课
程
设
计
报
告
项目名称：角度随动系统姓名：鞠青云
专业：信息工程
学号：1028401106
本次设计的是角度随动系统，主要运用到了模拟电路的相关知识来设计系统的硬件，实现角度自动控制。通过控制前端转动角度的大小来控制系统末端的角度。主要由电位器、电阻、齿轮、运放、功放、电机等部件组成，使之可以通过一个电位器的转动以达到控制末端角度跟随变化。
关键词：角度控制、电机、角度随动
Abstract
The design Angle servo，using the related knowledge of analog circuit to confirm the hardware，can realize the automatic angle control. The angle at the end of the system can follow the change of the angle at the beginning of the system.The automatic control system mainly consists of potentiometers,resistances,gears ,operational amplifier , power amplifier, a motor and etc.
Keywords:Angle control,Motor,Angle tracking
摘要
一、引言
1.1角度随动系统的应用背景
1.2角度随动系统实现功能
二、系统方案论证
2.1总体方案思路
2.2方案比较论证
三、角度随动系统
3.1系统框图
3.2角度随动系统的结构组成3.3角度随动系统的工作原理
3.4系统数学模型的建立
四、系统电路原理图
4.1综合电路
4.2电路模块分析
五、系统实物及性能测试
5.1器件的选择
5.2实物图
5.3性能测试及校正
六、结束语
七、参考文献
一、引言
1.1角度随动系统的应用背景
随着社会的发展，科技的进步，自动控制系统在各个领域的应用越来越广泛，智能化已是现代控制系统发展的主流方向。近年来，角度控制系统虽然在人们日常生活中的运用并不多见，但是在工业中的应用却十分广泛，在军事中的运用也举足轻重，角度控制的方案也多种多样，不同的角度控制系统，优缺点各异。针对实际情况，设计一个角度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义。
如今，在传感技术、交通、电力和航天等行业，尤其是军事中雷达的运用，都要求很高的角度控制，在当今社会，角位置控制系统，运用会越来越广泛。
1.2角度随动系统实现功能
在自动控制系统的前端，有一个角度控制器，通过调节该角度控制器的角度，在自动控制系统的末端，会有一个跟随的角度变化，达到后端角度转动和前端手动的调节的角度一致，从而达到角度跟随的作用。
二、系统方案论证
2．1总体方案系统思路
控制末端的角度随着前端旋钮的角度一起变化，并且保持一致，而且可以反向调节，就得根据闭环负反馈系统的相关理论，在末端角度部分有一个反馈信号到前端输入部分，从而控制末端角度到达目标角度时能够停止转动。在本次设计中被控对象是系统输出端的角度，通过前端角度变化来控制末端角度的变化，通过下面三种方案进行比较。
2．2方案比较论证
方案一：
前端角度变化通过齿轮的相互咬合，将这一角度变化传递到末端角度器的下端，通过齿轮将角度传递到末端角度变化。
方案二：
以单片机为核心，通过外围电路以及内部程序来控制角度的变化。
方案三：
通过两个电位器，两个电位器均能输出电压，一个作为输入角度变化的电压，一个作为末端角度变化反馈的电压，分别接入到差分电路的两端，当差分电路的输出电压差不为0时，电机转动，带动末端的电位器转动，反馈的电压也就发生变化；当输出的电压差为0时，电压停止转动，则可以通过
此方法实现角度控制，且存在反馈系统。
方案一的优点是组成元件和整个系统结构都十分简单，但是只有齿轮传动，速度较慢，而且精度也不够，很难符合要求。方案二用到单片机系统，经费会超出预算，且内部程序比较繁琐不适合使用。方案三电路不是很复杂，不需要内部程序，而且精度和调节时间也可以符合要求。
通过上述三种方案的优缺点之间的比较，本次设计中采用方案三。
三、角度随动系统
3.1系统框图
本次实验，采用上述的方案三，则其系统框图如下：
图3.1 角度随动系统框图
此处前端电位器，可以使用多圈电位器，能够实现角度变化带动电位器的变化要求，末端电机转动带动电位器的变化，可以使用马达电位器，也能够实现电机转动带动电位器的变化。差分电路是该系统的核心部分。由于电机转动的要求电压较高，而差分电路输出的电压会出现较小的值，不能驱动电机转动，从而达不到角度一致的要求，所以加入功放电路来驱动电机。
3.2角度随动系统的结构组成
位置随动系统的原理图如图1-1。该系统的作用是使负载J(工作机械)的角位移随给定角度的变化而变化，即要求被控量复现控制量。系统的控制任务是使工作机械随指令机构同步转动即实现：Q(c)=Q(r)
