自动控制原理课程教案(电气专54课时)
-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
《自动控制原理》课程教案
课程名称：自动控制原理
学时/学分： 54/3
开课系部：机电系
适用专业：电气自动化
教案编写：王锋
山东农业工程学院教务处制
电气控制课程设计 题目
实验指导书 《电气控制与仪表课程设计》 课程设计 学院: 学号: 专业( 方向) 年级: 学生姓名: 福建农林大学机电工程学院电气工程系 9 月 1 日 第一节概述 要能够胜任电气控制系统的设计工作, 按要求完成好设计任务,
仅仅掌握电气设计的基础知识是不够的, 必须经过重复的实践, 深入生产现场, 不断积累经验。课程设计正是为这一目的而安排的一个实践性教学环节, 它是一项初步的工程训练。经过集中1~2周时间的设计工作, 了解一般电气控制系统的设计要求、设计内容和设计方法。课程设计题目不要太大, 尽可能取自生产中实用的电气控制装置。 本指导书主要讨论课程设计应达到的目的、要求、设计内容、深度及完成的工作量。并经过实例介绍, 进一步说明课程设计的设计步骤。 本指导书还收集了较多的设计参考题, 可作为课程设计练习题, 直接供设计者自由选取。命题结合生产需要, 具有真实感。设计中应严格要求, 力求做到图纸资料规范化。 电气设计包含原理设计与工艺设计两个方面, 不能忽视任何一面, 在高等工科应用型人才培养中特别要重视工艺设计。由于初次从事设计工作, 工艺要求不能过高, 不能面面俱到。设计工作量、说明书等要求与毕业设计应有较大的区别, 电气控制课程设计属于练习性质, 不强调设计结果直接用于生产, 个人的工艺设计, 只要求完成其中的一部份内容。 课程设计原则上应做到一人一题和自由选题。在几个人共选一个课题的情况下, 各人的设计要求及工艺设计内容, 绘图种类, 应有所区别。要强调独立完成, 以学生自身的独立工作为主, 教师指导帮助为辅。在设计工程中, 适当组织针对性参观, 并配以多种形式
第一章自动控制的一般概念 第一节控制理论的发展 自动控制的萌芽：自动化技术学科萌芽于18世纪，由于工业革命的发展,如何进一步降低人的劳动强度和提高设备的可靠性被提到了议程。 特点：简单的单一对象控制。 1. 经典控制理论分类 线性控制理论，非线性控制理论，采样控制理论 2. 现代控制理论 3. 大系统理论 4. 智能控制理论 发展历程： 1. 经典控制理论时期（1940-1960） 研究单变量的系统，如：调节电压改变电机的速度；调整方向盘改变汽车的运动轨迹等。 ?1945年美国人Bode出版了《网络分析与放大器的设计》，奠定了控制理论的 基础; ?1942年哈里斯引入传递函数； ?1948年伊万恩提出了根轨迹法； ?1949年维纳关于经典控制的专著。 特点：以传递函数为数学工具，采用频率域法，研究“单输入—单输出”线性定常控制系统的分析和设计，而对复杂多变量系统、时变和非线性系统无能为力。 2. 现代控制理论时期（20世纪50年代末-60年代初） 研究多变量的系统，如，汽车看成是一个具有两个输入（驾驶盘和加速踏板）和两个输出（方向和速度）的控制系统。空间技术的发展提出了许多复杂的控制问题，用于导弹、人造卫星和宇宙飞船上，对自动控制的精密性和经济性指标提出了极严格的要求。并推动了控制理论的发展。 ?Kalman的能控性观测性和最优滤波理论; ?庞特里亚金的极大值原理； ?贝尔曼的动态规划。 特点：采用状态空间法（时域法），研究“对输入-多输出”、时变、非线性系统等高精度和高复杂度的控制问题。 3. 大系统控制时期（1970s-） 各学科相互渗透，要分析的系统越来越大，越来越复杂。 大系统控制理论是一种过程控制与信息处理相结合的动态系统工程理论，研究的对象具有规模庞大、结构复杂、功能综合、目标多样、因素众多等特点。它是一个多输入、多输出、多干扰、多变量的系统。 如：人体，我们就可以看作为一个大系统，其中有体温的控制、情感的控制、
《自动控制原理》教学大纲 课程类别：专业必修课课程名称：自动控制原理 开课单位：飞行器设计与工程专业建设组课程编号：N02010102 总学时：64学分：4 适用专业：飞行器设计与工程 先修课程：高等数学、大学物理、理论力学、机械原理、电工技术等 一、课程在教学计划中的地位、作用 《自动控制原理》是飞行器设计与工程专业的一门必修课，通过本课程的学习，使学生掌握自动控制的基本原理和概念，并具备对自动控制系统进行分析，计算，实验的初步能力，为专业课的学习和参加控制工程实践提供必要的理论基础。通过对本课程的学习，要求学生掌握自动控制的基本理论和基本分析方法，能应用控制理论对自动控制系统进行性能分析，能对系统进行校正和提出改善系统性能的途径和方法。 二、课程内容、基本要求 1、掌握常规控制器和自动控制系统的组成及其相互关系。 2、了解对自动控制系统的性能要求及分析系统性能的方法。 3、掌握用传递函数，方框图，信号流图及状态空间描述建立系统数学模型的方法。 4、掌握常规控制器的基本控制规律、动态特性和对控制系统的作用。 5、掌握对控制系统进行分析和综合的方法：时域分析法、频域分析法、根轨迹法及状态空间分析法。 6、初步掌握控制系统的校正和设计方法，为解决实际问题打好基础。 第一章自动控制的一般概念（3学时） 教学要求： （1）明确什么是自动控制；正确理解被控对象、被控量、控制装置和自控系统等概念；
