过程控制仪表课程设计论文报告

过程控制仪表课程设计论文报告
过程控制仪表课程设计论文报告

中南大学

《过程控制仪表》

课程设计报告

设计题目液位控制系统

指导老师

设计者

专业班级

设计日期 2011年6月

目录

第一章过程控制课程设计的目的和意义 (2)

1.1课程设计的目的 (2)

1.2课程设计的意义 (3)

1.3课程设计在教学计划中的地位和作用 (3)

第二章液位控制系统的设计任务 (3)

2.1设计内容及要求 (3)

2.2课程设计的要求 (4)

第三章实验内容及调试中遇到的具体问题和解决的办法 (4)

3.1实验目的 (4)

3.2实验内容 (5)

3.2.1流量单闭环控制系统 (5)

3.2.2流量比值控制系统 (6)

3.3实验调试中遇到的具体问题和解决办法 (7)

第四章液位控制系统总体设计方案 (9)

4.1液位控制系统在工业上的应用 (9)

4.2液位控制系统变送器以及开关阀的选择 (10)

4.3控制算法 (11)

4.4系统控制主机的选择 (11)

4.5系统的硬件设计(单纯的逻辑控制) (13)

4.5.1 水塔液位控制系统的主电路图 (13)

4.5.2 I/O接口的分配 (13)

4.5.3 水塔液位控制系统的I/O设备 (14)

4.5.2 控制系统硬件介绍 (14)

第五章系统软件设计 (16)

5.1系统软件设计1(单纯的逻辑控制) (16)

5.1.1水塔液位控制系统的程序流程图 (16)

5.1.2 水塔液位控制系统的工作过程 (17)

5.1.3 水塔液位控制系统的梯形图 (19)

5.2系统控制的程序 (20)

5.3 加入PID控制的指令的软件程序 (20)

5.3.1PID控制系统梯形图 (21)

5.3.2PID控制系统的指令: (24)

第六章收获、体会和建议 (25)

参考文献 (26)

第一章过程控制课程设计的目的和意义

1.1课程设计的目的

本课程设计是为《过程控制仪表》课程而开设的综合实践教学环节,是对《现代检测技术》、《自动控制理论》、《过程控制仪表》、《计算机控制技术》等前期课堂学习内容的综合应用。其目的在于培养学生综合运用理论知识来分析和解决实

际问题的能力,使学生通过自己动手对一个工业过程控制对象进行仪表设计与选型,促进学生对仪表及其理论与设计的进一步认识。课程设计的主要任务是设计工业生产过程经常遇到的压力、流量、液位及温度控制系统,使学生将理论与实践有机地结合起来,有效的巩固与提高理论教学效果。

1.2课程设计的意义

课程设计综合了各门学科的知识,它将我们平时课堂上所学习的知识有效的结合起来。使学生有更强的综合运用的能力,是一个从书本到实践的过渡,以便毕业以后能够更好的投入到实际的工作中去。而且,自动化这个专业最后的目的就是要将这些只是灵活有效的运用于各种工业上去,如锅炉的系统控制、自来水厂的水流量的控制和发电厂的一系列控制系统等等。

1.3课程设计在教学计划中的地位和作用

所谓“学有所用”,“学以致用”,我们平时在课堂中学习了很多的知识,但是我们都知道如果没有把知识运用于实际,那么学了也是白学。课程设计正是体现了这个“用”字,它是一个展示知识的平台。通过课程设计我们能够更好了解掌握平时课堂上所学到的知识,这也只是教学的目的。可见,课程设计在教学计划中有着至关重要的地位和作用,它让我们的学习不再是纸上谈兵。

第二章液位控制系统的设计任务

2.1设计内容及要求

课程设计的主要任务是设计工业生产过程中遇到的液位控制系统,使学生将理论与实践有机地结合起来,有效的巩固与提高理论教学效果。具体内容如下:1.了解某种典型工业生产过程的工艺流程和控制要求;

2.分别设计典型工业生产过程中相应的压力、流量、液位及温度控制系统(包括控制系统的软硬件的总体设计,如参数检测变送器、控制器、执行器及调节阀的选型和控制算法的程序设计及控制系统参数整定);

3. 在实验室分别调试一种压力、流量、液位的串级或比值控制系统,并调节参数使控制系统达到要求的技术指标;

4.提交系统设计报告一份,阐述系统设计思想和方案,包括对所选取工业生产过程的工艺分析、控制要求、总体方案设计。

2.2课程设计的要求

本课程设计主要是通过对典型工业生产过程中常见的典型工艺参数的测量方法、信号处理技术和控制系统的设计,掌握测控对象参数检测方法、变送器的功能、测控通道技术、执行器和调节阀的功能、过程控制仪表的PID控制参数整定方法,进一步加强对课堂理论知识的理解与综合应用能力,进而提高学生解决实际工程问题的能力。基本要求如下:

1. 掌握变送器功能原理,能选择合理的变送器类型型号;

2. 掌握执行器、调节阀的功能原理,能选择合理的器件类型型号;

3. 掌握PID调节器的功能原理,完成相应的压力、流量、液位及温度控制

系统的总体设计,并画出控制系统的原理图和系统主要程序框图。

4.通过对一个典型工业生产过程(如煤气脱硫工艺过程)进行分析,并对其中的一个参数(如温度、压力、流量、液位)设计其控制系统。

第三章实验内容及调试中遇到的具体问题和解决的办法3.1实验目的

1、控制系统的全貌,建立一个感性的认识。加深了解电子电动势执行器的结

构原理和使用方法。通过对电子执行器的测试和校验,掌握执行器的校验方法,理解其相关的特性及性能指标含义。

2、PID调节器的结构、工作原理,掌握调节器的使用及性能,对调节器的参

数进行整定。

3、掌握流量控制系统的PID调节功能,熟练的使用PID调节器,了解单闭环

控制系统和流量比值控制系统的规律以及性能。

3.2实验内容

3.2.1流量单闭环控制系统

流量单闭环控制系统的被控量选择的是内容器的流量,操作变量则是内容器的调节阀。它的工艺流图和方块图如图3.2所示。

Q1

图3.1 内容器单闭环流量控制系统工艺流程及方块图案对于流量控制系统,采用的是LZ型金属管浮子流量计,输入0—50L/h,输出4—20mA信号。流量控制中的电子执行器就是用来控制流量计的阀门开度来控制流量的大小。本系统采用单回路的PID控制,将人为设定的流量和变送器测量的流量做比较,通过PID算法调节电子调节阀VL1的阀位开度输出,从而使测量的流量达到要求。PID控制算式是很常用和很灵活的一种工业控制算法,对于一个不确定的系统,通过试凑法整定PID参数,一般都可以达到很好的设计效果。并且,还可以采用PID的改进式,如积分分离和微分先行,在一些场合会达到更好的控制效果。

PID凑试法:

凑试法是参考PID参数对控制过程的影响趋势,对参数实行下述先比例,后积分,再微分的整定步骤。

1.首先只整定比例部分。

即将比例系数由小变大,并观察相应的系统响应,直到得到反应快,超调小的响应曲线。如果系统没有静差或静差已小到允许范围内,并且响应曲线已属满意,则只需用比例调节器即可,最优比例系数可由此确定。

2.如果在比例调节的基础上系统的静差不能满足设计要求,则需加入积分环

节。

整定时首先置积分时间TI为一较大值,并将经第一步整定得到的比例系数略微缩小(如缩小为原值的0.8倍),然后减小积分时间,使在保持系统良好动态性能的情况下,静态误差得到消除。

在此过程中,可根据响应曲线的好坏反复改变比例系数与积分时间,以期得到满意的控制过程与整定参数。

3.若使用比例积分调节器消除了静态误差,但动态过程经反复调整仍不能满

意,则可加入微分环节,构成比例积分微分调节器。

在整定时,可先置微分时间TD为0。在第二步整定的基础上,增大TD,同时相应地改变比例系数和积分时间,逐步凑试,以获得满意的调节效果和控制参数。

3.2.2流量比值控制系统

本装置中有两个可控制的水流量,一路进夹套,一路进内容器。一般可从中任意选择一路流量为主动量,另一路则为从动量,以此组成单闭环比值控制系统或双闭环比值控制系统。下图示例是以进内容器水流量Q1为主动量、进外容器水流量Q2为从动量的双闭环比值控制系统。它的工艺流图和方块图如图3.3所示。

图3.2双闭环流量比值控制工艺流程及方块图案

本系统有两个输出,以进内容器水流量Q1为主动量,进外容器水流量Q2为从动量的双闭环控制系统。其中主控制器的输出(Q1)直接决定第二个控制系统的输入,故第一个系统称为定常系统,而第二个系统称为随动系统,显然第二个系统的调节时间会更长一些,控制难度会更大一些。很显然,随动系统在用PID算法进行控制时,必须去掉微分项,否则输入发生变化就会引起输出便或波动相当大,甚至会引起整个系统的不稳定。这里就可以看出定常系统和随动系统在PID控制上参数选择的区别了。

3.3实验调试中遇到的具体问题和解决办法

实验中主要的问题是在PID的调节上,这是一个比较漫长而且也比较细致的

工作,它需要不断的调节PID中的参数,来使系统达到试验的要求,在短时间内系统能够达到稳定的状态,而且静差要在1%——2%。

(1)如果一开始就使用凑试法,要达到接近的实验要求效果是很困难的,因为凑试法存在很大的基数,要是很多次才能达到想要的效果。所以最开始我们只能按照实验仪器上以及指导书上对流量控制给出的PID的参数来进行一个基本参数,然后再开始在这个范围内开始调节。

(2)我们使用的是金属管浮子流量计,所以根据测量的结果可知,有效的工作区是在15L/h——40L/h之间,所以当我们的参数设定在P=240,I=25,D=1时,各个阶段的动态性能是不一样的。

a、当前值是25,设定值是30时,整个系统达到稳定所用的时间是60s左右,而且稳定后的阀门开度是29.8;

b、当前值是30,设定值是35时,整个系统达到稳定所用的时间是60s左右,而且稳定后的阀门开度是35.3;

c、当前值是30,设定值是25时,整个系统达到稳定作用的时间是90s左右,而且稳定后的阀门开度是25.3;

从上面的数值可见,系统在这个PID的参数下还算是比较稳定,但是在从20——25以及35——40这个阶段的阀门开度的调节时,静差就会很大了,而且达到稳定所需的时间也在100s以上,这个问题使我们在PID的调节上费了很大的功夫。首先,设定20这个阀门开度值时,系统很难达到这个值,而且一直不能稳定,跳动的范围为21——23,这样的话静差就非常的大。

分析出现的这个情况的原因,系统的稳定线性是在15L/h—40L/h之间,在值为20时,是在线性区的起始阶段,所以会不稳定。所以最后也不用去要求在这个值上的稳定,所以最后可以确定稳定的线性曲线是在24—40这个阶段。最后我们定的PID是P=240、I=25、D=1时,单闭环系统的稳定性比较好。

(3)在比值系统调节时,遇到的问题更麻烦,将Q1的输出作为随动系统的输入,经过乘法器将随动系统的输入值减小到1/2,这样调节出来的稳定系统的静差就能减小。但是在这个比值系统中调节的PID就不能像单闭环系统一样调节PID,而且原来单闭环系统的PID参数用于比值系统时,系统特别不稳定,所以只能一直增大P值来使系统能够稳定。最后能使系统基本稳定是P=400、

I=27、D=0时。

(4)在整个实验过程中,发现变送器上显示的流量值和无纸无笔记录仪上显示的流量值相差很大(20左右),对于这个问题一直不知道是怎么回事,不清楚是哪个地方导致了这个误差。在上面的实验过程中,我们一直看的是变送器上的值,最后老师告诉我们输出值要看记录仪上的,因为记录仪上的值才是反馈值。

(5)还有一个比较重要的问题是,我们所用的金属管浮子流量计,静差的大小还要根据电子执行器的步长来定,所以有时候实际值不能达到设定值就是因为电子执行器的步长的限制,所以有时候我们在选择电子执行器事也要要求其动作步长越短越好。

第四章 液位控制系统总体设计方案

4.1液位控制系统在工业上的应用

这是一个简单的关于水塔液位控制系统的示意图:

水池

S2

S1

水塔上限液位开关水塔下限液位开关

图4.1水塔液位控制示意图

水塔液位控制系统的工作方式:

当水池液位低于下限液位开关S1,S1此时为ON ,电磁阀打开,开始往水池里注水,当经过4s 以后,若水池液位没有超过水池下限液位开关,则系统发出

报警,需要对电磁阀的进水处进行检测;若系统正常,此时水池下限液位开关

S1为OFF,表示水位高于下限水位。当水位液面高于上限水位,则S2为ON,电磁阀关闭。

当水塔水位低于水塔下限水位时,则水塔下限水位开关S3为ON,水泵开始工作,向水塔供水,当S3为OFF时,表示水塔水位高于水塔下限水位。当水塔液面高于水塔上限水位时,则水塔上限水位开关S4为OFF,水泵停止。

当水塔水位低于下限水位,同时水池水位也低于下限水位时,水泵不能启动。水塔液位控制系统框图:

图4.2 水塔液位控制系统框图

由于电磁阀的开关是需要一个过程的,而且控制水池与水塔中水位要能使系统保持稳定,需要考虑很多方面。比如需要水泵的抽水量要与电磁阀门处的级水量保持一个稳定的范围,才不会使电磁阀的开度始终摇摆不定,或者是使水泵的转动大小变化太大,这样会减小电动机的寿命,严重者还会导致电机烧坏或者是出现事故。