图3.2位置随动系统原理图Z1—电动机，Z2—减速器，J —工作机械
系统系统主要由以下部件组成：系统中手柄是给定元件，手柄角位移
Qr 是给定值（参考输入量），工作机械是被控对象，工作机械的角位移Qc 是被控量（系统输出量），电桥电路是测量和比较元件，它测量出系统输入量和系统输出量的跟踪偏差（Qr –Qc ）并转换为电压信号Us ，该信号经可控硅装置放大后驱动电动机，而电动机和减速器组成执行机构。
3．3角度随动系统的工作原理
控制系统的任务是控制工作机械的角位移Qc 跟踪输入手柄的角位移
Qr 。如图3.2，当工作机械的转角Qc 与手柄的转角Qr 一致时，两个环形电位器组成的桥式电路处于平衡状态。其输出电压Us=0，电动机不动，系统处于平衡状态。当手柄转角Qr 发生变化时，若工作机械仍处于原来的位置不变，则电桥输出电压Us 不等于0，此电压信号经放大后驱动电动机转动，并经减速器带动工作机械使角位移Qc 向Qr 变化的方向转动，并逐渐使Qr 和Qc 的偏差减小。当Qc=Qr 时，电桥的输出电压为0，电机停转，系统达到新的平衡状态。当Qr 任意变化时，控制系统均能保证Qc 跟随Qr 任意变化，从而实现角位移的跟踪目的。
3．4 系统数学模型的建立
直流电机电枢回路电压平衡方程为：
a a a a a a E R i dt
di L t u ++=)( （3-1） a E 是电枢反电势，m e a K E ω=，e K 为与电动机反电势有关的比例系数。
)()(t i K t M a m m =，m K 为电动机的转矩系数，)(t M m 是电枢电流产生的电
磁转矩。
电动机轴上的转矩平衡方程为：
)()(t M t M B dt
d J c m m m -=+ωω （3-2） 暂不考虑负载转矩，则电动机的输出转矩来驱动负载并且并克服粘性摩擦，故得转矩平衡方程为：
dt
B dt J M m m m +=2 （3-3） 忽略电动机电枢电感a L ，利用（1）式与（3）式消去中间量)(t i a ，对变量a u 与m θ
作拉普拉斯变换得
)()()()(2s Bs s Js s s R K K s U R K a
e m a a m θθθ?+?=??- 即有： )()()()(1a e m a
m
a R K K B JS S R K s U s s G ?++==θ （3-4）
上式（4）为直流电机的传递函数。电机的模型为一二阶系统。由于电机的转速通常较快，在电机与末端角度控制器通常有一个齿轮减速器进行减速。
i —减速器速比
直流电机的数学模型建立：
La —电动机电枢绕组的电感
Ra —电动机电枢绕组的电阻
Km —电动机的转矩系数
Ke —与电动机反电势有关的比例系数
J —折算到电动机轴上的总转动惯量
B —折算到电动机轴上的总粘性摩擦系数
直流电机电枢回路电压平衡方程为：
a a a a a a E R i dt
di L t u ++=)( （3-5） a E 是电枢反电势，m e a K E ω=，e K 为与电动机反电势有关的比例系数。
)()(t i K t M a m m =，m K 为电动机的转矩系数，)(t M m 是电枢电流产生的电磁转矩。
电动机轴上的转矩平衡方程为：
)()(t M t M B dt
d J c m m m -=+ωω （3-6） 暂不考虑负载转矩，则电动机的输出转矩来驱动负载并且并克服粘性摩擦，故得转矩平衡方程为：
dt
B dt J M m m m +=2 （3-7） 忽略电动机电枢电感a L ，利用（3-5）式与（3-7）式消去中间量)(t i a ，对变量a u 与m θ
作拉普拉斯变换得
)()()()(2s Bs s Js s s R K K s U R K a
e m a a m θθθ?+?=??- 即有： )()()()(1a e m a
m
a R K K B JS S R K s U s s G ?++==θ （3-8）
上式（3-8）为直流电机的传递函数。电机的模型为一二阶系统。由于电机的转速通常较快，在电机与车轮之间通常有一个齿轮减速器进行减速。
i —减速器速比—减速器速比
根据以上介绍，整个系统的开环传递函数为：
i R K K B JS RS K K K s G a
e m m a s )()(++= （3-9） 这里忽略电动机的电枢电感La ，令Ri K K K K m a s =
1称为增益，a e
m R K K B F +=称为阻尼系数，则该自动位移控制系统的开环传递函数为)1()(+=TS S K s G ，其中F K K /1=是开环增益，是需要选定的系统参数，F J T /=为系统的时间常数，一般是为系统保留下来的固有参数。则可以得到系统相应的闭环传递函数为： 2()()1()G s K s G s TS S K
Φ==+++ （6） 该系统可以简化为一个简单地二阶系统，其原理框图如下：