（2）正确理解三种控制方式，特别是闭环控制； （3）初步掌握由系统工作原理画方框图的方法，并能正确判别系统的控制方式； （4）明确系统常用的分类方式，掌握各类别的含义和信息特征，特别是按数学模型分类的方式； （5）明确对自控系统的基本要求，正确理解三大性能指标的含义。 重点和难点重点：掌握线性与非线性系统的分类，特别是对线性系统的定义、性质、判别方法要准确理解。难点：线性系统的准确理解。 教学方式本章采用课堂讲授、多媒体教学相结合的教学形式。 教学内容 1-1自动控制的基本原理与方式 1-2自动控制系统示例 1-3自动控制系统的分类 1-4对自动控制系统的基本要求 1-5自动控制系统的分析与设计工具 第二章控制系统的数学模型（12学时） 教学要求 （1）正确理解数学模型的特点，对系统的相似性、动态模型、静态模型、输入变量、输出变量、中间变量等概念，要准确掌握，掌握动态微分方程建立的一般方法； （2）掌握运用拉氏变换解微分方程的方法，并对解的结构、运动模态与特征根的关系、零输入响应有清楚的理解； （3）正确理解传递函数的定义、性质和意义，特别对传递函数微观结构的分析要准确掌握； （4）正确理解由传递函数派生出来的系统的开环传递函数、闭环传递函数、前向通道传递函数的定义，并对重要传递函数如：控制输入下闭环传递函数、扰动输入下闭环传递函数、误差传递函数、典型环节传递函数，能够熟练掌握。 （5）掌握系统结构图和信号流图两种数学图形的定义和组成方法，熟练掌握等效变换代数法则，简化图形结构，并能用梅逊公式求系统传递函数。
《电气控制技术综合实践》课程设计任务书 班级: 08电气本1 课程设计题目：阀门电动执行器控制模块设计 一、设计目的和要求 电气控制技术综合实践是电气工程及其自动化专业学生在所有专业课结束时进行的一次课程设计,是一个综合运用专业知识的过程。其目的在于全面检验学生对专业基础课和专业课知识的掌握情况，提高知识综合运用能力和动手实践能力。设计包括确定控制任务、系统总体方案设计、硬件系统设计、控制软件的设计、系统调试、性能测试等方面的要求，以便使学生掌握电气控制系统设计的总体思路和方法。 二、设计内容及步骤 1 任务提出 电动执行器是工业过程控制中的重要设备,它接收来自调节器的模拟信号（一般是4~20mA 电流信号）或上位机的数字信号, 将其转换为电动执行器相对应的机械位移（转角、直线或多转）并自动改变操作变量（调节阀、风门、挡板开度等），以达到对被调参数（温度、压力、流量、液位等）进行自动调节的目的，使生产过程按预定要求进行。 本课题要求设计一个阀门电动执行器控制模块。 1．1 对象参数： （1）电动机为单相异步电动机，额定功率10W，额定电流0.16A，外接电容CBB61、1.5uF500V。 （2）电源：220V±10%，50Hz。 （3）环境温度：-25~80℃。 （4）环境湿度：≤95%RH。 1．2 基本功能要求： （1）输入4~20mA或1~5V控制信号，相应阀门开度在0~100%之间变化。 （2）输入信号失效，位置保持原位。 （3）可就地手动操作。 （4）死区可以调整。 1．3 扩展功能要求（选做） （1）过力矩保护。 （2）行程限位保护。 （3）定位误差：≤1%。 （4）灵敏度：0.025%（1/4096）。 2 设计内容及步骤 2．1 系统方案的确定 2．2 硬件系统设计 2．2．1主电路设计
附录1. 拉普拉斯变换 附录1.1 拉氏变换的定义 如果有一个以时间为变量的函数()f t ，它的定义域是0t >，那么拉氏变换就是如下运算式 ()()st t F s f t e dt ∞ =? A-1 式中s 为复数。一个函数可以进行拉氏变换的充分条件是 （1） 在0t <时，()0f t =； （2） 在0t ≥时的任一有限区域内，()f t 是分段连续的； （3） ()st f t e dt ∞ <∞? 在实际工程中，上述条件通常是满足的。式A-1中，()F s 成为像函数，()f t 成为原函数。为了表述方便，通常把式A-1记作 ()[()]F s L f t = 如果已知象函数()F s ，可用下式求出原函数 1 ()()2c j st c j f t F s e ds j π+∞-∞ = ? （A-2） 式中c 为实数，并且大于()F s 任意奇点的实数部分，此式称为拉氏变换的反变换。同样，为了表述方便，可以记作 1()[()]f t L F s -= 为了工程应用方便，常把()F s 和()f t 的对应关系编成表格，就是一般所说的拉氏变换表。表A-1列出了最常用的几种拉氏变换关系。 一些常用函数的拉氏变换 附录1.1.1 单位阶跃函数的拉氏变换 这一函数的定义为 0, 0()0, 0t u t t ? 它表示0t =时，突然作用于系统的一个不变的给定量或扰动量，如图3-1所示。单位阶跃函数的拉氏变换 为 0011 ()[]st st F s e dt e s s ∞--∞==-=? 在进行这个积分时，假设s 的实部比零大，即Re[]0s >，因此 lim 0st t e -→∞ →
湖南工学院 《电气控制技术》课程设计 选题及任务 课程名称电气控制技术计划学时 1周 教师姓名罗雪莲授课班级自本1101－1103 教研室主任签字日期 学院院长签字日期
