环节的动态特性,通过理论计算求得控制器的动态参数设定值。这种方法较为复杂繁琐，使用不方便,计算也不是很可靠,因此一般仅作为参考；而工程整定法,则是源于理论分析、结合实验、工程实际经验的一套工程上的方法，较为简单,易掌握,而且实用。常用的工程整定法有经验法、临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法等等,本设计中主要是应用Ziegler－Nichｏls整定方法来整定控制器的参数。 参数整定的基本要求如下所述： 1、通过整定选择合适的参数，首先要保证系统的稳定,这是最基本的要求。 2、在热工生产过程中，通常要求控制系统有一定的稳定裕度,即要求过程有一定的衰减比，一般要求4:1~１0：1。 3、在保证稳定的前提下，要求控制过程有一定的快速性和准确性。所谓准确性就是要求控制过程的动态偏差和稳态偏差尽量地小,而快速性就是要求控制时间尽可能地短。 总之，以稳定性、快速性、准确性去选择合适的参数。 目前工程上应用最广泛的控制是PID控制，这种控制原理简单,使用方便；适应性强；鲁棒性强，其控制品质对被控对象的变化不太敏感。 （1）比例控制（P控制)：G c(s)＝Kｐ=１/δ; （2）比例积分控制(PＩ控制）:G c(s）=Kｐ（1＋１/TＩs）=１/δ（１+1/T I s）； （3）比例积分微分控制(PＩD控制):Gｃ(s）＝K p(1+1／T I s+T D s）。 Zｉｅｇleｒ－Nichols法是一种基于频域设计ＰID控制器的方法，根据给定对象的瞬态响应来确定PIＤ控制器的参数。如果单位阶跃响应曲线看起来是一条S形的曲线，则可用如下传递函数近似：
《计算机控制技术》 课程设计 学生姓名： 学号： 专业班级：电气工程及其自动化（1）班 指导教师： 二○一二年十月二十九日
目录 1.课程设计目的 (3) 2.课程设计题目和要求 (3) 3.设计内容 (3) 4.设计总结 (10) 4.参考书目 (11) 5.附录
1.课程设计目的 通过本课程设计, 主要训练和培养学生的以下能力: (1).查阅资料：搜集与本设计有关部门的资料(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力； (2).方案的选择：树立既考虑技术上的先进性与可行性,又考虑经济上的合理性,并注意提高分析和解决实际问题的能力； (3).迅速准确的进行工程计算的能力,计算机应用能力； (4).用简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。 2.课程设计题目和要求 题目：PWM温度自动控制系统的设计 要求： 1.要求设计温度控制系统，设定温度为230度，采用电阻丝作为加热器件，要求无余差，超调小，加热速度快。 2.硬件采用51系列单片机，采用固态继电器作为控制元件。 3采用keil c作为编程语言，采用结构化的设计方法。 4.要求用protel设计出硬件电路图。 5画出系统控制框图。 6 画出软件流程图。 3.设计内容 3.1 PID控制原理 将偏差的比例，积分和微分通过线性组合构成控制量，用这一控制对被控对象进行控制，这一样的控制器称PID控制器
3.1.1．模拟PID控制原理 在模拟控制系统中，控制器最常用的控制规律是PID控制。为了说明控制器 (t)与实际输出信号n(t)进行比的原理，以图1.1的例子说明。给定输入信号n (t)-n(t),经过PID控制器调整输出控制信号u(t),u(t)对目较，其差值e(t)=n 标进行作用，使其按照期望运行。 常规的模拟PID控制系统原理框图如同1.2所示。该系统有模拟PID和被控对象组成。图中r(t)是给定的期望值，y(t)是系统的实际输出值，给定值与实际输出值，给定值与实际值构成控制偏差e(t): e(t)作为PID控制的输入，u(t)作为PID控制的输出和被控对象的输入。构成PID和被控对象的输入。构成PID控制的规律为： 其中：Kp为控制器的比例系数 Ti为控制器的积分时间，也称积分系数 Td为控制器的未分时间，也称微分系数