图3 系统简化框图 各参数的含义如上，根据电动机的数据手册及其它模块各参数的计算选取，获得本设计的开环传递函数为： 4155()( 2.2)( 2.2)
a K G S S S S S ==++ 系统的开环增益约为155，时间常数为2.2s 。
四、系统电路原理图
4．1综合电路
图4.1 总体电路原理图
该原理图是一个整体的设计，左上端电位器就是输入的角度电位器，调节次电位器的角度，通过电压跟随器输入到差分电路的输入端，把差分电路的输出经过比较器，进入到加法器输入，加法器的输出，控制末端负载电机的转动，在电机转动的过程中，带动末端电位器的变化，即此处左下端的电位器。从而产生一个反馈的功能，当差分电路两个输入的电压不一致时，电机会转动，当其电压一
致时，电机就停止转动。
4．2电路模块分析
1、电压跟随器
在电路原理图可以看见用到了四组电压跟随器的作用，电压跟随器有一个显著的特点就是输入阻抗高，输出阻抗低，且输出的电压和输入的电压相同，在此处主要的作用是起到“隔离“的作用。对前级电路呈高阻状态，对后级电路呈低阻状态，起到隔离作用，防止电路前后级产生影响。
2、电压比较器
此处运放负端接到地，即参考电压为0 。当运放正端的输入大于0时，则比较器的输出大于0；当运放正端的输入小于0时，则比较器的输出小于0 。在此电路中，运放的正端接入的是上级差分电路的输出，当差分电路输出大于0，则比较器也输出大于0，从而控制电机正传；输入小于0时，则电机反转。
3、功放电路
此电路为乙类双电源互补对称功率放大电路，对正负电压均能起到放大的作用。当左端输入一个电压时，经过此电路就会产生放大的电流。
电路末端用到的功放的作用就是进行一个电流，从而驱动电机的转动。
4、求和电路
此处用到一个简单的求和电路，由于比例已经经过设计，此处的输出即为输入的两个电压的和的相反数。此处如此设计，主要是便于调节输出的角度能够和输入的角度一致。输出的电压，经过电压放大，即能
驱动电机的转动。
5、求差电路
求差电路应该是该电路的核心，上下两个输入端的电压，分别对应系统前端调节角度产生的电压和系统末端反馈的电压。输出的电压为上端输入电压与下端输入电压之差，当电压差不为0时，就会通过下级电路带到后端电机转动，从而反馈的电压也会变化，使差分电路的输出趋于0，进而起到角度调节的作用。
五、系统实物及性能测试
5.1器件的选择
前端角度控制电位器，可以通过一个多圈电位器实现角度和电位的同时实现。运放可以选择普通的LM324芯片。功放电路中，用到了NPN和PNP 两种类型的三极管，此处可以选择9012，9013就可符合要求。该系统末端的角度变化和电位器变化，本打算用一个电机通过齿轮减速带动一个电位器来实现，但是马达电位器能实现上述的整体功能，就用马达电位器代替。
图5-1 马达电位器5.2实物图
图5-2 整体图
图5-3 前端角度控制器
图5-4 差分电路模块
上述电路实物中，由于选择了集成的马达电位器，在其进行工作时，则
会出现调节时间比较长的现象，反应有些迟钝，这个是采用这个设计存在的遗憾。所以，通过下面进行性能的校正。
5．3性能测试及校正
稳定性分析
由系统的开环传传递函数 4155()( 2.2)( 2.2)
a K G S S S S S ==++ 得系统的特征方程为： 01552.22=++s s
运用Routh 判据判定系统的稳定性。写出系统的劳思表如下：
2s 1 155
1s 2.2 0
0s 155
根据Routh 判据：线性系统稳定的充分必要条件是劳思表中第一列严格为正。由系统劳思表知，第一列中全为正数，所以该系统稳定。
系统校正：
1、串联超前校正
采用了串联超前校正。采用串联超前校正可以增大系统的截止频率，从而使
闭环系统的带宽也增大，使响应速度加快。
串联超前校正网络的传递函数为：
1
1)(++=Ts Ts s G αα 式中α为分度系数，T 为时间常数。
超前网络的最大超前角频率为 αωT m 1
=
最大超前相位角为 α
α?+-=11a r c s i n m
图5-5无源超前网络电路图与特性图 2、校正指标 设计的二阶系统开环传递函数为：
校正后系统的性能指标应满足：
速度位置误差 1.0≤ss e
相角裕度 50≥'γ
截止频率 s r a d
c /14≥'ω
3、校正过程
首先调整开环增益。因为：1.01≤=K
e ss 故取1)(10-=rad K ,待校正系统开环传递函数为：)
2.2(10)(+=
s s s G 根据系统的频率特性，计算出系统的截止频率c ω )
2.2S(S 155G(S)+=
即令 1)
2.2(155)(=+=ωωωj j j G 得： s r a d c /5.9=ω
根据截止频率即可求出系统的相角裕度γ
6.13)2.2arctan 90(180)(180=--+=∠+=c
c j G ωωγ
而二阶系统的幅值裕度必为∞+。由待校正系统的相角裕度可以计算出串联超前网络的最大相角m ?