一、课程设计选题 设计一电镀行车PLC控制系统设计 设计二全自动洗衣机PLC控制 设计三三路智力抢答器的PLC控制 设计四十字路口交通信号灯PLC控制系统设计与调试 设计五五层电梯模型PLC 控制系统设计与调试 设计六自动售货机的PLC控制 设计七注塑机的PLC控制系统设计 设计八橡胶挤出机的变频器控制设计 设计九花式喷水池的PLC控制系统设计 设计十LED点阵图形显示的PLC控制 设计十一箱体加工专用机床的PLC控制系统设计 设计十二带有转向灯的十字路口交通信号灯PLC控制系统设计 二、设计要求 1.一人一题，相同题目者设计报告不能雷同； 2.PLC选型任意，组态软件选择任意； 3.课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整； 4.成绩根据设计报告和答辩演示（PPT+电脑仿真）给定。 三．设计任务 1．根据控制要求设计程序及必要的硬件系统。 2．PLC选择及I/O及其它PLC元器件分配。 3．选择电器元件，编制元件目录表。 4．设计梯形图。 5．完成上位机的组态监控设计 6．在计算机上进行仿真调试； 7．用计算机绘制主电路图、PLC控制电路图、电器元件布置图。 8．编写设计说明书及设计小结。 四．设计参考资料 [1]史国生主编.电气控制与可编程控制器技术（第三版）.北京：化学工业出版社，2010 [2]罗雪莲编著.可编程控制器原理及应用. 北京：清华大学出版社,2008 [3]钟肇新，范建东.可编程控制器原理及应用（第4版）. 广州：华南理工大学出版社，2008 [4]胡健主编.西门子S7-300PLC应用教程. 北京：机械工业出版社，2007 [5]柳春生编著.电器控制与PLC（西门子S7-300机型）.北京：机械工业出版社，2010 [6]刘美俊编著.西门子S7系列PLC的应用与维护.北京：机械工业出版社，2008 [7]胡学林．可编程控制器应用技术．北京：高等教育出版社，2001 [8]吉顺平．可编程序控制器原理与应用．北京：机械工业出版社，2011 [9]郁汉琪．机床电气及可编程序控制器实验、课程设计指导书．北京：高等教育出版社，2001 [10]《工厂常用高低压电气设备手册》上下册 [11]《工厂常用高低压电气设备手册》增补本 [12] 刑郁甫、杨天民、赵积善编.新编实用电工手册, 北京：地质出版社，1997
物理电子工程学院《自动控制原理》课程教学大纲课程编号：04210164 课程性质：专业必修课 先修课程：高等数学、函数变换、模拟电路、电路分析 总学时数：76 学分：4 适合专业：电子信息工程、机械与电子工程、机械自动化、电器自动化、通信、包装工程等专业 (一) 课程教学目标 自动控制理论是电子信息科学与技术专业的一门重要的专业基础课程。它侧重于理论角度，系统地阐述了自动控制科学和技术领域的基本概念和基本规律，介绍了自动控制技术从建模分析到应用设计的各种思想和方法，内容十分丰富。通过自动控制理论的教学，应使学生全面系统地掌握自动控制技术领域的基本概念、基本规律和基本分析与设计方法，以便将来胜任实际工作，具有从事相关工程和技术工作的基本素质，同时具有一定的分析和解决有关自动控制实际问题的能力。 (二) 课程的目的与任务 本课程是电子通信工程、机电一体化、包装工程等专业、工科及相关理科的必修基础课程。通过本课程的学习，使学生掌握自动控制的基础理论，并具有对简单连续系统进行定性分析、定量估算和初步设计的能力，为专业课学习和参加控制工程实践打下必要的基础。学生将掌握自动控制系统分析与设计等方面的基本方法，如控制系统的时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法、状态空间分析法、采样控制系统的分析等基本方法等。为各类计算机控制系统设计打好基础。 (三) 理论教学的基本要求 1、熟练掌握自动控制的概念、基本控制方式及特点、对控制系统性能的基本要求。 2、熟练掌握典型环节的传递函数、结构图化简或梅森公式以及控制系统传递函数的建立和表示方法，初步掌握小偏差线性化方法和通过机理分析建立数学模型的方法。
电气控制技术课程设计任务书 一、设计课目：基于PLC的C650型车床控制系统设计 二、系统组成 车床是机械加工业中应用最为广泛的一种机床约占机床总数的25％～50％。车床可以用来切削各种的外圆、内孔、螺纹和端面，还可以安装钻头或绞刀等进行钻孔、绞孔等项加工。C650型卧式车床属中型车床，加工工件回转半径最大可达1020m m，长度可达3000mm。其结构如图所示，主要由车身、主轴变速箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、丝杆和光杆等部分组成。 普通车床结构图 车床的切削加工包括主运动、进给运动和辅助运动三部分。 1、主运动是工件作旋转运动，也就是产生车削的运动。主轴转动带动装夹在其端头的工件转动。
2、进给运动是刀具作直线运动，也就是使切削能连续进行下去的运动。刀具安装在刀架上，与滑板一起随溜板箱沿主轴轴线方向实现进给移动。主轴的传动和溜板箱的移动均由主电动机驱动，并通过各自的变速箱调节主轴转速进给速度。当加工的工件比较大时其转动惯量也比较大，停车时不易立即停止转动，必须有停车制动的功能，较好的停车制动是采用电气制动。 3、为减轻工人的劳动强度和节省辅助工作时间，要求带动刀架移动的溜板箱能够快速移动（辅助运动）。在加工的过程中，还需提供切削液（冷却液）。 采用一台不变速的异步电动机拖动，实现切削主运动和刀具进给运动，其变速由变速齿轮箱通过手柄操作进行切换来实现的有级调速。采用一台电动机单独驱动刀架的快速移动；采用一台电动机单独驱动冷却泵和液压泵。 三、控制要求 1、主电动机M1，完成主轴主运动和刀具进给运动的驱动，电动机采用直接起动，可正反两个方向旋转（反转控制主要用于加工螺纹时，要求反转退刀），并可进行正反两个旋转方向的电气停车制动。为加工调整方便，还具有正向点动功能。 2、电动机M2拖动冷却泵，在加工时提供切削液，采用直接起动停止方式，并且为连续工作状态。 3、快速移动电动机M3，电动机可根据使用需要，随时手动控制起、停。
