摘要
上个世纪之前国外的超频发烧友曾经用水冷甚至油冷来给CPU散热，并且有很不俗的成绩公布，并且是一种物质享受的追求和高端的象征。
水泵的性能可以从流速和扬程两个规格来看。流速是指在没有东西制约水流的时候能够抽取的水量。扬程是水泵向上喷水在垂直方向上能达到的高度。扬程是最重要的数字，它体现了水泵克服水道和散热器阻力的能力。现在大多数泵尾都带有专用的插头，可以直接与电源相连。或其他小3PIN接口可直接插到主板上。
由此可知水泵的意义重大，为使系统能够正常运行，且可靠性增强，需要增补备用装置。
水冷系统用于大功率元器件如晶闸管的散热，其工作的可靠性非常重要。一旦出现故障停止运行，需散热的大功率元器件将很快烧毁，对生产影响极大，一般采用两面三刀台水泵一台运行，另一台备用，实现自动投切，工作过程如下：起动一台水泵电机，该水泵运行信号指示灯亮，另一台水泵备用信号指示灯亮，表示可以随时投入运行，当正在运转的水泵电机因过载、缺相、短路等原因停止运行时，备用水泵电机立即起动，自动投入运行（即自动投切）。本文以两台7.5KW 的三相笼型异步电动机为例，利用有关互锁作用对电机进行控制，从而达到一用一备，自动投切的控制。
关键词：水冷；互锁；自动投切
目录
第1章绪论 (2)
1.1 设计背景介绍 (2)
1.2 项目——水冷系统自动投切控制的设计 (4)
1.3 技术指标 (5)
1.4 论文的主要内容 (6)
第2章设计过程 (7)
2.1 设计原理 (7)
2.2 元器件选型 (12)
第3章操作说明 (22)
3.1自动投切控制电机的操作 (22)
3.2电路中部分接线的说明 (24)
结论 (25)
参考文献 (26)
第1章绪论
1.1 设计背景介绍
1.1.1 研究背景
近年来，随着我国国民经济的快速增长，电力、冶金、化工、家用电器等行业突飞猛进，特别是电脑的CPU、空调等必须要依靠散热系统进行散热。上个世纪之前国外的超频发烧友曾经用水冷甚至油冷来给CPU散热，并且有很不俗的成绩公布，并且是一种物质享受的追求和高端的象征。
也正是这样的原因，中国还处于一种发展中的地区，所以，国内使用的还不是很多，这个和它的价格以及较为复杂的安装方式有关，并且发展不普及和大家的观念并没有改变之前，这些水冷产品还是属于一个宣传或者推广过程，并不是一个成熟过程。
其实，一套水冷散热系统是由散热器、水管及一个水泵组成。配合不同的扣具，从586到酷睿、酷睿2、酷睿i5 、酷睿i7 等英特尔架构CPU都可以使用。
水冷散热器有一个进水口及出水口，散热器内部有多条水道，这样可以充分发挥水冷的优势，能带走更多的热量。这就是水冷散热器的基本原理。
水冷散热与风冷散热其本质是相同的，只是液冷中利用循环液将CPU的热量从水冷块中搬运到换热器上再散发出去，由于换热器的散热面积和散热环境远远要好于一般的风冷散热器，所以液冷的降温效果非常明显。
1.1.2 发展趋势
水冷作为高必能散热系统正变得越来越流行。水冷真正的优势在于它处理CPU瓦数的能力比任何风冷散热器都要高得多，并且不受机箱内高温的影响。如果用于低功率CPU，水冷散热器在CPU降温上并不比优良的风冷散热器强多少。但当你使用产生大量热量的高端或极度超频CPU的时候，就算一个小小的DIY水冷系统都将让CPU 温度保持在相当低的水平。
水冷是超频玩家对于大功率芯片理想的散热解决方案。当用于非玩家CPU的时候，水冷不会较高端风冷散热有巨大的性能提升，但能够在获得低温的同时产生比任何风冷方案小得多的噪音。
说到CPU水冷那还要追溯到上个世纪，早在1998、1999年左右台湾就开始流行CPU水冷散热了，DIY利用自己的条件制作出各式各样的水冷系统，但大多以开放式结构为主，在DIY看来，当时的CPU就已经是“发热量巨大”的怪物了。
大陆水冷制作相对要晚些，也大多集中在个人的制作水平上，曾经出现像杭州中裕的Cool Max等数款个人制作并销售的水冷产品，其中Cool Max水冷已经具备像样的包装和配套件，在宣传上也曾经有过动作，但由于市场响应有限，这些产品犹如过眼云烟，没有多长时间就从市场上彻底消失了。
到2003年，水冷又开始在大陆市场上活跃起来，其中以正规厂家中的澳柯玛和个人制作中的水冷王为主流，从市场推广和论坛宣传两个方面展开了水冷制作的新篇章。