4.46~4.41)10~5(50)10~5(=+-=+?=γγ?m
这里取 4.41=m ?，为了发挥超前网络的最大补偿作用，用最大相位角进行补偿 根据α
α?+-=11arcsin m ，即可求出：18.0=α 取'=c m ωω，根据αωT m 1
=，即可求出：20.0=T
因此超前网络的传递函数为：
1
20.018.0120.018.011)(+?+?=++=s s Ts Ts s G αα 由于12.0≤=α，故超前网络对系统有衰减作用，这对系统的性能是不利的。实际中取1
2.0*18.0120.011)(1
)(++=++=='s s Ts Ts s G s G αα 为了验证串联超前校正网络的校正作用，需要对系统的性能指标进行校验。 校正后系统的开环传递函数为：)
12.3(101032.0116.0)(+?++=
s s s s s G 校正之后系统的相角裕度为： 5
.5812.3arctan
90032.0arctan 16.0arctan 180=---+=c c c ωωωγ
γ，满足校正要求。
可见
≥
50
六、结束语
通过本次实验，能够正确理解自动控制系统的系统设计过程，关键是反馈部分得到了一定的锻炼。本设计是采用串联超前校正的方法设计的位置控制系统，涵盖了控制理论的基本的内容，涉及到了系统数学模型的建立，时频域分析，系统参数合理选择以及最终系统性能的校正。对Routh判据、开环幅频特性曲线等方法和手段有了一个实际的运用。同时综合运用模电，电机等其他方面的知识，锻炼了自身的综合运用能力。
但是，由于临近期末，课程设计的时间较短，所以该角度跟随器的功能还不是十分完美，尤其是校正一部分还需要进一步的设计和调制，对此还是有点遗憾。
七、参考文献
《电子技术基础（模拟部分）第五版》康华光主编，华中科技大学出版社；百度文库；
《自动控制原理（第五版）》胡松寿主编，科学技术出版社
实验报告 离散控制系统的性能分析及设计 一．实验目的：熟悉MATLAB环境下的离散控制系统性能分析；二．实验原理及实验内容 1. 数学模型的确定及系统分析： 已知采样控制系统，如图所示，若采样周期T＝1s，K=10，（1）求闭环z传函；（2）求单位阶跃响应；（3）判定系统稳定性；（4）确定系统的临界放大系数； 图1 （1）计算闭环Z传函 ds1=tf(10,[1 1 0]);Ts=1; dg1=c2d(ds1,Ts,'zoh') dgg=feedback(dg1,1) Transfer function: 3.679 z + 2.642 ---------------------- z^2 - 1.368 z + 0.3679 3.679 z + 2.642 -------------------- z^2 + 2.311 z + 3.01 （2）求系统单位阶跃响应 C（z）=R*G Y= 3.6788 -2.1802 0.28517 12.225 -22.789 22.182 23.66 -115.13
201.15 -111.95 -1.1555 + 1.2943i -1.1555 - 1.2943i ans = 1.7350 1.7350 （4）临界稳定
将上述系统改变采样周期，T=0.1s,确定系统稳定的K 值范围； Root Locus Real Axis I m a g i n a r y A x i s -6 -5-4-3 -2-101 -2-1.5 -1 -0.5 0.5 1 1.5 2
附录： 最小拍系统设计原理及实例：
过程控制系统知识点总结 ） 一、概论 1、过程控制概念：五大参数。 过程控制的定义：工业中的过程控制是指以温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数作为被控变量的自动控制。 2、简单控制系统框图。 控制仪表的定义：接收检测仪表的测量信号，控制生产过程正常进行的仪表。主要包括：控制器、变送器、运算器、执行器等，以及新型控制仪表及装置。 控制仪表的作用：对检测仪表的信号进行运算、处理，发出控制信号，对生产过程进行控制。 3、能将控制流程图（工程图、工程设计图册）转化成控制系统框图。
4、DDZ-Ⅲ型仪表的电压信号制，电流信号制。QDZ-Ⅲ型仪表的信号制。它们之间联用要采用电气转换器。 5、电信号的传输方式，各自特点。 电压传输特点： 1). 某台仪表故障时基本不影响其它仪表； 2). 有公共接地点； 3). 传输过程有电压损耗，故电压信号不适宜远传。 电流信号的特点： 1).某台仪表出故障时，影响其他仪表； 2).无公共地点。若要实现仪表各自的接地点,则应在仪表输入、输出端采取直流隔离措施。 6、变送器有四线制和二线制之分。区别。 1、四线制：电源与信号分别传送，对电流信号的零点及元件的功耗无严格要求。 2、两线制：节省 第一个字母：参数类型 T —— 温 度 （Temperature ） P ——压力（Pressure ） L ——物位（Level ） F ——流量（Flow ） W ——重量（Weight ） 第二个字母：功能符号 T —— 变 送 器 （transmitter ） C —— 控 制 器 （Controller ） I ——指示器（Indicator ） R ——记录仪（Recorder ） A ——报警器（Alarm ） 加热 制燃料
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。 图1 一级倒立摆结构示意图