4.2液位控制系统变送器以及开关阀的选择

通过水塔液位控制系统的示意图可知,主要对变送器的选择和电子执行器的选择:

(1)变送器的选择:此处需要两个液位变送器为LSRY或者LART,液位变送器1:安装在水池上的变送器,输入量程为0——100mm水,变送输出为4——20mA;它控制这水池的上下限报警控制以及电磁阀的开度问题;

液位变送器2:安装在水塔上的变送器,输入量程为0——100mm水,变送输

出为4——20mA;它控制这水塔上上下限报警控制以及水泵的功率大小。(2)电子执行器的选择:电子式调节阀微电子大流量调节阀,电动调节阀的输入4——20mA电流信号,对应阀门输出开度0——100%。在我们选择电子执行器时要尽量选择步长较短的电子执行器。

(3)水泵的转动的驱动电机也需要用电子式控制方式,电动调节阀的输入4——20mA电流信号,对应的电动机功率为0——。

4.3控制算法

由以上的系统控制框图可知,由于水池控制回路与说他的控制回路之间存在相互关联,相互耦合,电磁阀和水泵是由单回路一和单回路二的输出共同影响的,构成了双输入双输出的变量控制系统,因此在使用控制算法的时候就要用到解耦控制使系统框图变得简单。

解耦控制的原理:解耦控制的主要目的就是通过设计解耦补偿装置,使各控制器只对各自相应的被控量施加作用,从而消除回路的相互影响。就相当于将一个多变量控制系统的闭环传递函数矩阵转换成为一个对角线矩阵,这样就可以使各控制回路之间是相互独立的。

4.4系统控制主机的选择

这个系统用到的到的电子开关很多,所以选择有S7—200PLC来实现系统的控制,虽然PLC的成本较高,但是水塔系统是一个较大的工程,需要比较稳定的控制硬件来实现,所以相比之下,用PLC是最好的选择。而S7—200PLC是德国西门子公司生产的一种小型PLC,其许多功能达到大、中型PLC的水平,而价格却和小型PLC的一样,由于它具有多种功能模块和人机界面可供选择,所以系统的集成非常方便,并且可以很容易的组成PLC网络。同时,它具有功能齐全的编程和工业控制组态软件,使得在完成控制的设计时更加简单,几乎可以完成任何功能的控制任务。一下有PLC的具体优点:

1、高可靠性

(1)所有的I/O接口电路均采用光电隔离,使工业现场的外电路与PLC内部电

路之间电气上隔离。

(2)各输入端均采用R-C滤波器,其滤波时间常数一般为10~20ms.

(3)各模块均采用屏蔽措施,以防止辐射干扰。

(4)采用性能优良的开关电源。

(5)对采用的器件进行严格的筛选。

(6)良好的自诊断功能,一旦电源或其他软,硬件发生异常情况,CPU立即采用有效措施,以防止故障扩大。

(7)大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。

2、丰富的I/O接口模块

PLC针对不同的工业现场信号,如:交流或直流;开关量或模拟量;电压或电流;脉冲或电位;强电或弱电等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备,如:按钮;行程开关;接近开关;传感器及变送器;电磁线圈;控制阀等直接连接。

另外为了提高操作性能,它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络,它还有多种通讯联网的接口模块,等等。

3、采用模块化结构

为了适应各种工业控制需要,除了单元式的小型PLC以外,绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件,包括CPU,电源,I/O等均采用模块化设计,由机架及电缆将各模块连接起来,系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。

4、编程简单易学

PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式,对使用者来说,不需要具备计算机的专门知识,因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。

5、安装简单,维修方便

PLC不需要专门的机房,可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接,即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置,便于用户了解运行情况和查找故障。

由于采用模块化结构,因此一旦某模块发生故障,用户可以通过更换模块的

方法,使系统迅速恢复运行。

4.5系统的硬件设计(单纯的逻辑控制)

4.5.1 水塔液位控制系统的主电路图

L1L2L3

SQ

FU

KM

FR

M

3~

图4.3 水塔液位控制系统的主电路图

4.5.2 I/O接口的分配

表4-1 水塔液位控制系统PLC的输入/输出接口分配表

注意:水塔上下限位的开关是由液位变送器1给出的信号控制完成的水池的上下限位的开关是有液位变送器2给出的,他需要采用A/D 转换来实现PLC 的逻辑控制,而上表中电子执行器1控制电磁阀的阀门开度,电子执行器2控制水泵电动机的功率大小。

然后液位变送器的控制的解耦还是要用到PID 的设定,所以我们可以用到PLC 的PID 回路指令,此处有两个单闭环,PID 的控制指令大致相同,所以这里只以一个单闭环的PID 指令为例来编写程序

4.5.3 水塔液位控制系统的I/O 设备

这是一个单体控制小系统,没有特殊的控制要求,它有5个开关量,开关量输出触点数有8个,输入、输出触点数共有13个,只需选用一般中小型控制器即可。。据此,可以对输入、输出点作出地址分配,水塔水位控制系统的I/O 接线图如图4.4所示。

KM SB

开关1开关2开关3开关4

图4.4 水塔水位控制系统的I/O 接线图

4.5.2 控制系统硬件介绍

可编程控制器(Programmable Controller ),也称可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller ),是以微处理器为核心的工业自动控制通用

装置,是计算机家族的一名成员,简称PC,为了避免与个人电脑(也简称为PC)相混淆,通常将可编程控制器简称为PLC。

可编程控制器的产生与继电器—接触器控制系统有很大的关系。继电器—接触器控制已有上百年的历史,它是一种用弱电信号控制强电信号的电磁开关,具有结构简单、电路直观、价格低廉、容易操作、易于维修的优点。此种控制系统布局固定,按预先规定的时间、条件、顺序工作。对于工作模式固定、要求比较简单的场合非常适用,至今仍有广泛的用途。但是当工作模式改变时,就必须改变控制系统的硬件接线,控制柜内的物件和接线都要作相应的变动,改造工期长,费用高,用户改造时宁愿扔掉旧控制柜,另作一个新控制柜使用,阻碍了产品更新换代。

随着工业生产的迅速发展,市场竞争激烈,产品更新换代的周期日益缩短,工业生产从大批量、少品种向小批量、多品种转换,继电器—接触器控制难以满足市场需要,此问题首先被美国通用汽车公司(GM公司)提了出来。通用汽车公司为适合汽车型号的不断翻新,满足用户对产品的多样性的需求,公开对外招标,要求制造一种新的工业控制装置,取代传统的继电器—接触器控制。其对新装置性能提出的要求就是著名的GM10条,即