新一代水冷与旧水冷相比原理并没有变化，但制作工艺却大幅度提升，大多注重全密闭式的设计，而且内地与港台个人DIY作品间的差别也越来越少，这与互联网的
推广不无关系，上个世纪的水冷主要集中在少数能上网的发烧友中，随着网络的普及，越来越多的能人义士纷纷出现，行业范围远远跨越了电脑及其相关行业，精通于金属加工的朋友不胜枚举，制作这种水冷散热器更加方便，而且更加美观、实用、可靠，此外，越来越多的喜欢水冷的朋友可以在各个论坛中各抒己见，这样也推动了水冷工艺的进步，显然是互联网促进了水冷产品的进步，同时也为产品的推广奠定了基础。
随着显卡技术的快速发展，显卡上的GPU已经能够发出与CPU相当的热量，因此水冷已经不再局限在CPU了，显卡、北桥、硬盘的水冷也不断涌出，彻底让大家进入水冷的新世界。
水泵让水在系统中流通循环，坚持不懈地把暖水换成冷的。流过水道和散热器的水的体积是至关重要的，因为靠这个运动把热量一并带走，就像高速风扇可以更好的守成从常规散热片上带走热量的工作一样。
在市面上很容易找到不同功率和价位适合水冷的水泵。用户在选择时优先考虑的应该是内嵌式水泵。采用水箱一体化设计，输入输出两头配备软管，而不需要把整个东西再浸泡在蓄水池里。蓄水池时代已经离我们越来越远了，且有溢出的风险。
水泵的性能可以从流速和扬程两个规格来看。流速是指在没有东西制约水流的时候能够抽取的水量。扬程是水泵向上喷水在垂直方向上能达到的高度。扬程是最重要的数字，它体现了水泵克服水道和散热器阻力的能力。现在大多数泵尾都带有专用的插头，可以直接与电源相连。或其他小3PIN接口可直接插到主板上。
由此可知水泵的意义重大，为使系统能够正常运行，且可靠性增强，需要增补备用装置。
1.1.3 研究意义
在通风、吸尘、水泵、油泵、气泵等设备中，一旦电动机出现故障停止运转，就会影响到生产、生活秩序的正常进行，因此，对这些设备采取备用电动机自动投入运行是十分必要的。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。
1.2项目——水冷系统自动投切控制的设计
水冷系统用于大功率元器件如晶闸管的散热，其工作的可靠性非常重要。一旦出现故障停止运行，需散热的大功率元器件将很快烧毁，对生产影响极大，一般采用两面三刀台水泵一台运行，另一台备用，实现自动投切，工作过程如下：起动一台水泵电机，该水泵运行信号指示灯亮，另一台水泵备用信号指示灯亮，表示可以随时投入运行，当正在运转的水泵电机因过载、缺相、短路等原因停止运行时，备用水泵电机立即起动，自动投入运行（即自动投切）。
1.3 技术指标及技术难点
1.3.1设备技术指标
1、两台水泵电机型号为Y132m-4，额定功率为7.5kw；
2、两台电机均为全压起动，单方向旋转；
3、一台电机因过载、缺相、短路等原因停转时，另一台电机立即投入运行，两台电机任意互相备用；
4、运行的电机有运行指示灯显示，备用的电机有备用指示灯显示，有电源电压、电流指示；
5、有总停控制和必要的短路、过载保护。
1.3.2 技术难点
由于设计过程中遇到的各种问题，综合考虑各方面因素，技术难点大致有以下几个方面：1．控制电压按控制要求选择，符合标准等级。在控制线路简单，不需经常操作，安全性要求不高时，可以直接采用电网电压，即交流380V或220V。当考虑安全要求时，应采用控制变压器将控制电路与主电路电气上隔离开。显示电路采用24V安全电压。晶体管无触点开关一般需要直流24V电压。基于此，要注重对电机、变压器的选取。
2．选择器件时，期间之间的兼容性，器件的规格、成本、维修、更换等都需要认真考虑。3．正常情况下，如何做到尽可能减少通电电气数量，以利于节约能源，延长电气元件寿命，减少故障也成为技术难点。
4．合理使用电器触点。接触器、时间继电器往往触点不够用，可以增加中间继电器来解决。5．合理安排电器触点。避免因电器动作时间有差别，造成“触点竞争”。避免因操作不当，造成“误动作”。避免因某个元器件损坏，造成“短路”。避免出现“寄生回路”。
1.4 论文的主要内容
论文研究主要是针对项目设计中所遇到的各项难点问题进行的，主要包括以下几方面内容：
1、自动投切控制装置的设计过程。