实验二 离散控制系统分析方法 一、实验目的 利用MATLAB 对各种离散控制系统进行时域分析。 二、实验指导 1．控制系统的稳定性分析 由前面章节学习的内容可知，对线性系统而言，如果一个连续系统的所有极点都位于s 平面的左半平面，则该系统是一个稳定系统。对离散系统而言，如果一个系统的全部极点都位于z 平面的单位圆内部，则该系统是一个稳定系统。一个连续的稳定系统，如果所有的零点都位于s 平面的左半平面，即所有零点的实部小于零，则该系统是一个最小相位系统。一个离散的稳定系统，如果所有零点都位于z 平面的单位圆内，则称该系统是一个最小相位系统。由于Matlab 提供了函数可以直接求出控制系统的零极点，所以使用Matlab 判断一个系统是否为最小相位系统的工作就变得十分简单。 2．控制系统的时域分析 时域分析是直接在时间域对系统进行分析。它是在一定输入作用下，求得输出量的时域表达式，从而分析系统的稳定性、动态性能和稳态误差。这是一种既直观又准确的方法。 Matlab 提供了大量对控制系统的时域特征进行分析的函数，适用于用传递函数表示的模型。其中常用的函数列入表1，供学生参考。 例1．z z z H 5.05 .1)(2+= 试绘出其单位阶跃响应及单位斜波输入响应。 解：为求其单位阶跃响应及单位斜波输入响应，编制程序如下： num=[1.5]; den=[1 0.5 0];sysd=tf(num,den,0.1) [y,t,x]=step(sysd);
subplot(1,2,1) plot(t,y); xlabel('Time-Sec'); ylabel('y(t)'); gtext('单位阶跃响应') grid; u=0:0.1:1; subplot(1,2,2) [y1,x]=dlsim(num,den,u); plot(u,y1) xlabel('Time-Sec'); ylabel('y(t)'); gtext('单位速度响应') grid 二、实验内容 1、MATLAB在离散系统的分析应用 对于下图所示的计算机控制系统结构图1，已知系统采样周期为T=0.1s，被 控对象的传递函数为 2 () s(0.11)(0.05s1) G s s = ++ ，数字控制器 0.36 () 0.98 z D z z - = + ，试 求该系统的闭环脉冲传递函数和单位阶跃响应。 图1 计算机控制系统结构图 实验步骤： 1）.求解开环脉冲传递函数，运用下面的matlab语句实现：>> T=0.1; >> sys=tf([2],[0.005 0.15 1 0]); %将传函分母展开>> sys1=c2d(sys,T,'zoh'); >> sys2=tf([1 -0.36],[1 0.98],0.1); >> sys3=series(sys2,sys1) 执行语句后，屏幕上显示系统的开环脉冲传递函数为： sys3 = 0.03362 z^3 + 0.05605 z^2 - 0.01699 z - 0.002717 --------------------------------------------------
过程控制系统知识点总结 ) 一、概论 1、过程控制概念:五大参数。 过程控制的定义:工业中的过程控制就是指以温度、压力、流量、液位与成分等工艺参数作为被控变量的自动控制。 2、简单控制系统框图。 控制仪表的定义:接收检测仪表的测量信号,控制生产过程正常进行的仪表。主要包括:控制器、变送器、运算器、执行器等,以及新型控制仪表及装置。 控制仪表的作用:对检测仪表的信号进行运算、处理,发出控制信号,对生产过程进行控制。 3、能将控制流程图(工程图、工程设计图册)转化成控制系统框图。 4、DDZ -Ⅲ型仪表的电压信号制,电流信号制。QDZ-Ⅲ型仪表的信号制。它们之间联用要采用电气转换器。 5、电信号的传输方式,各自特点。 电压传输特点: 1)、 某台仪表故障时基本不影响其它仪表; 2)、 有公共接地点; 3)、 传输过程有电压损耗,故电压信号不适宜远传。 电流信号的特点: 1)、某台仪表出故障时,影响其她仪表; 2)、无公共地点。若要实现仪表各自的接地点,则应在仪表输入、输出端采取直流隔离措施。 6、变送器有四线制与二线制之分。区别。 1、四线制:电源与信号分别传送,对电流信号的零点及元件的功耗无严格要求。 2、两线制:节省电缆及安装费用,有利于防爆。活零点,两条线既就是信号线又就是电源线。 7、本安防爆系统的2个条件。 第一个字母:参数类型 T ——温度(Temperature) P ——压力(Pressure) L ——物位(Level) F ——流量(Flow) W ——重量(Weight) 第二个字母:功能符号 T ——变送器(transmitter) C ——控制器(Controller) I ——指示器(Indicator) R ——记录仪(Recorder) A ——报警器 (Alarm) 加热炉
成绩： 自动控制原理 课程设计报告 学生姓名：黄国盛 班级：工化144 学号：201421714406 指导老师：刘芹 设计时间：2016.11.28-2016.12.2
目录 1.设计任务与要求 (1) 2.设计方法及步骤 (1) 2.1系统的开环增益 (1) 2.2校正前的系统 (1) 2.2.1校正前系统的Bode图和阶跃响应曲线 (1) 2.2.2MATLAB程序 (2) 3.3校正方案选择和设计 (3) 3.3.1校正方案选择及结构图 (3) 3.3.2校正装置参数计算 (3) 3.3.3MATLAB程序 (4) 3.4校正后的系统 (4) 3.4.1校正后系统的Bode图和阶跃响应曲线 (4) 3.4.2MATLAB程序 (6) 3.5系统模拟电路图 (6) 3.5.1未校正系统模拟电路图 (6) 3.5.2校正后系统模拟电路图 (7) 3.5.3校正前、后系统阶跃响应曲线 (8) 4.课程设计小结和心得 (9) 5.参考文献 (10)