(1)编程简单,可在现场修改程序。

(2)维护方便,最好是插件式。

(3)可靠性高于继电器控制柜。

(4)体积小于继电器控制柜

(5)可将数据直接送入管理计算机。

(6)在成本上可与继电器控制柜竞争。

(7)输入可以是交流115V。

(8)输出可以是交流115V、2A以上,可直接驱动电磁阀。

(9)在扩展时,原有系统只要很小变更。

(10)用户程序存储器容量至少能扩展4KB。

这十项指标就是现代PLC的最基本功能,值得注意的是PLC并不等同于普通计算机,它与有关的外部设备,按照“易于与工业控制系统连成一体”和“便于扩充功能”的原则来设计。

用可编程控制器代替了继电器—接触器的控制,实现了逻辑控制功能,并且具有计算机功能灵活、通用性强等优点,用程序代替硬接线,减少了重新设计,重新接线的工作,此种控制器借鉴计算机的高级语言,利用面向控制过程,面向问题的“自然语言”编程,其标志性语言是极易为IT电器人员掌握的梯形图语言,使得不熟悉计算机的人也能方便地使用。这样,工作人员不必在编程上发费大量的精力,只需集中精力去考虑如何操作并发挥该装置的功能即可,输入、输出电平与市电接口,是控制系统可方便地在需要的地方运行。所以,可编程控制器广泛地应用于各工业领域。

第五章系统软件设计

5.1系统软件设计1(单纯的逻辑控制)

5.1.1水塔液位控制系统的程序流程图

根据设计的要求,得到的程序流程图如图5.1

图4.5 水塔液位控制系统的PLC控制流程图

5.1.2 水塔液位控制系统的工作过程

单纯的逻辑控制:设水塔、水池初始状态都为空着的,4个液位指示灯全亮。当执行程序时,扫描到水池为液位低于水池下限液位时,电磁阀打开,开始往水池离境税,如果进水超过4秒,而水池液位没有超过水池下限位,说明系统出现故障,系统就会自动报警。若4秒之后水池液位按预定的超过水池下限位,说明系统在正常的工作,水池下限位的指示灯A1灭,此时,水池的液位已经超过了下限位了,系统检测到此信号时,由于水塔液位低于水塔水位下限,水泵开始工作,向水塔供水,当水池的液位超过水池上限液位时,水池上限指示灯A2灭,

电磁阀就关闭,但是水塔现在还没有装满,可此时水塔液位已经超过水塔下限水位,则水塔下限指示灯A3灭,水泵继续工作,在水池抽水向水塔供水,水塔抽满时,水塔液位超过水塔上限,水塔上限指示灯A4灭,但刚刚给水塔供水的时候,水泵已经把水池的水抽走了,此时水塔液位已经低于水池上限,水池上限指示灯A2亮。此次给水塔供水完成。

经过解耦控制技术后的PID控制回路:是两个单回路系统,就水池的单回路控制系统而言,将水泵的功率看作是一个定值,设定水池液位为上线报警时的一半,然后通过调节PID参数来驱动电子执行器,从而达到控制电磁阀来控制水池的液位;同理,对于水塔中的液位控制也是一样的运用。而且通过模拟量的输入就不需要太多的数字量通道来作为开关,直接通过模拟量的大小来控制上下限报警系统,这样虽然比较复杂,但是系统更稳定,出现故障时的修整会变得容易,而且危险系数也会降低。关于上下限报警的灯控制还是没有变化,变化的是使用电子执行器去控制电磁阀门的开度和水泵的功率,其实就是控制水泵电机的转动频率。

5.1部分主要讲了单纯的可编程逻辑控制的程序设计,在5.3会有PID回路指令的程序设计,本程序只是将PID程序的主干进行了编辑,对于现场实际问题,还要考虑很多的影响因素。

5.1.3 水塔液位控制系统的梯形图

I0.0

I0.3Q0.1

Q0.1Q0.1T37IN TON PT 100ms I0.4

Q0.3T37I0.4T38

Q0.7T39T38

IN TON

PT 100ms

T39

4010IN TON PT 100ms

10T38I0.3

Q0.4I0.2

I0.1I0.4Q0.2

Q0.2

I0.2Q0.6Q0.5Q0.6

I0.1

图5.2 水塔液位控制系统的梯形图

5.2系统控制的程序

对于PLC来说,程序语句是相对简单而且容易掌握的,它是由一条条指令语句组成的,下面就是水塔液位控制系统梯形图对应的指令表

Network 1

LD I0.0

O Q0.1

A I0.3

= Q0.1 Network 2

LD Q0.1 TON T37, 40 Network 3

LD I0.4

= Q0.3 Network 4

LD T37

A I0.4 LPS

AN T38

= Q0.7 LPP

AN T39 TON T38, 10 Network 5

LD T38 TON T39, 10 Network 6

LD I0.3

= Q0.4 Network 7

LD I0.2

O Q0.2

A I0.1 AN I0.4

= Q0.2 Network 8

LD I0.2

A Q0.6

= Q0.5 Network 9

LD I0.1

= Q0.6

5.3 加入PID控制的指令的软件程序

前面的PLC是单纯的逻辑控制,没有PID参数调节的加入,虽然在现实中也可以使用,但是会使电子执行器等受到很大的损坏,所以当完成解耦控制后系统就变成两个非常简单的单闭环控制回路。

基于PLC的啤酒发酵自动控制系统设计课程设计(论文)

辽宁工业大学PLC技术及应用课程设计(论文)题目:啤酒发酵过程中温度的PLC控制

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

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————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期: ?

课程设计(论文)任务书 软件学院软件+电商专业09级(2)班 一、课程设计(论文)题目基本模型机设计与实现 二、课程设计(论文)工作自2011年6月 20 日起至2011年 6月 24日止。 三、课程设计(论文) 地点:计算机组成原理实验室(5#301) 四、课程设计(论文)内容要求: 1.课程设计的目的 通过课程设计的综合训练,在掌握部件单元电路实验的基础上,进一步掌握整机 概念。培养学生实际分析问题、解决问题和动手能力,最终目标是想通过课程设计的形式,帮助学生系统掌握该门课程的主要内容,更好地完成教学任务。 2.课程设计的任务及要求 1)基本要求? (1)课程设计前必须根据课程设计题目认真查阅资料; (2)实验前准备好实验程序及调试时所需的输入数据; (3)实验独立认真完成; (4)对实验结果认真记录,并进行总结和讨论。 2)课程设计论文编写要求 (1)按照书稿的规格撰写打印课设论文 (2)论文包括目录、绪论、正文、小结、参考文献、附录等 (3)正文中要有问题描述、实验原理、设计思路、实验步骤、调试过程与遇到问题的解决方法、总结和讨论等 (4)课设论文装订按学校的统一要求完成 3)课设考核 从以下几方面来考查:

(1)出勤情况和课设态度; (2)设计思路; (3)代码实现; (4)动手调试能力; (5)论文的层次性、条理性、格式的规范性。 4)参考文献 [1]王爱英.计算机组成与结构[M]. 北京:清华大学出版社, 2007. [2] 王爱英. 计算机组成与结构习题详解与实验指导[M]. 北京:清华大学出版社, 2007. 5)课程设计进度安排 内容天数地点 构思及收集资料1图书馆 实验与调试 3 实验室 撰写论文 1 图书馆 6)任务及具体要求 设计实现一个简单的模型机,该模型机包含若干条简单的计算机指令,其中至少包括输入、输出指令,存储器读写指令,寄存器访问指令,运算指令,程序控制指令。学生须根据要求自行设计出这些机器指令对应的微指令代码,并将其存放于控制存储器,并利用机器指令设计一段简单机器指令程序。将实验设备通过串口连接计算机,通过联机软件将机器指令程序和编写的微指令程序存入主存中,并运行此段程序,通过联机软件显示和观察该段程序的运行,验证编写的指令和微指令的执行情况是否符 合设计要求,并对程序运行结果的正、误分析其原因。 学生签名: 亲笔签名 2011年6月20 日 课程设计(论文)评审意见 (1)设计思路:优( )、良()、中( )、一般()、差( ); (2)代码实现:优()、良()、中()、一般()、差();

自动控制系统课程设计说明书

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。

过程控制工程课程设计

过程控制工程 课程设计任务书 设计名称:扬子烯烃厂丁二烯装置控制模拟设计设计时间:2006.2.20~2006.3.10 姓名:毛磊 班级:自动化0201 学号:05号 南京工业大学自动化学院 2006年3月

1.课程设计内容: 学习《过程控制工程》课程和下厂毕业实习2周后,在对扬子烯烃厂丁二烯装置的实际过程控制策略、实习环节的控制系统以及相应的组态软件有一定的认识和了解的基础上,针对扬子烯烃厂丁二烯装置,设计一个复杂控制系统(至少包含一个复杂回路和3-5个简单回路),并利用组态软件进行动态仿真设计,调节系统控制参数,使控制系统达到要求的控制效果。 1)独立完成设计任务,每个人根据下厂具体实习装置,确定自己的课程设 计题目,每1-3人/组; 2)选用一种组态软件(例如:采用力控组态软件)绘制系统工艺流程图; 3)绘制控制系统原有的控制回路; 4)利用下厂收集的实际数据和工艺要求,选择被控对象模型,利用组态软 件,对控制系统进行组态; 5)改进原有的控制回路,增加1-2个复杂回路,并进行组态; 6)调节控制参数,使性能指标达到要求; 7)写出设计工作小结。对在完成以上设计过程所进行的有关步骤:如设计 思想、指标论证、方案确定、参数计算、元器件选择、原理分析等作出 说明,并对所完成的设计做出评价,对自己整个设计工作中经验教训, 总结收获。 2. 进度安排(时间3周) 1)第1周选用一种组态软件绘制系统工艺流程图;绘制控制系统原有的 控制回路; 2)第2周利用下厂收集的实际数据和工艺要求,选择被控对象模型,利 用组态软件,对控制系统进行组态; 3)第3周(1-3) 改进原有的控制回路,增加1-2个复杂回路,并进行组态; 调节控制参数,使性能指标达到要求; 4)第3周(4) 书写课程设计说明书 5)第3周(5) 演示、答辩

自动控制原理课程设计报告

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。

文章编辑课程设计报告

实验报告 (课程设计)课程名称:数据结构 实验项目名称:文章编辑 学院:计算机与软件学院指导教师: 报告人: 实验时间 实验报告提交时间: 教务处制

实验项目名称 一、问题描述 描述算法设计的内容、约束条件,要求达到的目标等内容。(由老师公布) 输入一页文字,每行最多不超过80个字符,共N行; 程序可以统计出文字、数字、空格的个数 要求在光标下(与记事本相似)做插入、删除等操作 要求能够存盘,并能对老文件打开进行修改操作 采用的数据结构及其算法:线性结构[采用顺序存储方式];查找、插入、删除 二、基本要求 描述算法设计项目应达到的基本要求。 应该实现基本的删除插入查找打开文件以及存盘等操作.并能对打开的文件里的内容进行插入删除查找等操作,并且在进行完这些操作之后能够进行存盘. 三、分析与实验 分析算法设计方法,拟采用的数据结构(类结构)与主要算法实现原理等内容。 拟采用链表进行操作,与字符串结合. 主要运用了KMP算法进行查找操作,在删除中也有涉及. void GetNext(string p, int next[]) //求模式串p的next[j]的值 { int j = 0, k = -1; next[0] = -1; int length = p.length() - 1; while (j

else k = next[k]; } } int KMPFind(string p, int next[], string q,int search[]) //用KMP算法在主串中查找子串,p为主串,q为子串{ int i = 0, j = 0, k = 0, plength = p.length(), qlength=q.length(),flag=0,t=0; while (i < plength) { if (j == -1 || p[i] == q[j]) { i++; j++; } else j = next[j]; if (j == qlength) { flag++; search[t]= i-qlength;//flag存放的是每一次匹配到的字符的首位置 t++; } } return flag; } Search[]数组存放子串出现的位置.

控制装置与仪表课程设计

控制装置与仪表课程设计 课程设计报告 ( 2012-- 2013年度第二学期) 名称:控制装置与仪表课程设计 题目:炉膛压力系统死区控制系统设计院系: 班级: 学号: 学生姓名: 指导教师: 设计周数:一周 成绩: 日期:2013年7 月5日

一、课程设计(综合实验)的目的与要求 1.1 目的与要求 (1)认知控制系统的设计和控制仪表的应用过程。 (2)了解过程控制方案的原理图表示方法(SAMA图)。 (3)掌握数字调节器KMM的组态方法,熟悉KMM的面板操作、数据设定器和KMM数据写入器的使用方法。 (4)初步了解控制系统参数整定、系统调试的过程。 1.2设计实验设备 KMM数字调节器、KMM程序写入器、PROM擦除器、控制系统模拟试验台1 1.3 主要内容 1. 按选题的控制要求,进行控制策略的原理设计、仪表选型并将控制方案以SAMA 图表示出来。 2 . 组态设计 2.1 KMM组态设计 以KMM单回路调节器为实现仪表并画出KMM仪表的组态图,由组态图填写 KMM的各组态数据表。 2.2 组态实现 在程序写入器输入数据,将输入程序写入EPROM芯片中。 3. 控制对象模拟及过程信号的采集 根据控制对象特性,以线性集成运算放大器为主构成反馈运算回路,模拟控制对 象的特性。将定值和过程变量送入工业信号转换装置中,以便进行观察和记录。 4. 系统调试 设计要求进行动态调试。动态调试是指系统与生产现场相连时的调试。由于生产 过程已经处于运行或试运行阶段,此时应以观察为主,当涉及到必需的系统修改 时,应做好充分的准备及安全措施,以免影响正常生产,更不允许造成系统或设 备故障。动态调试一般包括以下内容: 1)观察过程参数显示是否正常、执行机构操作是否正常; 2)检查控制系统逻辑是否正确,并在适当时候投入自动运行; 3)对控制回路进行在线整定; 4)当系统存在较大问题时,如需进行控制结构修改、增加测点等,要重新组态下装。 二、设计(实验)正文 1设计题目:炉膛压力系统死区控制系统设计(如附图1) 附图1: 引风机 炉膛压力系统死区单回路控制系统