2、自动投切控制装置的操作说明。
第2章设计过程
2.1设计原理
2.1.1设计过程中应遵循的原则
在电气控制系统的设计过程中，通常应遵循以下几个原则：
1．最大限度满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求。生产机械和生产工艺对电气控制系统的要求是电气设计的依据，这些要求常常以工作循环图、执行元件动作节拍表、检测元件状态表等形式提供。对于有调速要求的场合，还应给出调速技术指标。其他如起动、转向、制动、照明、保护等要求，应根据生产需要充分考虑。
2．在满足控制要求的前提下，设计方案应力求简单、经济合理，不要盲目追求高指标，造成不必要的高投资。
3．妥善处理机械与电气关系。很多生产机械是采用机电结合控制方式来实现控制要求的，要从工艺要求、制造成本、结构复杂性、使用和维护等方面协调处理好二者关系。
4．正确合理地选用电器元件，以实用为原则。选用新型号电器可以提高可靠性，减小体积，尽可能不要选用旧型号电器。
5．确保电气设备安全性、可靠性高，兼顾设备使用和维护方便。
2.1.2设计过程
1、通过接触器的作用达到电机接通的接通要求。先把总电源开关低压断路器合上，对整个系统进行供电，给控制回路供电。为了好分析、使思路更加清晰，先让两台电动机M1、M2可同时运行，且两台电机所处的接线位置完全相同。给两台电动机各设一个起动按钮SB1、SB2，接触器KM1（含自锁）、KM2（含自锁）,分别于M1、M2串联，当按下SB1，接触器KM1线圈得电，电动机M1运行；再合上SB2，接触器KM2线圈得电，电动机M2运行，此时达到了两台电动机同时运行的效果。如图2-1所示：
图2-1
2、通过电气互锁的作用，每次只有一台运行。为使合上一台电动机运行，而另一台电动机不运行，可把KM1、KM2的常闭辅助触点分别与对方的接触器线圈串联起来，则任起动一
个按钮，只有一台电动机运行，而另一台电动机处于断电状态。如图2-2所示：
图2-2
3、借用中间继电器，达到一台运行，另一台备用的效果。
为使运行的电动机突然由于故障而失去作用，另一台通电运行，需要备用电机出的常闭辅助触点闭合时，立马通电，要达到这一点，需要借助中间继电器，中间继电器具有转换控制信号的作用，通过中间继电器，是备用电动机的起动按钮两侧具有电压。此时，当运行电动机停止时，通过电气互锁以及中间继电器的作用，备用电动机开始运行。如图2-3所示：
图2-3
4、防止电气互锁的失灵，添加机械互锁，确保系统的可靠性。
添加机械互锁，就是把起动按钮对应的常闭式按钮与对方的接触器线圈串联，，当电气互锁失效时，机械互锁起到了作用。如图2-4所示：
图2-4
5、根据电机的运行情况以及互锁的作用进行指示灯的添加。备用指示灯选黄色，运行指示灯选绿色。
6、总停按钮的添加。待两台电机都不需要运行，进行检修时，按下总停按钮SB，控制回路断电，电机停止转动。
7、有事后为方便控制回路应急检修，需在控制回路加上一个组合开关SA，以对控制回路进行通断电的控制。
经过认真思考、推敲，最终一个完整的电路图（见图2-5）草图就绘制出来了。然后再根据
具体要求，进行相关元器件的选取。
a）主电路
b）控制回路
图2-5
2.2元器件选型
元器件的选择主要是对主电路及控制回路中必要的元器件进行选择，见下表：
表2-1 主电路及控制电路所需的主要器件
2.2.1电动机
为了合理选择电动机的种类，应同时两个方面的问题：一是电动机的性能，例如机械特性，起动性能和调速性能等；二是要知道生产工艺的特点，要使所选电动机的性能满足生产机械的工艺要求。
因此，根据具体要求，综合以上各因素，应选择Y系列小型三相笼型异步电动机，指标先进、噪声低、振动小、防护性能好、安全可靠、维护方便、外形美观、启动转矩大、机械特性硬，即选择Y132m-4型号的电动机两台。
表2-2 Y132m-4电动机的相关参数
低压断路器（Automatic Circuit Breaker）：断路器，又称自动空气开关，除了断开电路的作用外，还具有电流过载、欠压、短路保护的作用。
断路器类型有：框架式、塑料外壳式、限流式、手动操作式、电动操作式。
选择依据是：极数、额定电流、电压类型、电压等级、分断能力、动作频繁程度等。.