组合机床电气控制课程设计专业：机械设计制造及其自动化 班级： 学号： 姓名： 指导老师： 湖南工业大学 2011年6月11日
目录 1绪论 (3) 2设计方案 (4) 2.1 左、右两动力头进给电机 (4) 2.2电动机控制电路 (5) 2.3液压泵电动机 (5) 2.4液压动力滑台控制 (6) 2.5主电路及照明电路 (7) 2.6保护与调整环节 (8) 2.7继电器电气原理简图 (10) 4 I/O分配表 (12) 5组合机床电气控制电路图 (14) 6课程设计的具体内容 (15) 6.1单循环自动工作 (15) 6.1.1单循环自动工作循环图 (15) 6.1.3单循环自动工作梯形图 (16) 6.2左铣单循环工作 (18) 6.2.1左铣单循环功能表 (18) 6.2.2左铣单循环梯形图 (19) 6.3右铣单循环工作 (21) 6.3.1右铣单循环梯形图 (21) 6.4公用程序 (23) 6.5回原位程序 (23) 6.6手动程序 (24) 6.7 PLC梯形图总体结构图 (24) 6.8面板设计 (25) 7系统调试 (26) 8设计心得 (27) 9参考文献 (28)
1绪论 对于机械—电气结合控制的组合机床，电气控制系统起着重要的神经中枢作用。传统的组合机床采用的继电器—接触器控制系统，接线复杂、故障率高、调试和维护困难。 随着PLC控制技术日益成熟并得到越来越广泛的应用，利用原有的继电器—接触器控制电路设计PLC控制系统，或直接进行PLC控制系统的设计，都能很好地满足组合机床自动化控制的要求。本次设计的要求如下： 组合机床结构示意图 组合机床工作循环图 组合机床采用两个动力头从两个侧面分别加工，左、右动力头的电动机均为2.2kw，
第一章自动控制的基本知识 ? 1.1自动控制的一般概念 ? 1.2自动控制系统的组成 ? 1.3自动控制系统的类型 ? 1.4 对控制系统性能的要求 1.1.1自动控制技术 ?自动控制技术被大量应用于工农业生产、医疗卫生、环境监测、交通管理、科研开 发、军事领域、特别是空间技术和核技术。自动控制技术的广泛应用不仅使各种生产设备、生产过程实现了自动化，提高了生产效率和产品质量，尤其在人类不能直接参与工作的场合，就更离不开自动控制技术了。自动控制技术还为人类探索大自然、利用大自然提供了可能和帮助。 1.1.2自动控制理论的发展过程 ?1945年之前，属于控制理论的萌芽期。 ?1945年，美国人伯德（Bode）的“网络分析与放大器的设计”奠定了控制理论的基础， 至此进入经典控制理论时期，此时已形成完整的自动控制理论体系。 ?二十世纪六十年代初。用于导弹、卫星和宇宙飞船上的“控制系统的一般理论”（卡 尔曼Kalman）奠定了现代控制理论的基础。现代控制理论主要研究多输入-多输出、多参数系统，高精度复杂系统的控制问题，主要采用的方法是以状态空间模型为基础的状态空间法，提出了最优控制等问题。 ?七十年代以后，各学科相互渗透，要分析的系统越来越大，越来越复杂，自动控制 理论继续发展，进入了大系统和智能控制时期。例如智能机器人的出现，就是以人工智能、神经网络、信息论、仿生学等为基础的自动控制取得的很大进展。 1.2自动控制系统的组成 1.2.1自动控制系统的结构与反馈控制理论 ?图中为放水阀，为进水阀，水箱希望的液位高度为。当放水使得水箱液位降低而被 人眼看到，人就会打开进水阀，随着液位的上升，人用大脑比较并判断水箱液位达到时，就会关掉。若判断进水使得实际液位略高于，则需要打开放水而保证液位高度。 ?在这个过程中，人参与了以下三个方面的工作：
课程设计任务书 2013—2014学年第二学期 机械工程学院（系、部）机械设计制造及其自动化专业机设1105 班级课程名称：机床电气控制技术 设计题目：压力机液压系统的电气控制设计 完成期限：自 2014 年 6 月 13 日至 2014 年 6 月 20 日共 1 周 内容及任务一、设计的主要技术参数 具体要求见课程设计指导书 二、设计任务 完成系统的继电器控制原理图、PLC控制原理图及设计说明书一份三、设计工作量 电气图2-3张，不得少于15页 进度安排 起止日期工作内容 6.13 讲解设计目的、要求、方法，任务分工 6.14 根据指导书和任务书要求确定控制系统的输入输出点 数、类型，确定输入、输出设备及元器件种类、数量， 初步选定PLC型号 6.15 根据指导书和任务书绘制控制系统工作流程图，确定每 个动作实现和解除必须的条件 6.16-6.17 绘制继电器控制原理图、电路计算、元器件选择列表 编制控制系统的PLC控制程序 6.18-6.20 编写设计说明书 主 要参考资料【1】郁建平主编《机电控制技术》. 北京：科学出版社，2006. 【2】张万奎主编《机床电气控制技术》. 北京：中国林业出版社，2006. 【3】李伟主编《机床电器与PLC》. 西安：西安电子科技大学出版社，2006. 【4】芮静康主编《实用机床电路图集》. 北京：中国水利水电出版社，2006. 指导教师（签字）： 2014年 6 月 20 日系（教研室）主任（签字）： 2014年 6 月 20 日
机床电气控制技术 设计说明书 压力机液压系统的电气控制设计 起止日期：2014 年6 月13 日至2014 年6 月20 日学生姓名邓文强 班级机设1105 学号11405701424 成绩 指导教师(签字) 机械工程学院（部） 2014年6月20日