1.设计任务与要求 题目2：已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数 ()() 00.51K G s s s =+用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计。 任务：用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计，使系统满足如下动态及静态性能 指标： （1）在单位斜坡信号作用下，系统的稳态误差0.05ss e rad <； （2）系统校正后，相位裕量45γ> 。 （3）截止频率6/c rad s ω>。 2.设计方法及步骤 2.1系统的开环增益 由稳态误差要求得：20≥K ，取20=K ；得s G 1s 5.0201)s(0.5s 20)s (20+=+=2.2校正前的系统 2.2.1校正前系统的Bode 图和阶跃响应曲线 图2.2.1-1校正前系统的Bode 图
----------2007-------------------- 一、(22分)求解下列问题： 1. (3分)简述采样定理。 解：当采样频率s ω大于信号最高有效频率h ω的2倍时，能够从采样信号)(* t e 中 完满地恢复原信号)(t e 。（要点：h s ωω2>）。 2．(3分)简述什么是最少拍系统。 解：在典型输入作用下，能以有限拍结束瞬态响应过程，拍数最少，且在采样时刻上无稳态误差的随动系统。 3．(3分)简述线性定常离散系统稳定性的定义及充要条件。 解：若系统在初始扰动的影响下，其输出动态分量随时间推移逐渐衰减并趋于零，则称系统稳定。稳定的充要条件是：所有特征值均分布在Z 平面的单位圆内。 4．（3分）已知X(z)如下，试用终值定理计算x (∞)。 ) 5.0)(1()(2+--= z z z z z X 解： 经过验证(1)X()z z -满足终值定理使用的条件，因此， 211x()lim(1)X()lim 20.5 z z z z z z z →→∞=-==-+。 5．(5分)已知采样周期T =1秒，计算G (z ) = Z [G h (s )G 0(s ) ]。 ) 2)(1(1 e 1)()()(0++-==-s s s s G s G s G Ts h 解：11 1 1211 11(1)(1e )()(1)Z[](1)()s s 11e (1e )e z z z G z z z z z z z --------=--=--=+---++ 6．(5分) 已知系统差分方程、初始状态如下： )k (1)(8)1(6)2(=++-+k c k c k c ，c(0)=c(1)=0。 试用Z 变换法计算输出序列c (k )，k ≥ 0。 解： 22 ()6()8()() ()(1)(68)3(1)2(2)6(4)1 (){2324},0 6 k k z C z C z C z R z z z z z C z z z z z z z c k k -+===-+--+---=-?+≥ 二、（10分）已知计算机控制系统如图1所示，采用数字比例控制() D z K =， 其中K >0。设采样周期T =1s ，368.0e 1=-。
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。
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/5d10597009.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)
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
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。
自动控制原理课程设计 专业： 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 兰州交通大学自动化与电气工程学院2013 年01月11日
目录 控制系统超前校正 (2) 1.问题描述 (2) 1.1设计目的 (2) 1.2设计内容 (2) 1.3超前校正及其特性 (2) 1.4系统参数设计步骤 (4) 2.校正系统设计 (5) 2.1 控制系统的任务要求 (5) 2.2校正前系统分析 (5) 2.3 校正系统的设计与分析 (7) 2.4 校正前后系统比较 (10) 2.5 软件仿真 (11) 2.6 硬件实验模拟电路 (13) 2.7 部分分析题解答 (14)
3. 课程设计总结 (15) 参考文献 (16) 控制系统超前校正 1．问题描述 1.1设计目的 （1） 了解串联超前校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响； （2） 掌握用频率特性法分析自动控制系统动态特性的方法； （3） 掌握串联超前校正装置的设计方法和参数调试技术； （4） 掌握设计给定系统超前校正环节的方法，并用仿真技术验证校正环节理论设计的正确性。 （5） 掌握设计给定系统超前校正环节的方法，并模拟实验验证校正环节理论设计的正确性。 1.2设计内容 已知单位反馈控制系统的开环传递函数为： ()() ()11o K G s s as bs = ++ 设计超前校正装置，使校正后系统满足： 11,,%%v c K cs ds e ωσ--=≥≤ 1.3超前校正及其特性 超前校正就是在前向通道中串联传递函数为: ()11 ()()1 c C s aTs G s R s a Ts += =?+ （1-1） 通常 a 为分度系数,T 叫时间常数,由式(1-1)可知,采用无源超前网络进行串联校正 时,整个系统的开环增益要下降 a 倍,因此需要提高放大器增益交易补偿. 如果对无源超
过程控制系统考试知识点复习和总结 终极版 第五章复杂控制系统（串级、比值、均匀、分程、选择、前馈、双重控制）
串级控制系统 定义：采用不止一个控制器，而且控制器间相串接，一个控制器的输出作为另一个控制器的设定值的系统。 调节过程： 当燃料气压力或流量波动时，加热炉出口温度还没有变化，因此，主控制器输出不变，燃料气流量控制器因扰动的影响，使燃料气流量测量值变化，按定值控制系统的调节过程，副控制器改变控制阀开度，使燃料气流量稳定。与此同时，燃料气流量的变化也影响加热炉出口温度，使主控制器输出，即副控制器的设定变化，副控制器的设定和测量的同时变化，进一步加速了控制系统克服扰动的调节过程，使主被控变量回复到设定值。 当加热炉出口温度和燃料气流量同时变化时，主控制器经过主环及时调节副控制器的设定，使燃料气流量变化保持炉温恒定，而副控制器一方面接受主控制器的输出信号，同时，根据燃料气流量测量值的变化进行调节，使燃料气流量跟踪设定值变