DZ20系列塑料外壳式断路器，其额定绝缘电压为交流500V，频率为50Hz或60Hz，额定工作电压为交流380V及以下或直流额定电压220V及以下，其额定电流至1250A。一般作为配电用，额定电流为200A及以下。根据脱扣器的额定电流等，通过认真选取，最终选择了型号为DZ20G-100P/3的低压断路器，其相关参数如表2-3及表2-4所示：
表2-3 DZ20G-100P/3低压断路器的相关参数
2.2.3熔断器
熔断器（Fuse）主要用于短路保护。
熔断器结构上主要由熔断器座、熔断体（熔体）组成
熔断器分插入式、螺旋式、填料封闭管式等等。
选择依据是：形式、熔体额定电流（I FU）。
对电流较为平稳的负载（如照明、信号、热电电路等），熔体额定电流就取线路的额定电流。
对具有冲击电流的负载（如电动机），熔体额定电流可按下式计取：
单台电机：
I FU = 1.5 ~ 2.5 I e （2-1）
多台电机：
I FU = 1.5 ~ 2.5 I Nmax + ∑I e （2-2）
式中I Nmax ——功率最大电机的额定电流
∑I e——除去功率最大电机之外，其余电机额定电流之和
轻载、起动时间短取 1.5 ；重载、起动时间长、起停频繁则取 2.5。由于
控制回路电流较小，基本位于几安左右，且知道控制回路的中间继电器线圈的额
定发热电流为5A，控制按钮的控制电流为2~8A，所以选择型号为RT0（NAT0）
-30的熔断器，其熔体额定电流为30A，额定电压为380V。其尺寸为A=106mm，F=26mm。
2.2.4热继电器
热继电器（Thermal over-load Relay）主要用于电机过载保护。
热继电器分两相式、三相式、三相带缺相保护式三种形式
选择依据是：形式、额定电流（I FR）。
热继电器热元件的整定电流可调，范围约为0.8 ~ 1.2 I FR（热继电器的额
定电流）
热继电器热元件的整定电流一般按0.95 ~ 1.05 I e（电动机的额定电流）选用，
对过载能力较差的电机可选得更小些。
通过选取FR1、FR2，得型号为JRS4-18321d，其电流调整范围为12~18A，额定电压为380V，因为电动机的额定电流为15.4A，所以选择调整电流为18A的热继电器（整定电流中间幅值约为电动机额定电流），相关参数如表2-5所示：
2.2.5接触器
接触器（Contactor）分直流接触器、交流接触器两大类
选择依据是：主触头数、额定电流（I KM）、线圈控制电压的类型、等级等。
对于电动机负载，可按下面的经验公式计算接触器的额定电流：
I KM= Pe / （K×Ue）（2-3）
式中
Pe ——电机的额定功率
Ue ——电机的额定线电压
K ——经验系数，取1 ~ 1.4
对于动作频繁的工作情况，为了防止主触点的烧坏/过早损坏，应将I KM降低1~2等级使用。考虑到接触器与热继电器的配套使用，上述热继电器可插接的接触器为GSC1（CJX4-d）-18~32，选择型号为GSC1（CJX4-d）-18的接触器KM1、KM2，其额定工作电流为18A，额定电压为380V，相关参数如表2-6所示：
表2-6 GSC1（CJX4-d）-18接触器的相关参数
2.2.6中间继电器
中间继电器（Auxiliary Relay）：在结构上是一个电压继电器，是用来转换控制信号的中间元件。它输入的是线圈的通电断电信号，输入信号为触点的动作。其触点数量较多，各触点的额定电流相同。中间继电器通常用来放大信号，增加控制电路中控制信号的数量，以及作为信号传递、连锁、转换以及隔离用。KA1、KA2，功能为将信号传递给有关控制元件（中间转换作用），JZ7-41，触头额定发热电流为5A，相关参数如表2-7所示：
2.2.7电流互感器及交流电压表
电流互感器选择型号为LMZ1-0.5，一次额定电流为150A，一次安匝150，相关参数如表2-8所示：
交流电流表：1C2T-（10/5A-800/5A）,尺寸为160m×160m
交流电压表：量程为5~600V，备注：直接接通，1T1、1C2、1D1型电表尺寸：160×160mm2 2.2.8控制按钮
控制按钮（Push-button）：是一种结构简单，应用广泛的主令电器，在控制回路中用于远距离手动控制各种电磁机构，也可以用来转换各种信号线路与电气连锁线路等。是一种用来短时接通/断开小电流控制电路的主令电器
选择依据是：触点对数、动作要求、结构形式、颜色、是否自带指示灯等；
电压等级、通流能力（1 ~ 8 A）。.