电气控制课程设计PLC课程设计
电气控制课程设 计 说明书 学院机械工程学院 年级08级专业机械工程及自动化（机电工程）
目录 第一篇PLC模拟-----------------------------------------------------------------------------------------1任务一：PLC控制自动门仿真实验-----------------------------------------------------------------------------1 1.任务说明-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------1 2.主电路图-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------4 3.PLC接线图----------------------------------------------------------------------------------------------------------------4 4.输入输出列表----------------------------------------------------------------------------------------------------------5 5.流程图-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------5 6.梯形图
第三章控制系统的时域分析 1．本章的教学要求 1）使学生掌握控制系统时域分析方法。 2）使学生掌握控制系统稳定性的基本概念、稳定的充分必要条件； 3）使学生学会利用代数稳定性判据判断系统稳定性； 4）掌握稳态误差计算; 5）掌握一阶系统的单位阶跃响应、单位斜坡响应、单位脉冲响应的分析方法; 6）掌握二阶系统的单位阶跃响应、单位脉冲响应的分析方法; 7）掌握二阶系统的单位阶跃响应性能指标计算； 2．本章讲授的重点 本章讲授的重点是稳定性的基本概念、稳定的充分必要条件，应用代数稳定性判据、稳态误差计算、一阶系统的单位阶跃响应、二阶系统的单位阶跃响应性能指标计算。 3．本章的教学安排 本章讲授10个学时，安排了5个教案，实验学时2学时。 学生通过亲自动手实验，掌握一阶系统、二阶系统的单位阶跃响应性能与系统参数之间的关系。
[教案3-1] 1．主要内容： 1）时域分析法的基本概念、时间响应概念及其组成 2）典型输入信号 1）控制系统稳定性的基本概念； 2）控制系统稳定的条件； 2．讲授方法及讲授重点： 本讲首先介绍时域分析的基本概念及其特点，通过二阶系统对单位阶跃输入的响应过程曲线来介绍瞬态响应和稳态响应概念，从而使学生了解时间响应的含义。重点介绍常用的典型输入信号，包括脉冲信号、阶跃信号、斜坡信号和抛物线信号，说明信号的特点、在实际中选用典型输入信号的方法。 强调控制系统稳定性是系统正常工作的首要条件，然后介绍系统稳定性的基本概念、稳定的条件及判定方法。重点介绍控制系统稳定的条件并做简单的推导，得出系统稳定的充分必要条件为系统特征方程无正实根的结论。 在授课过程中，通过讲解各种形式的例题，使学生充分理解并熟练掌握。3．教学手段： Powerpoint课件与黑板讲授相结合。 4．注意事项： 在讲授本讲时，注意讲清楚控制系统稳定的充要条件的推导； 5．课时安排：2学时。 6．作业： 书后p88 习题3-1,3-2。
自动控制原理电子教案 经典控制部分 第一章控制理论一般概念3学时 (2) 第二章控制系统的数学模型9学时 (6) 第三章控制系统的时域分析io学时 (15) 第五章频率特性12学时 (26) 第六章控制系统的校正与设计8学时 (36) 第七章非线性系统8学时 (40) 第八章离散控制系统8学时 (45)
第一章控制理论一般概念3 学时 1．本章的教学要求 1）使学生了解控制工程研究的主要内容、控制理论的发展、控制理论在工程中的应用及控制理论的学习方法等内容，认识本学科在国民经济建设中的重要作用，从而明确学习本课程的目的。 2）使学生深入理解控制系统的基本工作原理、开环闭环和复合控制系统、闭环控制系统的基本组成等内容，学会利用所学控制原理分析控制系统。 3）使学生学会控制系统的基本分类方法， 4）掌握对控制系统的基本要求。 2．本章讲授的重点 本章讲授的重点是控制系统的基本概念、反馈控制原理、控制系统的的基本分类方法及对控制系统的基本要求。 3．本章的教学安排 本课程讲授3 个学时，复习学时3 个。 演示《自动控制技术与人类进步》及《自动化的应用举例》幻灯片，加深同学对本课程研究对象和内容的了解，加深对反馈控制原理及系统参数对系统性能影响的理解。