化，使燃料气流量能根据加热炉出口温度及时调整，最终使加热炉出口温度迅速回复到设定值。 特点： 能迅速克服进入副回路扰动的影响 串级控制系统由于副回路的存在，改进了对象特性，提高了工作频率 串级控制系统的自适应能力 设计： ⑴主、副回路 副回路应尽量包含生产过程中主要的、变化剧烈、频繁和幅度大的扰动，并力求包含尽可能多的扰动。设计副回路应注意工艺上的合理性；应考虑经济性；注意主、副对象时间常数的匹配 ⑵串级控制系统中主、副控制器控制规律 主控制器起定值控制作用，副控制器对主控制器输出起随动控制作用，而对扰动作用起定值控制作用。主被控变量要求无余差，副被控变量却允许在一定范围内变动。主控制器可采用比例、积分两作用或比例、积分、微分三作用控制规律，副控制器单比例作用或比例积分作用控制规律。 ⑶主、副控制器正、反作用的选择
1 引言 支点在下，重心在上，恒不稳定的系统或装置的叫倒立摆。倒立摆控制系统是一个复杂的、不稳定的、非线性系统，是进行控制理论教学及开展各种控制实验的理想实验平台。 1.1 问题的提出 倒立摆系统按摆杆数量的不同，可分为一级，二级，三级倒立摆等，多级摆的摆杆之间属于自有连接（即无电动机或其他驱动设备）。对倒立摆系统的研究能有效的反映控制中的许多典型问题：如非线性问题、鲁棒性问题、镇定问题、随动问题以及跟踪问题等。通过对倒立摆的控制，用来检验新的控制方法是否有较强的处理非线性和不稳定性问题的能力。 倒立摆的控制问题就是使摆杆尽快地达到一个平衡位置，并且使之没有大的振荡和过大的角度和速度。当摆杆到达期望的位置后，系统能克服随机扰动而保持稳定的位置。 1.2 倒立摆的控制方法 倒立摆系统的输入来自传感器的小车与摆杆的实际位置信号，与期望值进行比较后，通过控制算法得到控制量，再经数模转换驱动直流电机实现倒立摆的实时控制。直流电机通过皮带带动小车在固定的轨道上运动，摆杆的一端安装在小车上，能以此点为轴心使摆杆能在垂直的平面上自由地摆动。作用力u平行于铁轨的方向作用于小车，使杆绕小车上的轴在竖直平面内旋转，小车沿着水平铁轨运动。当没有作用力时，摆杆处于垂直的稳定的平衡位置（竖直向下）。为了使杆子摆动或者达到竖直向上的稳定，
需要给小车一个控制力，使其在轨道上被往前或朝后拉动。 本次设计中我们采用其中的牛顿－欧拉方法建立直线型一级倒立摆系统的数学模型，然后通过开环响应分析对该模型进行分析，并利用学习的古典控制理论和Matlab /Simulink仿真软件对系统进行控制器的设计，主要采用根轨迹法，频域法以及PID（比例-积分-微分）控制器进行模拟控制矫正。 2 直线倒立摆数学模型的建立 直线一级倒立摆由直线运动模块和一级摆体组件组成，是最常见的倒立摆之一，直线倒立摆是在直线运动模块上装有摆体组件，直线运动模块有一个自由度，小车可以沿导轨水平运动，在小车上装载不同的摆体组件。 系统建模可以分为两种：机理建模和实验建模。实验建模就是通过在研究对象上加上一系列的研究者事先确定的输入信号，激励研究对象并通过传感器检测其可观测的输出，应用数学手段建立起系统的输入－输出关系。这里面包括输入信号的设计选取，输出信号的精确检测，数学算法的研究等等内容。 鉴于小车倒立摆系统是不稳定系统，实验建模存在一定的困难。因此，本文通过机理建模方法建立小车倒立摆的实际数学模型，可根据微分方程求解传递函数。 2.1 微分方程的推导（牛顿力学方法） 微分方程的推导在忽略了空气阻力和各种摩擦之后，可将直线一级倒立摆系统抽象成小车和匀质杆组成的系统，如图1所示。做以下假设： M小车质量m摆杆质量 b小车摩擦系数I 摆杆惯量
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。
第7章离散控制系统的分析与综合 7.3 离散系统的能控性和能观性 1、离散系统的能控性和能观性判据 ◆能控性和能观性定义： 对有限个采样周期，若能找到控制信号序列，能使任意一个初始状态转移到零状态，则系统是状态完全能控的；若根据有限个采样周期的输出序列，能唯一地确定任意初始状态，则系统是状态完全能观的。 ◆能控性和能观性判据： A B C状态完全能控的充要条件 n阶线性定常离散系统(,,) 是
1 rank rank[,,,]n c Q B AB A B n -== 状态完全能观的充要条件是 1rank rank o n C CA Q n CA -轾犏犏犏==犏犏犏臌 2、连续系统离散化后的能控性与能观性 设具有零阶保持器的n 阶连续系统以采样周期T 离散为离散系统。 定理：若连续系统不能控（不能观），则其离散系统必不能控（不能观）。若连续系统能控（能观），其互异特征值（含 重特征值）为μλλλ，， ， 21，若对一切 μλλ,,2,1,,0][ ==-j i R j i e
的互异特征值满足 ,2,1,2][±±=≠-k T k I j i m πλλ 则其离散系统必保持能控（能观）性。 7.4 离散系统的稳定性 1、离散系统稳定的充要条件 1）赛尔维斯特展开定理 设n 阶系数矩阵A 具有互异特征值n λλλ，，， 21，)(A f 是A 函数，则有 i i n i A f A f )()(1λ∑== 其中 j i i n i j j i I A A λλλ--= ∏≠=,1
2）离散系统稳定的充要条件 线性定常离散系统齐次状态方程 的解为 ()(0)k x k A x = 由系统的特征方程 0zI A -= 可解得系统的特征值。 设A 的特征值n λλλ，，， 21两两互异，则由赛尔维斯特展开定理得 1n k k i i i A λA ==?