课程设计报告参考模板

课程设计报告参考模板 河海大学计算机及信息工程学院 课程设计报告 题目专业、学号授课班号学生姓名指导教师完成时间 课程设计任务书 Ⅰ、课程设计题目: Ⅱ、课程设计工作内容 一、课程设计目标1、培养综合运用知识和独立开展实践创新的能力; 2、…… 二、研究方法及手段应用 1、将任务分成若干模块,查阅相关论文资料,分模块调试和完成任务; 2、…… 三、课程设计预期效果 1、完成实验环境搭建; 2、…… 学生姓名:专业年级: 目录空一行。空一个中文字符行。“目录”,分页,居中,加黑宋体二号。前言………………………………………………………………………………………………1 第一章系统设计………………………………………………………………

…………………2 第一节课题目标及总体方案…………………………………………………………………..2 ……………… 目录正文,宋体小四号,倍行距。第二节…………………………….. ………………… 第二章实验结果及讨论 (5) ……………… 第三章结论 (10) ……………… 心得体会 (42) 河海大学本科课程设计报告 1、移动台 MS 二级标题“1、”,左对齐,加黑宋体小三号。移动台是公用GSM移动通信网中用户使用的设备,……………… NMCDPPSPCSSEMC OSSOMCMBTSSBTSBSCHLR/ MSC/VLRAUC BSSEIR NSSPSTNISDNPDN 图 GSM系统

组成 2、基站子系统 BSS 图编号及图名“图”,位于图下,居中。基站子系统BSS是GSM系统实现无线通信的关键组成部分。它通过无线接口直接与移动台通信,进行无线发送、无线接收及无线资源管理。另一方面,它通过与网络子系统NSS的移动业务交换中心,………………。 ⑴、基站收发信台 BTS 三级标题“⑴、”,左对齐,加黑宋体四号。基站收发信台BTS属于基站子系统BSS的无线部分,………………。①收发信台组成四级标题“①”,左对齐,加黑宋体小四号。 BTS包含有若干个收发信息单元TRX,而一个TRX有八个时隙,………………。●收发信息单元 五级标题“●”,左对齐,加黑宋体小四号。收发信息单元是………………。●其它辅助单元 辅助单元包括………………。②收发信台作用 收发信台的主要作用有………………。 ⑵、基站控制器 BSC 基站控制器BSC是基站子系统BSS的控制部分,………………。 3、网络交换子系统 NSS - 4 - 河海大学本科课程设计报告

自动控制课程设计~~~

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。

过程控制系统课程设计

… 过程控制系统 课程设计 { 班级: 本组成员: 、 2012年01月12日 设计报告目录

【1】内容一:过程控制课程设计的相关资料 (1) , 【2】内容二:过程控制课程设计 (6) (1)过程控制系统设计及其主要内容 (6) (2)被控对象特性分析 (6) (3)控制系统控制结构原理图 (7) (4)控制系统工艺流程图 (8) (5)一次仪表选型表 (10) (6)课程设计总结 (11) (7)参考文献 (12) . . 内容一:过程控制课程设计的相关资料

一.液位控制系统中PID控制 数字PID控制是在实验研究和生产过程中采用最普遍的一种控制方法,在水箱控制系统中有着极其重要的控制作用。 常用的PID控制系统原理框图如下所示: # PID控制器是一种线性控制器,它是根据给定值r(t)与实际输出值c(t)构成偏差 PID控制规律为: 写成传递函数形式为: -

PID是比例,积分,微分的缩写形式: 比例调节作用:是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。 积分调节作用:是使系统消除稳态误差,提高无差度。因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强。反之Ti大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。 微分调节作用:微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。因此,可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID控制器 * 二.自适应控制

自动控制设计(自动控制原理课程设计)

自动控制原理课程设计 本课程设计的目的着重于自动控制基本原理与设计方法的综合实际应用。主要内容包括:古典自动控制理论(PID )设计、现代控制理论状态观测器的设计、自动控制MATLAB 仿真。通过本课程设计的实践,掌握自动控制理论工程设计的基本方法和工具。 1 内容 某生产过程设备如图1所示,由液容为C1和C2的两个液箱组成,图中Q 为稳态液体流量)/(3s m ,i Q ?为液箱A 输入水流量对稳态值的微小变化)/(3s m ,1Q ?为液箱A 到液箱B 流量对稳态值的微小变化)/(3s m ,2Q ?为液箱B 输出水流量对稳态值的微小变化)/(3s m ,1h 为液箱A 的液位稳态值)(m ,1h ?为液箱A 液面高度对其稳态值的微小变化)(m ,2h 为液箱B 的液位稳态值)(m ,2h ?为液箱B 液面高度对其稳态值的微小变化)(m ,21,R R 分别为A ,B 两液槽的出水管液阻))//((3s m m 。设u 为调节阀开度)(2m 。 已知液箱A 液位不可直接测量但可观,液箱B 液位可直接测量。 图1 某生产过程示意图

要求 1. 建立上述系统的数学模型; 2. 对模型特性进行分析,时域指标计算,绘出bode,乃示图,阶跃反应曲线 3. 对B 容器的液位分别设计:P ,PI ,PD ,PID 控制器进行控制; 4. 对原系统进行极点配置,将极点配置在-1+j 和-1-j ;(极点可以不一样) 5. 设计一观测器,对液箱A 的液位进行观测(此处可以不带极点配置); 6. 如果要实现液位h2的控制,可采用什么方法,怎么更加有效?试之。 用MATLAB 对上述设计分别进行仿真。 (提示:流量Q=液位h/液阻R ,液箱的液容为液箱的横断面积,液阻R=液面差变化h ?/流量变化Q ?。) 2 双容液位对象的数学模型的建立及MATLAB 仿真过程 一、对系统数学建模 如图一所示,被控参数2h ?的动态方程可由下面几个关系式导出: 液箱A :dt h d C Q Q i 111?=?-? 液箱B :dt h d C Q Q 22 21?=?-? 111/Q h R ??= 222/Q h R ??= u K Q u i ?=? 消去中间变量,可得: u K h dt h d T T dt h d T T ?=?+?++?222122221)( 式中,21,C C ——两液槽的容量系数 21,R R ——两液槽的出水端阻力 111C R T =——第一个容积的时间常数 222C R T =——第二个容积的时间常数 2R K K u =_双容对象的放大系数