一般启动按钮——绿色
停止按钮——红色
紧急操作——蘑菇式按钮
SA，HZZ-60 05 （转换开关，0档和1档，中间要拧60o），C防护式，尺寸为27×39mm2 ；SB，总停开关，红色，LA19-A/D，单桥式，指示灯型，相关参数为：Φ33mm，U N=380V，额定控制容量P N=300W；
SB1、SB2，Φ33mm，绿色，启动开关，LA19- A/D。
2.2.10指示灯
指示灯选择型号为XDJ3-22/40，额定工作电压24V，电容式圆球形，工作电流≦20mA，功耗0.36W，尺寸为Φ27mm。两个黄色的，作备用指示；两个绿色的，作运行指示。
2.2.11 变压器
主变压器容量S T应满足全部用电设备总计算负荷S30的需要，即S T≈S N.T≧S30
由需要系数法，查的K d=0.8，cosφ=0.9，tanφ=0.8，
又P e=4×P灯，（2-4）
算得，P30=K d P e （2-5）
S30=P30/ cosφ=K d P e/ cos （2-6）
=（0.8×4×0.36）/0.9=1.28V·A。
所以选择额定容量为40V·A的变压器。其型号为JBK1-40，相关参数如表2-9所示：
表2-9 JBK1-40变压器的相关参数
2.2.12接线端子
控制回路的电压为380V，所以选择额定电压为380V的接线端子。TZ1系列接线端子，适用于额定电压为380V的电力传动控制屏、台、柜、机床电气控制、信号和各种自动化装置中导线连接之用。其结构特征为：接线端子采用标准的32mmG高低槽基座，各种信号、各种规格的接线端子，可安装在同一基座上，组装后可以方便取下其中任何一节单独的接线端子，而不影响相邻的接线端子，具有装卸方便，安装稳固等优点。查的型号为TZ1-20普通型接线端子的额定电压380V，额定工作电流20A，连接导线截面2.5mm2，较适合采用。其尺寸为b=40mm，c=10mm。
第3章操作说明
3.1自动投切控制电动机的操作
对照图3-1，对控制电路以及主电路的操作运行如下：
1、闭合低压断路器（又叫自动空气开关），主电路供电；闭合SA，对控制回路供电。
2、如图所示，当按下SB1后，KM1线圈得电，进而KM1线圈自锁，电动机M1运行。与此同时，KM1的辅助常闭触点断开，常开触点闭合，灯HL2亮，显示电动机M1正常运行。进而中间继电器K2线圈得电，随后K2自锁，K2的常开触点闭合，与SB2并联的K2常开触点闭合后，SB1两端有了电压且灯HL3亮，以显示M2备用；
3、当电动机M1遇到过载、缺相、短路等故障停止运行时，KM1线圈断电，此时KM1的常闭触点闭合，常开触点断开，且KM2接通，并进行自锁，此时灯HL2、HL3熄灭，HL4灯亮，表示灯M2运行起来。
（注：HL1、HL2分别表示M1的备用与运行，HL3、HL4分别表示M2的备用与运行。）
图3-1
3.2电路中部分接线的说明
1、电动机的接地：为了保证工作人员的安全，将电动机的金属外壳用导线接地，即保安接地。
2、电路中涉及的接地装置均接在PE线上，PE线是用来保障人身安全、防止发生触电事故
用的接地线。
结论
本次课程设计为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。本文以两台Y132m-4电动机的组合设计为例，所设计的电路能够达到要求并能实现自动投切的功能。通过认真的设计，可知道以下几个问题需要特别注意：
1．设置必要的短路、过载保护，防止故障进一步扩大。
2．设置必须的急停或总停按钮，以防万一出现故障时，切断整个控制回路，进而切断主电源。
3．设置必要的手动控制线路，方便设备调试和维修。
4．设置必要的指示灯、电压表、电流表，随时反映系统运行状态，及时发现故障。
参考文献
[1] 汤蕴璆，史乃编著《电机学》（第2版），机械工业出版社，2005
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[4]王仁祥编著《常用低压电器原理及其控制技术》，机械工业出版社，2001
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[8]袁仁光，张伟武编著《电动机控制电路选用与258实例》，机械工业出版社，2005
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。
《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
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）。
学号：0121018700306 课程设计 题目组合机床加工过程PLC自动控制设计 学院物流学院 专业物流工程 班级行政1001班 姓名徐宏华 指导教师徐沪萍 2013 年 6 月29 日
课程设计任务书 学生姓名：徐宏华专业班级：物流行政1001班 指导教师：徐泸萍工作单位：物流学院 题目: 组合机床加工过程PLC自动控制设计 初始条件： 1.编程环境：Step7v5.5软件 2.PLC型号：西门子公司S7系列，S7-300 3.机电传动的相关资料指导书 4.仿真环境：S7-PLCSIM 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 液压滑台式组合机床在原位启动后，快速向前到设定的位置时转为慢速前进，到达攻丝进给位置时停止前进，转为攻螺纹主轴转动，丝锥能向前攻入，打到规定深度时，主轴快速制动。接着攻螺纹反转退出，回到原位时快速制动，同时滑台能快速退回原位，并在原位停止。 时间安排：十八周 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
本科生课程设计成绩评定表 指导教师签字： 年月日