过程控制系统知识点总结 考试题型 一、判断题（共10分） 二、单选（20分） 三、填空（10分） 四、简答题（5小题，共20分） 五、分析计算题（4小题，共40分，每题10分） 一、概论 1、过程控制概念：五大参数。 过程控制的定义：工业中的过程控制是指以温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数作为被控变量的自动控制。 2、简单控制系统框图。 控制仪表的定义：接收检测仪表的测量信号，控制生产过程正常进行的仪表。主要包括：控制器、变送器、运算器、执行器等，以及新型控制仪表及装置。 控制仪表的作用：对检测仪表的信号进行运算、处理，发出控制信号，对生产过程进行控制。 3、能将控制流程图（工程图、工程设计图册）转化成控制系统框图。 4、DDZ -Ⅲ型仪表的电压信号制，电流信号制。QDZ-Ⅲ型仪表的信号制。它们之间联用要采用电气转换器。 5、电信号的传输方式，各自特点。 电压传输特点： 1). 某台仪表故障时基本不影响其它仪表； 2). 有公共接地点； 3). 传输过程有电压损耗，故电压信号不适宜远传。 电流信号的特点： 1).某台仪表出故障时，影响其他仪表； 2).无公共地点。若要实现仪表各自的接地点,则应在仪表输入、输出端采取直流隔离措施。 6、变送器有四线制和二线制之分。区别。 1、四线制：电源与信号分别传送，对电流信号的零点及元件的功耗无严格要求。 2、两线制：节省电缆及安装费用，有利于防爆。活零点，两条线既是信号线又是电源线。 第一个字母：参数类型 T ——温度（Temperature ） P ——压力（Pressure ） L ——物位（Level ） F ——流量（Flow ） W ——重量（Weight ） 第二个字母：功能符号 T ——变送器（transmitter ） C ——控制器（Controller ） I ——指示器（Indicator ） R ——记录仪（Recorder ） A ——报警器（Alarm ） 加热炉
《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
自动控制原理课程设计 专业：自动化 设计题目：控制系统的综合设计 班级：自动化0943 学生姓名：XXX 学号：XX 指导教师：XX 分院院长：XXX 教研室主任：XX 电气工程学院
目录 目录 第一章课程设计内容与要求分析 (1) 1.1设计内容 (1) 1.2 设计要求 (1) 1.3 Matlab软件 (2) 1.3.1基本功能 (2) 1.3.2应用 (3) 第二章控制系统程序设计 (4) 2.1 校正装置计算方法 (4) 2.2 课程设计要求计算 (4) 第三章利用Matlab仿真软件进行辅助分析 (6) 3.1校正系统的传递函数 (6) 3.2用Matlab仿真 (6) 3.3利用Matlab/Simulink求系统单位阶跃响应 (10) 3.2.1原系统单位阶跃响应 (10) 3.2.2校正后系统单位阶跃响应 (11) 3.2.3校正前、后系统单位阶跃响应比较 (12) 3.4硬件设计 (13) 3.4.1在计算机上运行出硬件仿真波形图 (14) 课程设计心得体会 (16) 参考文献 (18)
第一章 课程设计内容与要求分析 1.1设计内容 针对二阶系统 )1()(+= s s K s W ， 利用有源串联超前校正网络（如图所示）进行系统校正。当开关S 接通时为超前校正装置，其传递函数 11 )(++-=Ts Ts K s W c c α， 其中 1 3 2R R R K c += ， 1 ) (13243 2>++ =αR R R R R ，C R T 4=， “-”号表示反向输入端。若Kc=1，且开关S 断开，该装置相当于一个放大系数为1的放大器（对原系统没有校正作用）。 1.2 设计要求 1）引入该校正装置后，单位斜坡输入信号作用时稳态误差1.0)(≤∞e ，开环截止频率ωc’≥4.4弧度/秒，相位裕量γ’≥45°； 2）根据性能指标要求，确定串联超前校正装置传递函数； 3）利用对数坐标纸手工绘制校正前、后及校正装置对数频率特性曲线； c R 2 3
目录 摘要…………………………………………………………………第1章任务要求和方案设计…………………………………… 1.1 任务要求……………………………………………………… 2.1 总体方案确定及元件选择…………………………………….. 2.1.1 总体设计框图……………………………………………… 2.1.2 控制方案确定………………………………...…………… 2.1.3 系统组成……………………………………………… 2.1.4 单片机系统……………………………………….. 2.1.15 D/A转换........................................................................... 2.1.5 晶闸管控制………………………………………... 2.1.6 传感器……………………………………………… 2.1.7 信号放大电路………………………………………. 2.1.8 A/D转换……………………………………………. 2.1.9 设定温度及显示……………………………………. 第2章系统硬件设计……………………….…………………2.1 系统硬件框图……………………………………………2.2 系统组成部分之间接线分析…………………………… 第3章系统软件设计…………………………………………. 3.1程序流程图..…………………………………..…………… 第4章参数计算……………………………..………………... 4.1 系统各模块设计及参数计算 4.1.1、温度采集部分及转换部分
4.1.2、传感器输出信号放大电路部分:........................... 4.1.3、模数转换电路部分:............................ 4.1.4、ADC0804芯片外围电路的设计：....................... 4.1.5、数值处理部分及显示部分:............................. 4.1.6、PID算法的介绍....................................: 4.1.7、A/D转换模块.......................................... 4.1.7、A/D转换模块................................... 4.1.8 单片机基本系统调试............................... 4 .1. 9 注意事项：................................................................ 第5章测试方法和测试结果 5.1 系统测试仪器及设备 5.2 测试方法 5.3 测试结果 结束语........................................... 参考文献.…………………………………….……….……………