过程控制仪表课程设计论文报告

中南大学 《过程控制仪表》 课程设计报告 设计题目液位控制系统 指导老师 设计者 专业班级 设计日期 2011年6月 目录 第一章过程控制课程设计的目的和意义 (2) 1.1课程设计的目的 (2) 1.2课程设计的意义 (3) 1.3课程设计在教学计划中的地位和作用 (3) 第二章液位控制系统的设计任务 (3)

2.1设计内容及要求 (3) 2.2课程设计的要求 (4) 第三章实验内容及调试中遇到的具体问题和解决的办法 (4) 3.1实验目的 (4) 3.2实验内容 (5) 3.2.1流量单闭环控制系统 (5) 3.2.2流量比值控制系统 (6) 3.3实验调试中遇到的具体问题和解决办法 (7) 第四章液位控制系统总体设计方案 (9) 4.1液位控制系统在工业上的应用 (9) 4.2液位控制系统变送器以及开关阀的选择 (10) 4.3控制算法 (11) 4.4系统控制主机的选择 (11) 4.5系统的硬件设计(单纯的逻辑控制) (13) 4.5.1 水塔液位控制系统的主电路图 (13) 4.5.2 I/O接口的分配 (13) 4.5.3 水塔液位控制系统的I/O设备 (14) 4.5.2 控制系统硬件介绍 (14) 第五章系统软件设计 (16) 5.1系统软件设计1(单纯的逻辑控制) (16) 5.1.1水塔液位控制系统的程序流程图 (16) 5.1.2 水塔液位控制系统的工作过程 (17) 5.1.3 水塔液位控制系统的梯形图 (19) 5.2系统控制的程序 (20) 5.3 加入PID控制的指令的软件程序 (20) 5.3.1PID控制系统梯形图 (21) 5.3.2PID控制系统的指令: (24) 第六章收获、体会和建议 (25) 参考文献 (26) 第一章过程控制课程设计的目的和意义 1.1课程设计的目的 本课程设计是为《过程控制仪表》课程而开设的综合实践教学环节,是对《现代检测技术》、《自动控制理论》、《过程控制仪表》、《计算机控制技术》等前期课堂学习内容的综合应用。其目的在于培养学生综合运用理论知识来分析和解决实

自动控制原理课程设计实验

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)。

过程控制系统与仪表习题答案汇总

第1章过程控制 1-1 过程控制有哪些主要特点?为什么说过程控制多属慢过程参数控制? 解:1.控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富3.控制多属慢过程参数控制4.定值控制是过程控制的一种主要控制形式5.过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统?典型过程控制系统由哪几部分组成? 解:过程控制系统:一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成:由被控过程和过程检测控制仪表(包括测量元件,变送器,调节器和执行器)两部分组成。 1-4 说明过程控制系统的分类方法,通常过程控制系统可分为哪几类? 解:分类方法说明:按所控制的参数来分,有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等;按控制系统所处理的信号方式来分,有模拟控制系统与数字控制系统;按控制器类型来分,有常规仪表控制系统与计算机控制系统;按控制系统的结构和所完成的功能来分,有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等;按其动作规律来分,有比例(P)控制、比例积分(PI)控制,比例、积分、微分(PID)控制系统等;按控制系统组成回路的情况来分,有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统;按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类:1.按设定值的形式不同划分:(1)定值控制系统(2)随动控制系统(3)程序控制系统 2.按系统的结构特点分类:(1)反馈控制系统(2)前馈控制系统(3)前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统? 解:在定值控制系统中设定值是恒定不变的,引起系统被控参数变化的就是扰动信号。

1-6 什么是被控对象的静态特性?什么是被控对象的动态特性?二者之间有什么关系? 解:被控对象的静态特性:稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性:。系统在动态过程中,被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动 态特性? 解: 稳态:对于定值控制,当控制系统输入(设定值和扰动)不变时,整个系统若能达到 一种平衡状态,系统中各个组成环节暂不动作,它们的输出信号都处于相对静止状态,这种状态称为稳态(或静态)。 动态:从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作,到整个系统又建立新的稳态(达到新的平衡)、调节过程结束的这一段时间,整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中,这种状态称为动态。 在实际的生产过程中,被控过程常常受到各种振动的影响,不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在 各个环节的动态特性,才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些?各自的定义是什么? 解:单项性能指标主要有:衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比:等于两个相邻的同向波峰值之比n ; 过渡过程的最大动态偏差:对于定值控制系统,是指被控参数偏离设定值的最大值A ; 超调量:第一个波峰值1y 与最终稳态值y (∞)之比的百分数σ;1 100%() y y σ= ?∞ 残余偏差C : 过渡过程结束后,被控参数所达到的新稳态值y (∞)与设定值之间的偏差C 称为残余偏差,简称残差;

自动控制原理课程设计

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。

PLC课程设计论文报告

摘要 城市规模不断扩大,城市的交通问题也变的日益突出,如堵车问题,城 市交通问题也越来越引起人们的关注,人、车、路三者关系的协调,已成 为交通管理部门需要解决的重要问题之一。为了解决交叉口混合交通流中 的相互影响或彼此的相互影响,我们可以合理的设置交叉路口的红绿灯系统,帮助疏导交通流,从而有效的减少交通阻塞等问题,并为行人的安全 提供强有力地保障。 现在,城市的红绿灯基本上都是程序控制,在实际使用中采用可编程序 控制器( PLC)控制占很大比例,其主要原因是因为PLC 具有简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长等一系列的优点。 本设计介绍了应用 PLC 实现十字路口交通信号灯的自动控制。通过对交通信号灯的控制要求分析,对 PLC 控制系统进行了软、硬件设计,并通过仿真实验证明该系统的实用性,利用 PLC 对十字路口交通灯进行模拟控制,从而能够对真正的十字路口交通灯控制系统有更深入的了解。 关键词:可编程序控制器、十字路口、交通灯控制

1概述 1.1 引言 当今,红绿灯安装在各个道口上,已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在 19 世纪就已出现了。 1858 年,在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红,蓝两色的机械扳手式信号灯,用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868 年,英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上,安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯 组成,红色表示“停止”,绿色表示“注意”。1918 年,又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯,一种是把压力探测器安在地下, 车辆一接近红灯便变为绿灯;另一种是用扩音器来启动红绿灯,司机遇红 灯时按一下嗽叭,就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏 感的路面时,它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延 长一段时间,推迟汽车放行,以免发生交通事故。 信号灯的出现,使交通得以有效管制,对于疏导交通流量、提高道路 通行能力,减少交通事故有明显效果。绿灯是通行信号,面对绿灯的车辆可以直行,左转弯和右转弯,除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号,面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号,面对黄灯的车辆不能越过停车线,但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。