1．教学主要内容 ： 本讲主要介绍控制工程研究的主要内容、 中的应用及控制理论的学习方法等内容。 2．讲授方法及讲授重点： 本讲首先介绍控制工程研究的主要内容， 离心调速器为例， 说明需要用控制理论解决控制系 统的稳定、 准确、快速等问题。 其次，在讲授控制理论的发展时， 主要介绍控制理论的发展的三个主要阶段， 重点说明经典控制理论、 现代控制理论研究的范围、 研究的手段， 强调本课程重 点介绍经典控制理论。 另外，在介绍控制理论在工程中的应用时， 应举出控制理论在军事、 数控机 床、加工中心、机器人、机电一体化系统、动态测试、机械动力系统性能分析、 液压系统的动态特性分析、 生产过程控制等方面的应用及与后续课的关系， 激发 同学的学习兴趣。 最后，在介绍控制理论的学习方法时，先说明本门课的特点，起点高、比较 抽象、系统性强， 然后强调学习本门课程应以新的视角分析和考虑问题， 以系统 的而不是孤立的、 动态的而不是静态的观点和方法来思考和解决问题； 掌握控制 理论的基本概念、 基本理论和基本方法并注意结合实际， 为解决工程中的控制问 题打下基础。 3．注意事项： 介绍本门课的参考书及课程总体安排。 4．课时安排： 1 学时。 5．教学手段： Powerpoint 课件。 6．作业及思考题： 借参考书，查阅与本门课有关的文献资料，了解控制理论的 应用及最新发展动态。 [教案 1-2] 第二节 控制系统的基本概念 1．主要内容： 本讲主要介绍控制系统的基本工作原理、 开环闭环和复合控制系统、 闭环控 制系统的基本组成等内容。 [教案 1-1] 第一节 概述 控制理论的发展、 控制理论在工程 给出定义，并以瓦特发明的蒸汽机
一系统工作原理说明 该小车运动控制系统采用PLC为中心控制系统单元。 根据控制要求，为最大限度地满足被控对象的工艺要求，系统需要有手动和自动和自动两种运行方式，需要有信号指示和报警。按要求初步设定为一个启动按钮SB1、一个停机按钮SB2、行程开关（5个）、手动自动切换旋钮一个、热继电保护开关一个等作为PLC的十个输入点，其中行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5分别带便A、B、C、D、E五个点。输入量均为直流量。其中输出量有1个小车右行控制继电器、1个小车左行控制继电器、1个手动运行模式指示灯、1个自动运行模式指示灯、5个指示ABCDE位置指示灯，1个报警器、一个故障指示灯。综上，系统需要10个输入点，11个输出点，为最大限度地满足被控对象的工艺要求，选用OMRON C28P的PLC控制器。OMRON C28P有16点输入，12点输出，00CH为输入通道，0000~0015为输入继电器编号；05CH 为输出通道，0500~0511为输出继电器编号。其中I/O分配表如下：
PLC的外部接线、系统梯形图、系统主电路图见附录。 系统工作原理：手动和自动模式切换通过旋钮切换，小车在A处时系统才可以开始运行。结合主电路，继电器KM1控制小车右行，继电器KM2控制小车左行，两继电器内有联锁，任何状态下只会有一个继电器工作。自动状态下，小车行驶到每一个指定点，相应的PLC时间继电器将开始计时，并将上一个时间继电器关闭，2秒后，该时间继电器控制小车右行，当小车到下一个点依次循环。小车的右行是通过时间继电器控制的，任何一个时间继电器计时时间到均会使小车右行，由于时间继电器之间有联锁，任何时候只会有一个时间继电器工作。当到达E点并且2秒定时到后KM2线圈工作主电路器主触点闭合，KM1断电，实现了小车的左行，左行过程中只有当A点行程开关按下时才会是小车停车。到达A点后计数器减1，并且2秒小车又开始右行直到计数器减到为0才使小车完全停止。手动状态下，小车的基本右行左行原理和自动状态一样，只是在手动运行状态下，小车的右行左行控制线圈上加有停车按钮。小车在任何情况下，按下停车按钮后将停止移动。 二操作使用说明 先确定小车运行模式是手动还是自动，自动只需将旋钮S旋到PLC 0006的输入点，手动则旋至PLC 0007输入点，选定完模式后，假设选定为自动模式，按下启动开关，小车即开始向右移动，如果小车刚开始并不在A点，则系统不会运行，直到小车初始位置在A处时系统开始工作。小车在A先停两秒后自动右移
电气控制与PLC 课程设计 题目: 自动洗车机控制设计 院系名称：电气工程学院 专业班级：自动F0805 学生姓名：周起伟 学号： 200848280525 指导教师：王艳芳 设计地点：中2-211 设计时间： 2011.07.04～2011.07.10 成绩： 指导老师签名： 日期：
目录 1系统描述及其要求 (1) 1.1系统描述 (1) 1.2系统要求 (2) 2硬件设计 (2) 2.1硬件选择 (2) 3 软件设计 (5) 3.1系统的整体程序流程图 (5) 3.2梯形图 (6) 4 系统调试分析 (12) 4.1 硬件调试 (12) 4.2 软件调试 (13) 4.3 整机调试 (13) 设计心得 (14) 参考文献 (15)
1系统描述及其要求 1.1系统描述 此文的主要思路是是基于PLC技术的自助洗车机设计。其中把PLC作为主要控制器，将各种继电器采集的信息经过一定的控制算法后，通过PLC的I/O口来控制继电器的闭合达到自动控制的目的。洗车机的主运动是左右循环运动由左右行程开关控制，同时不同循环次序伴随不同的其它动作，如喷水、刷洗、喷洒清洁剂及风扇吹干动作等。因每次动作的开始都是碰到左行程开关才实现，所以运用计数器记录左极限信号脉冲的次数从而控制上述辅助运动按要求依次动作。系统还采用了复位设计，如在洗车过程中由其它原因使洗车停止在非原点的其它位置，则需要手动对其进行复位，到位时复位灯亮，此时才可以启动，否则启动无效，洗车机经启动后可自动完成洗车动作后自行停止，也可在需要时手动停止。 此设计系统由三菱公司生产的FX2N系列的PLC、人机交互和串口通信、数码管、指示灯和电源部分组成。系统的总设计原理图如图1.1所示。 图1.1 系统总设计原理图 PLC :该部分的功能不仅包括对各种开关信息的采集、处理，还包括对执行单元的控制。PLC是整个系统的核心及数据处理核心。 人机交互和串口通信：人机交互的目的是为了提高系统的可用性和实用性。主要是按键输入。 输出显示：通过按键输入进入相应进程，而输出显示则是显示金额。串口通信的主要功能是完成PLC与上位机（比如电脑）的通信，便于进行系统的维修、改进和升级，为将来系统功能的扩展做好基础工作。 电源部分：本部分的主要功能是为PLC提供适当的工作电压，同时也为其他模块提供电源。如显示屏、按键等。