目录 摘要------------------------------------------------------------------------------------------------- 0第一章基本知识介绍 ------------------------------------------------------------------------ 1 1.1 设计的任务要求--------------------------------------------------------------------- 1 1.2 组合机床概述------------------------------------------------------------------------ 2 1.2.1 组合机床部件分类 --------------------------------------------------------- 2 1.2.2 组合机床的特点 ------------------------------------------------------------ 2 1.3 PLC控制系统 ----------------------------------------------------------------------- 3 1.3.1 PLC简介 --------------------------------------------------------------------- 3 1.3.2 PLC控制系统设计的基本原则 ------------------------------------------ 4 1.3.3 PLC控制系统的一般步骤 ------------------------------------------------ 4第二章总体方案选择和控制方式选择----------------------------------------------------- 6 2.1 总体方案选择------------------------------------------------------------------------ 6 2.2 控制方式的选择--------------------------------------------------------------------- 6第三章电路图的设计 -------------------------------------------------------------------------- 6 3.1 主电路的设计------------------------------------------------------------------------ 6 3.2 PLC的I/O地址分配--------------------------------------------------------------- 8第四章控制程序的设计 --------------------------------------------------------------------- 10 4.1 顺序功能图的设计---------------------------------------------------------------- 10 4.2 梯形图的设计---------------------------------------------------------------------- 11 4.3 语句表的设计---------------------------------------------------------------------- 15 第五章调试及结果分析 ------------------------------------------------------------------- 21 5.1 硬件组态---------------------------------------------------------------------------- 21 5.2 仿真结果分析---------------------------------------------------------------------- 21 感想----------------------------------------------------------------------------------------------- 25 参考资料书-------------------------------------------------------------------------------------- 26
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
沈阳航空航天大学 课程设计任务书 机电工程学院机械设计制造及自动化专业 班：学号：姓名： 一、课程设计课题某型号卧式镗床的电气控制系统设计 二、课程设计工作自至 三、课程设计技术说明和控制要求 1、设备机械部分运动说明 某型号卧式镗床主要有床身、前立柱、镗头架、工作台、后立柱和尾架等部分组成。其运动形式有三种：镗轴与花盘的旋转运动为主运动；进给运动包括镗轴的轴向进给、花盘上刀具的径向进给、镗头的垂直进给、工作台的纵向与横向进给；辅助运动为工作台的旋转、后立柱的水平移动、尾架的垂直移动及各部分的快速移动。 2、设备电气控制要求及技术参数 1）主运动与进给运动由同一台双速电动机M1拖动，各方向的快速运动由另一台电动机M2拖动 2）主轴旋转和进给都有较大的调速范围 3）要求M1能正反转，能正反向点动，并带有制动，各方向的进给都能快速移动，正反向都能短时点动 4）必要的保护环节、连锁环节、照明和信号电路 5）电动机的功率 M1：5.2KW M2：3KW
四、课程设计的主要内容 1、分析设备的电气控制要求，制定设计方案、绘制草图； 2、进行电路计算，选择元器件，并列出元器件目录表，绘制电气原理图（包 括主电路和控制电路）； 3、通电调试、故障排除、任务验收，编写设计说明书 五、课程设计时间安排 六、主要参考资料 1、齐占庆. 机床控制技术. 北京: 机械工业出版社，1999 2、邓星中主编. 机电传动控制. 武汉：华中科技大学出版社，2001 3、齐占庆. 王振臣主编. 电器控制技术. 北京：机械工业出版社, 2002 4、陈远龄. 机床电气自动控制. 重庆：重庆大学出版社，1997 5、方承远.工厂电气控制技术. 北京: 机械工业出版社，2000 6、张万奎主编.机床电气控制技术.北京：中国林业出版社，北京大学出版社， 2006