电气传动自动控制系统课程设计大学论文

电气传动自动控制系统课程设计 学院:电气信息 专业:自动化 年级:2012级 小组成员:邓建儒 2012141441300 沙华 2012141441299 张政 2012141441326 陆啸 2012141441015 完成时间:2015年7月13日 指导教师:肖勇

直流双闭环调速系统设计 摘要:转速、电流反馈控制直流调速系统的设计主要是通过对直流双闭环调速系统中电流调节器(ACR)和速度调节器(ASR)的设计与调试,以达到给定系统静、动态性能指标。在实验中要通过实验装置中已有的参数来确定调节器的各个参数,在单元调试环节中,需要整定调节器ACR、ASR的运放输出限幅值,在系统调试环节中,需要对电流环和转速环进行整定。对于系统性能的测定,则需要对静态和动态性能分别做实验测试,在电压给定或者负载给定的情况下,分别对两种状态做性能分析。根据设计要求确定调速方案和主电路的结构型式,主电路和闭环系统确定下来后,实际设计中常采用转速、电流双闭环控制系统,一般使电流环(ACR)作为控制系统的内环,电流环应以跟随性能为主,即应选用典型Ⅰ型系统;转速环(ASR)作为控制系统的外环,以此来提高系统的动态和静态性能,因为转速环以抗扰性能为主,即应选用典型Ⅱ型系统为主,以此使电动机满足所要求的静态和动态性能指标。然后按照确定时间常数、选择调节器结构、计算调节器参数、校验近似条件的步骤一步一步的实现对调节器的具体设计。再对系统的启动过程进行分析,以了解系统的动态性能。之后,用Matlab软件中的Simulink模块对设计好的系统进行模拟仿真,得出仿真波形。最后给出参考资料和总结。 关键词:直流双闭环调速系统、电流调节器(ACR)、速度调节器(ASR)、调试、动态静态性能指标 目录 第一章 ..............................任务描述第二章 ..............................系统建模第三章 ..............................系统设计第四章 ..............................系统调试第五章 ..............................系统评价

spss课程设计报告毕业用资料

课程设计 设计题目:上海公路客运量需求预测与分析课程名称:运输统计与分析 学院:交通运输工程学院 专业:交通运输 班级: 学生姓名: 学号: 指导教师:

课程设计(学年论文)任务书 课程名称:运输统计与分析 适用对象:交通运输工程 一、课程设计(论文)目的 《运输统计与分析》课程设计作为独立的教学环节,是交通运输本科专业的必修课。其目的是,通过本课程设计实践,培养学生理论联系实际思想,加深统计分析基本理论与基本知识的理解,学会收集或调查行业统计数据,切实掌握各种统计分析方法,并能灵活运用统计软件在计算机上实现,正确解释和分析运行结果,培养运用各种统计分析方法解决交通运输领域内实际问题的能力。 二、课程设计(论文)题目与内容 本课程设计(论文)主要任务为:针对交通运输领域内某一主题,设计调查表调查或查询相关统计数据,根据本课程讲授内容选择一种或多种合适的统计分析方法,运用SPSS建立模型分析问题。题目自拟,但题名一般要包含主题与统计方法。且必须与交通运输相关,选题主题主要包括: 1.运输市场定位研究 2.运输需求分析与预测 3.政策或技术方法实施效果评价 4.交通行为选择 5.影响因素分析 6.聚类分析 7.服务质量评价

8. 自选 三、课程设计(论文)基本要求 报告内容原则上不少于8000字,其正文至少包括如下几个方面的内容: 1.问题背景(问题的提出、必要性与意义,该问题目前常用的分 析手段与方法,本设计采用的方法) 2.数据采集 (含数据采集方式、描述性分析、统计图表) 说明:调查分析则必须包含调查方案,其它数据原则上必须说明出处。 3.统计模型与分析 (包含模型原理、SPSS操作步骤、输出结果及分析) 4.总结 5.附录数据清单 四、课程设计(论文)时间及进度安排 1.时间:两周:2011-2012学年第二学期第十九、二十周 2.进度安排: 确定主题;调查、收集数据:2天 数据分析与预处理、描述性统计分析:2天 分析方法原理及选择:3天 SPSS操作及结果分析:4天 解决实际问题或建议:2天 撰写报告、总结:1天 (此部分同学们可以按照自己设计具体内容,详细安排)

自动控制原理课程设计

金陵科技学院课程设计目录 目录 绪论 (1) 一课程设计的目的及题目 (2) 1.1课程设计的目的 (2) 1.2课程设计的题目 (2) 二课程设计的任务及要求 (3) 2.1课程设计的任务 (3) 2.2课程设计的要求 (3) 三校正函数的设计 (4) 3.1理论知识 (4) 3.2设计部分 (5) 四传递函数特征根的计算 (10) 4.1校正前系统的传递函数的特征根....... 错误!未定义书签。 4.2校正后系统的传递函数的特征根....... 错误!未定义书签。五系统动态性能的分析.. (13) 5.1校正前系统的动态性能分析 (13) 5.2校正后系统的动态性能分析 (15) 六系统的根轨迹分析 (19) 6.1校正前系统的根轨迹分析 (19) 6.2校正后系统的根轨迹分析 (21) 七系统的奈奎斯特曲线图 (23) 7.1校正前系统的奈奎斯特曲线图 (23) 7.2校正后系统的奈奎斯特曲线图 (244) 八系统的对数幅频特性及对数相频特性 (24) 8.1校正前系统的对数幅频特性及对数相频特性 (25) 8.2校正后系统的对数幅频特性及对数相频特性错误!未定义书签。总结 (267) 参考文献................................ 错误!未定义书签。

绪论 在控制工程中用得最广的是电气校正装置,它不但可应用于电的控制系统,而且通过将非电量信号转换成电量信号,还可应用于非电的控制系统。控制系统的设计问题常常可以归结为设计适当类型和适当参数值的校正装置。校正装置可以补偿系统不可变动部分(由控制对象、执行机构和量测部件组成的部分)在特性上的缺陷,使校正后的控制系统能满足事先要求的性能指标。常用的性能指标形式可以是时间域的指标,如上升时间、超调量、过渡过程时间等(见过渡过程),也可以是频率域的指标,如相角裕量、增益裕量(见相对稳定性)、谐振峰值、带宽(见频率响应)等。 常用的串联校正装置有超前校正、滞后校正、滞后-超前校正三种类型。在许多情况下,它们都是由电阻、电容按不同方式连接成的一些四端网络。各类校正装置的特性可用它们的传递函数来表示,此外也常采用频率响应的波德图来表示。不同类型的校正装置对信号产生不同的校正作用,以满足不同要求的控制系统在改善特性上的需要。在工业控制系统如温度控制系统、流量控制系统中,串联校正装置采用有源网络的形式,并且制成通用性的调节器,称为PID(比例-积分-微分)调节器,它的校正作用与滞后-超前校正装置类同。

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