《工厂电气控制技术》课程标准 一、课程信息 课程名称：可编程控制技术课程类型：机电一体化、自动化专业核心课 课程代码：0722027 授课对象：机电一体化专业、电气自动化专业 学分：6 先修课：《电气控制技术》、《电机拖动基础》 学时：108 后续课：《交流调速系统》、《电气综合实训》 制定人：杨立波制定时间：2015年3月 二、课程性质 本课程是一门传授工厂电气控制相关理论和技能知识的专业课。本课程采用工厂电气控制中的各种典型实例，讲解相关的电压电器、基本控制线路知识、电气控制设计方法，来对工厂电气控制进行深入细致的讲解，内容涉及各类低压电器结构、工作原理、在控制线路中的使用和常用电机控制线路和车床控制线路实训操作。 通过本课程的学习，学生能够独立完成中等复杂程度控制电路安装、调试、维护和设计，并能获得电气控制国家职业技能中级证书。 三、课程设计 （1）能力目标 1．具有对电气控制系统分析能力； 2．具有电气控制系统初步设计的基本能力；
3．具有典型控制设备线路的安装与调试的能力。 总体目标：本课程的教学目标是：使学生具备高素质劳动者和中初级专门人才所必需的低压控制电器应用，机床控制电路基本知识和基本技能。授课过程中注重渗透专业思想教育，培养工程意识，激发创新思维，为毕业后尽快适应岗位需求奠定基础 具体目标：1、三相异步电动机的单向控制电路及其安装与调试 2、三相鼠笼异步电动机双向运转控制线路 3、三相异步电动机的降压启动控制线路 4、三相异步电动机的制动控制线路 5、异步电动机的调速控制线路 6、直流电动机的基本控制线路 7、电气控制线路识读与设计 8、典型设备电气控制线路分析 （2）知识目标 1.理解常用控制电器的工作原理和使用特性，并能正确选择和使用电器； 2.掌握识读和设计机床电器控制线路的基本方法。 2、课程内容设计（根据整个课程的内容，确定一定的载体，将整个课程划分为几个大的基本模块） （1）设计的整体思路：课程教学应服务于高职教育的培养目标和定位，坚持以职业岗位技能培养为主线、以行业导向、工学结合为主要手段、以职业能力培养为核心，培养学生
《电机与电气控制》课程设计 教案 彬县职业教育中心
第一讲一、章节：《电气控制课程设计》 课程设计任务安排及设计方法 二、教学目标 应知：课程设计要求及任务 应会：电气控制系统的设计方法 难点：电气控制系统的设计方法 三、教学方法： 结合实例讲授 四、教学过程： 1、介绍任务安排，分组选题 2、讲授电气控制系统的设计方法、设计思路及设计步骤 五、问题与讨论： 1、对所选课题的设计思路 六、考工必备 电气安装及布线原则 七、课后小结： 本次课让学生对本周的课程设计建立一个具体的认识，并组织自选题目和分工，便于实训的正常进行。
《电机与电气控制》课程设计 第一讲 一、课程设计的目的 电气控制课程设计的主要目的是：通过电气控制系统的设计实践，掌握电气控制系统的设计方法、电器元件和电气控制线路的安装过程、设计资料整理和电气绘图软件的使用方法。在此过程中培养从事设计工作的整体观念，通过较为完整的工程实践基本训练，为综合素质全面提高及增强工作适应能力打下坚实的基础。 二、课程设计的要求 电气控制课程设计的要求是：根据设计任务书中设备的工艺要求设计电气控制线路，计算并选择电器元件。布置并安装电器元件与控制线路。进行电气控制线路的通电调试，排除故障。达到工艺要求，完成设计任务。同时要求尽可能有创新设计，选用较为先进的电气元件。严格按照国家电气制图标准绘制相关图纸。选用合适的电气CAD 制图软件，制作电气设备的成套图纸与文件，以满足现代化电气工程的需要。 三、课程设计的目标 1．基础知识目标 （1）理解电气线路的工作原理； （2）掌握常用电器元件的选用； （3）掌握根据工艺要求设计电气控制线路； （4）掌握电气控制线路的安装与调试； （5）掌握电气控制设备的图纸资料整理； （6）掌握计算机电气绘图软件使用。 2．能力目标 （1）掌握查阅图书资料、产品手册和工具书的能力； （2）掌握综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力； （3）具有自学能力、独立工作能力和团结协作能力。 四、课程设计任务 1．接受设计任务书，选定课程设计课题。 2．制订工作进度计划，进行人员分工，明确各阶段各人应完成的工作。 3．根据设计任务书分析电气设备的工艺要求，讨论最佳设计方案。 4．设计电气控制线路，选择电器元件。 5．绘制相关图纸（如：电气控制原理图、电器板元件布置图、电器板接线图，控