《运动控制系统设计》 课程设计报告 设计题目：转速、电流双闭环直流调速系统设计与实践班级：04 级自动化一班 学号: 姓名： 指导教师： 设计时间：2007.11.20 —2007.12.14
目录摘要 第一章概述 第二章设计任务及要求 2.1设计任务： 2.2设计要求： 2.3理论设计 3.1方案论证 3.2系统设计 3.2.1电流调节器设计 3.2.1.1确定时间常数 3.2.1.2 选择电流调节器结构 3.2.1.3计算电流调节器参数 3.2.1.4 校验近似条件 3.2.1.5 计算调节器电阻和电容 3.2.2速度调节器设计 3.2.2.1 确定时间常数 3.2.2.2 选择转速调节器结构 3.2.2.3 计算转速调节器参数 3.2.2.4 校验近似条件 3.2.2.5 计算调节器电阻和电容 3.2.2.6 校核转速超调量 第三章系统建模及仿真实验 4.1MATLAB 仿真软件介绍 4.2仿真建模及实验 4.2.1单闭环仿真实验 4.2.2双闭环仿真实验 4.2.3仿真波形分析 第四章实际系统设计及实验 5.1 系统组成及工作原理 5.2 设备及仪器 5.3 实验过程 5.3.1 实验内容 5.3.2 实验步骤 第五章总结与体会 参考文献
摘要 从七十年代开始，由于晶闸管直流调速系统的高效、无噪音和快速响应等优点而得到广泛应用。双闭环直流调速系统就是一个典型的系统，该系统一般含晶闸管可控整流主电路、移相控制电路、转速电流双闭环调速控制电路、以及缺相和过流保护电路等．给定信号为0～10V直流信号，可对主电路输出电压进行平滑调节。由于其机械特性硬，调速范围宽，而且是无级调速，所以可对直流电动机进行调压调速。动静态性能好，抗扰性能佳。速度调节及抗负载和电网扰动，采用双PI调节器，可获得良好的动静态效果。电流环校正成典型I型系统。为使系统在阶跃扰动时无稳态误差，并具有较好的抗扰性能，速度环设计成典型Ⅱ型系统。根据转速、电流双闭环调速系统的设计方法，用Simulink做了带电流补偿的电压负反馈直流调速系统进行仿真综合调试，分析系统的动态性能，并进行校正，得出正确的仿真波形图。 关键词：直流调速双闭环转速调节器电流调节器 第一章概述 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在V-M调速系统中设计两个调节器，分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套联接。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环，形成转速、电流双闭环调速系统。 采用PI调节的单个转速闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值 I的恒流过程。按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可 dm 以保持该量基本不变，那么，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。应该在起动过程中只有电流负反馈，没有转速负反馈，达到稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再让电流负反馈发挥作用。通过系统建模和仿真，用MATLAB/Simulink工具分析设计直流电动机速度控制系统。
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。
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。
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。
机电传动控制课程设计 一、目录 引言 2 设计说明相关内容 （一）、课程设计题目 3 （二）、设计目的及要求 3 （三）、设计内容 4 一、控制方案设计 4 二、线路设计 4 三、控制电路的设计 6 四、元件的选取 6 五、柜体设计 8 六、结束语 11 七、参考文献 12
二、引言 《机电传动控制》课程是机械制造及其自动化专业的一门必修专业基础课，它是机电一体化人才所需电知识结构的躯体。在学习《机电传动控制》这门课程的时候，我能够深刻的体会到其重要性。作为机械类专业本基础教材，本课程涵盖了经典控制理论的基本原理和基本知识，内容与机械类课程现代控制理论相衔接。本书所讲内容突出机电结合，电为机用。在保证基本内容的前提下，简化理论分析，加强反映了当前机电领域的新技术和新知识，加强实例的分析、设计，力求做到内容深入浅出、重点突出，以利于我们开拓思路、深化知识。《机电传动控制》是机械设计制造及其自动化专业系列的教材之一，可以作为机械类专业及与之相近专业的同学们学习和研究。本课程不仅在于它是一门系统理论基础课程，是我们掌握控制论的基础知识，解决机械工程中的控制问题，更重要的是通过呵护唯物辩证法的方法论的建明阐述，使我们学会用控制理论观点，系统论方法，分析、处理机械工程中遇到的难题，启迪和发展我们的思维，培养我们分析问题和解决问题的能力。 由于现代科学和计算机技术的迅速发展，控制理论应用于机械工程的重要性日益明显。将理论联系实际，展开设计的课程设计实践，可以激发我们对该课程的学习兴趣而且能够让我们初步掌握系统性能分析及系统设计的基本方法，为专业课学习和参加控制工程实践打下必要的基础。由此可见，本次课程设计势在必行！
交、直流调速课程设计 2004级电气工程专业电力拖动自动控制系统课程设计第五组课程设计 题目：10KW直流电动机不可逆调速系统课程：电力拖动自动控制系统专业：电气工程及其自动化指导老师：华* 组员：郑** 李** 张** 江* 日期：2007年12月24日星期一