电气、电子09级 《电气控制技术课程设计》计划书一、目的 根据电气控制设备的工艺要求，运用所学过的电气控制的基本控制环节、典型控制线路及PLC 的基础知识，以及电气控制系统设计的基本方法、步骤，查找有关资料，设计电气控制线路，选择电器元件，整理设计资料。在此过程中培养从事设计工作的整体观念，通过较为完整的工程实践基本训练，为全面提高学生的综合素质及增强工作适应能力打下一定的基础。 二、设计时间 2011—2012学年第1学期第18周。 三、指导教师 程辉 四、分组情况 电气09共57人，分15大组。 五、进度安排 六、设计题目 见附页七、管理办法 由指导教师每天检查学生出勤、纪律情况，指导教师督查学生独立完成设计的能力，并根据情况记入成绩。 八、评分办法 课程设计成绩采用百分制。注重量化过程考核、创新能力考核，在设计正确、规范的前提下，采用继电接触控制比采用PLC控制评分时提高一个档次，具体评分内容和标准如下： 1、设计态度占30% 遵守纪律，不做与课程设计无关的事。认真查找资料，主动提出问题，分析问题，解决问题。按时完成设计任务。 2、设计报告占50% 课程设计报告包含两部分：设计说明书和图纸。 （1）设计说明书要求内容完整、文字流畅、字迹端正、图纸规范。尤其要突出设计创新，采用新方法、新工艺、新元件。设计论证充分、线路简洁可靠，元件选择正确合理；绘图符合国家电气制图标准，图面整洁；设计计算步骤详细，结果正确。在实际安装中发生的错误修改和元器件变动要有明确的说明。设计心得体会真实可信。 （2）图纸要求图纸标准、资料齐全。 3、课题答辩占20% 对课题考核重点理解深刻，能正确、全面地回答问题。 机电科学与工程系 电气控制技术课程设计指导小组 2011年10月
第一章自动控制原理的基本概念 主要内容： 自动控制的基本知识 开环控制与闭环控制 自动控制系统的分类及组成 自动控制理论的发展 §1.1 引言 控制观念 生产和科学实践中，要求设备或装置或生产过程按照人们所期望的规律运行或工作。 同时，干扰使实际工作状态偏离所期望的状态。 例如：卫星运行轨道，导弹飞行轨道，加热炉出口温度，电机转速等控制 控制：为了满足预期要求所进行的操作或调整的过程。 控制任务可由人工控制和自动控制来完成。 §1.2 自动控制的基本知识 1.2.1 自动控制问题的提出 一个简单的水箱液面，因生产和生活需要，希望液面高度h维持恒定。当水的流入量与流出量平衡时，水箱的液面高度维持在预定的高度上。 当水的流出量增大或流入量减小，平衡则被破坏，液面的高度不能自然地维持恒定。
所谓控制就是强制性地改变某些物理量(如上例中的进水量)，而使另外某些特定的物理量（如液面高度h）维持在某种特定的标准上。人工控制的例子。 这种人为地强制性地改变进水量，而使液面高度维持恒定的过程，即是人工控制过程。 1.2.2 自动控制的定义及基本职能元件 1. 自动控制的定义 自动控制就是在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象(或过程)的某些物理量(或状态)自动地按预先给定的规律去运行。 当出水与进水的平衡被破坏时，水箱水位下降(或上升)，出现偏差。这偏差由浮子检测出来，自动控制器在偏差的作用下，控制阀门开大(或关小)，对偏差进行修正，从而保持液面高度不变。
2. 自动控制的基本职能元件 自动控制的实现,实际上是由自动控制装置来代替人的基本功能，从而实现自动控制的。画出以上人工控制与动控制的功能方框图进行对照。 比较两图可以看出，自动控制实现人工控制的功能，存在必不可少的三种代替人的职能的基本元件： 测量元件与变送器（代替眼睛） 自动控制器（代替大脑） 执行元件（代替肌肉、手）
课程设计报告 题目消防水泵PLC电气控制系统设计 （OMRON CPM1A） 学院(部) 电控学院 专业电气工程及其自动化 班级32040901 学生姓名毛玉何 学号320409012 6 月11 日至 6 月1 7 日共 1 周 指导教师(签字) 系主任(签字) 2012年 5 月26 日
课程设计任务书（B）
摘要 进入21世纪以来，随着经济发展和城市化的发展，使得人们居住的楼房越来越高，消防供水系统的安全、可靠、稳定运行显得越来越重要。所以本系统采用可编程序PLC来实现对消防水泵的控制，有效的保证火情发生时及时供水，而且可以手动/自动来回切换，确保消防供水系统的安全、稳定使用。 为了满足该设计中提出的基本功能的要求，本次设计主电路上用两台电动机，由于功率较小可直接启动，同时采用了两个接触器对电机进行工作的控制，采用热继电器和低压断路器对电机进行过载和短路保护。控制电路上，为了简单灵活起见，采用课堂中所学过的OMRON CPM1A PLC为中心控制单元。再加入必需的一些压力继电器、按钮、开关、指示灯等。从而基本形成了一个基于PLC控制的智能消防水泵控制系统。 关键词：电动机 PLC OMRON 消防水泵
第一章、系统概述 本系统在主电路上采用两台电动机，因为电机功率小，所以可以直接启动。同时采用了两个接触器对电机进行工作控制，通过对电流的估算，同时还选定了相应合适的热继电器和低压断路器对电机进行过载和短路保护。控制电路上，为了简单灵活起见，采用课堂中所学过的OMRON CPM1A PLC为中心控制单元。同时，为满足控制要求，还需加入一些压力继电器、水位监测装置、按钮、开关、指示灯等。 在本次设计中，主要进行的工作是系统原理图的设计、接线图的绘制、元器件的选择、平面布置图的设计和控制柜尺寸的设计等。通过以上这些工作，最终完成了一个基于PLC控制的消防水泵系统的设计。 第二章、系统各部分的设计 2.1主电路的设计 由于两台泵，互为备用泵，所以需要对两台电机分别控制。又因为其功率都为7.5kw，所以可确定两台水泵电机均可直接启动。同时，每个电机分别用1个接触器控制其电源,一个低压断路器进行该支路的短路保护，1个热继电器进行电机的过载保护。为了加强保护，在主干路上也设置了一个低压断路器。即主电路的组成器件为：3个低压断路器，2个接触器的主触头，，2个热继电器，2台三相交流电机。主电路电路图见附录一。