课题：10KW直流电动机不可逆调速系统 一、技术数据: 直流电动机： 型号：Z3 —71、额定功率P N=10KW、U N=220V、额定电流I N =55A A N =1000r/min、极数2P=4、电枢电阻 R N =O.5Q、电枢电感 L D =7mH 励磁电压U L=220V、励磁电流I L=1.6A。 、要求 调速范围D=1O、S<=15%、电流脉动系数S < 10%、设计中几个重点说明 、主电路选择与参数计算 1、主电路选择原则：一般整流器功率在4KW以下采用单向整流电路，4KW 以上米用三相整流。 2、参数计算包括 整流变压器的参数计算、整流晶闸管的型号选择、保护电路的说明，参数计算与元件选择，平波电抗器电感量计算。 1.1直流电动机 型号：Z3 —71、额定功率P N=10KW、额定电压U N=220V、额定电流I N =55A 转速n N=1000r/min、极数2P=4 电枢电阻R N=O.5Q、电枢电感L D =7mH 励磁电压U L=220V、S<=15%、励磁电流I L=1.6A。 1.2电动机供电方案 据题意采用晶闸管可控整流装置供电。 本设计选用的是中直流电动机，可选用三相整流电路。又因本系统设计是不可逆系统，所以可选用三相半控桥整流电路。电动机的额定电压为220V，若用 电网直接供电，会造成导通角小，电流脉动大，并且功率因数抵，因此，还是用整流变压器供电方式为宜。 题中对电流的脉动提出要求，故使用增加电抗器。 反馈方式选择原则应是满足调速指标要求的前提下，选择最简单的反馈方
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）。
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
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;
机电传动控制课程设计报 告 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
引言 作为通用工业控制计算机，30年来，可编程控制器从无到有，实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制、及集散控制等各种任务的跨越。今天的可编程控制器正在成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。 可编程控制器的定义可编程控制器，简称PLC，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。
1 PLC控制系统设计 PLC控制系统设计的基本原则 任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则： 1.最大限度地满足被控对象的控制要求 2.C控制系统安全可靠 3. 力求简单、经济、使用及维修方便 4. 适应发展的需要 PLC机型选择 随着PLC的推广普及，PLC产品的种类和型号越来越多，功能日趋完善。从美国，日本、德国等国家引进的PLC产品及国内厂商组装或自行开发的PLC 产品已有几十个系列。上百种型号。其结构形式、性能、容量、指令系统，编程方法、价格等各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选择PLC产品，对于提高PLC控制系统的技术经济指标起着重要作用。一般来说，各个厂家生产的产品在可靠性上都是过关的，机型的选择主要是指在功能上如何满足自己需要，而不浪费机器容量。PLC的选择主要包括机型选择，容量选择，输入输出模块选择、电源模块选择等几个方面。 1、可编程控制器控制系统I/O点数估算 I/O点数是衡量可编程控制器规模大小的重要指标。根据被控对象的输入信号与输出信号的总点数，选择相应规模的可编程控制器并留有10%～15%的I/O 裕量。估算出被控对象上I/O点数后，就可选择点数相当的可编程控制器。如果是为了单机自动化或机电一体化产品，可选用小型机，如果控制系统较大，输入输出点数较多，被控制设备分散，就可选用大、中型可编程控制器。 2、内存估计 用户程序所需内存容量要受到下面几个因素的影响：内存利用率；开关量输入输出点数；模拟量输入输出点数。 （1）内存利用率用户编的程序通过编程器键入主机内，最后是以机器语言的形式存放在内存中，同样的程序，不同厂家的产品，在把程序变成机器语言存放时所需要的内存数不同，我们把一个程序段中的接点数与存放该程序段所代表的机器语言所需的内存字数的比值称为内存利用率。高的利用率给用
扬州大学能源与动力工程学院本科生课程设计 题目：变频液位自动控制系统 课程：电力拖动自动控制系统 专业：电气工程及其自动化 班级：电气 学号： 姓名： 指导教师： 完成日期：
第一部分 任 务 书
电力拖动自动控制系统课程设计任务书 一、课程设计的目的 通过电力拖动自动控制系统的设计、了解一般交直流调速系统设计过程及设计要求，并巩固交直流调速系统课程的所学内容，初步具备设计电力拖动自动控制系统的能力。为今后从事技术工作打下必要的基础。 二、课程设计的要求 1、熟悉交直流调速系统设计的一般设计原则，设计内容以及设计程序的要求。 2、掌握控制系统设计制图的基本规范，熟练掌握电气控制部分的新图标。 3、学会收集、分析、运用自动控制系统设计的有关资料和数据。 4、培养独立工作能力、创造能力及综合运用专业知识解决实际工程技术问题的能力。
三、课程设计的内容 完成某一给定课题任务，按给出的工艺要求、运用变频调速对系统进行控制。 四、进度安排：共1.5周 本课程设计时间共1.5周，进度安排如下： 1、设计准备，熟悉有关设计规范，熟悉课题设计要求及内容。（1.5天） 2、分析控制要求、控制原理设计控制方案（1.5天） 3、绘制控制原理图、控制流程图、端子接线图。（2天） 4、编制程序、梯形图设计、程序调试说明。（1.5天） 5、整理图纸、写课程设计报告。（1.5天） 五、课程设计报告内容 完成下列课题的课程设计及报告（课题工艺要求由课程设计任务书提供） 1、退火炉温度控制系统 2、变频液位自动控制系统设计 3、变频流量自动控制系统设计 4、变频供水系统设计 5、变频调速恒张力控制系统设计 6、变频器在温度控制系统中的应用 7、线缆设备恒张力变频器控制设计 六、参考书 1、陈伯时主编电力拖动自动控制系统(第二版) 机械工业出版社1992 2、陈伯时, 陈敏逊交流调速系统机械工业出版社1998