线性控制系统的设计与校正

实验十四_MATLAB的线性控制系统分析与设计说明

实验十四： MATLAB 的线性控制系统分析与设计 一．实验目的 1.熟练掌握线性系统的各种模型描述。 2.熟练掌握模型之间的转换。 二．实验容与步骤 在控制系统分析与设计中，常用状态方程模型来描述一个控制系统，状态方程通常为一阶微分方程 例如，二阶系统 可用状态方程描述如下 其中： MATLAB 的控制系统工具箱(Control System Toolbox)可以提供对线性系统分析、设计和建模的各种算法。 1.1状态空间描述法 状态空间描述法是使用状态方程模型来描述控制系统，MATLAB 中状态方程模型的建立使用ss 和dss 命令。 语法： G=ss(a,b,c,d) %由a 、b 、c 、d 参数获得状态方程模型 G=dss(a,b,c,d,e) %由a 、b 、c 、d 、e 参数获得状态方程模型 【例1】写出二阶系统u(t)ωy(t)ωdt dy(t)2ζdt y(t) d 2n 2n n 22=+ω+，当ζ=0.707，n ω=1时的状态方程。 zeta=0.707;wn=1; A=[0 1;-wn^2 -2*zeta*wn]; B=[0;wn^2]; C=[1 0]; D=0; G=ss(A,B,C,D) %建立状态方程模型 ???+=+=Du Cx y Bu Ax x &u (t)2n ωy(t)2n ωd t d y(t)n 2ζ2 d t y(t)2d =+ω+u(t)ω0x x 2ζω10x x 2n 21n 2n 21??????+????????????ω--=?? ????&&dt t dy x t y x )()(21==

a = x1 x2 x1 0 1 x2 -1 -1.414 b = u1 x1 0 x2 1 c = x1 x2 y1 1 0 d = u1 y1 0 Continuous-time model. 1.2传递函数描述法 MATLAB中使用tf命令来建立传递函数。 语法： G=tf(num,den) %由传递函数分子分母得出 说明：num为分子向量，num=[b1,b2,…,b m,b m+1]；den为分母向量，den=[a1,a2,…,a n-1,a n]。 【例1续】将二阶系统描述为传递函数的形式。 num=1; den=[1 1.414 1]; G=tf(num,den) %得出传递函数 Transfer function: 1 ----------------- s^2 + 1.414 s + 1

纠偏说明书

K50纠偏控制系统

(请务必在使用之前阅读) 为了安全使用本产品 ▲在安装和使用之前，请务必详细阅读本说 明书，一定要注意安全，正确使用本产品， 并遵守本说明书中的各种规定。 ▲本纠偏控制器是采用CPU 控制的机电设备， 用来纠正卷材的偏移，所以要严格遵守机电 设备有关规定和法则，适用标准，进行搬 运、安装操作和维护。 在打开控制器准备安装和接线之前要断开控制器电源至少要5分钟。正确的配置和安装是控制器正常运行的前提。 对以下几点要特别注意： ● 安装工作必须在无电状态下进行。 ●容许保护等级：保护接地，只有正确连接保护接地，才能减少外界电磁干扰。●与电网断开后，要等电容放电完毕，才可进行操作。●不要让任何异物进入控制器内。 ●在使用前，要除去所有覆盖物，以防止控制器过热。●切勿在易燃易爆等危险环境中使用。 ●请勿将本产品安装在高温、潮湿等恶劣环境下。● 请勿将产品直接安装在易受震动冲击的环境中。 ● 任何单位部门(Kortis 和Kortis 指定公司除外)未经允许不得擅自拆卸、修理及更改产品。※注意：Kortis对由于不遵守本说明或适用规则而造成的损坏概不负责。 ※注意：因产品更新换代迅速，说明书有变动之处，恕不另行通知，本公司对此保留最终解释权。 危险 如果错误操作，将会产生危险情况，导致伤亡。 注意 如果错误操作，将会产生危险情况，造成设备损坏及财产损失。 设计注意事项

目 录 1.1 概述 1.2 功能及特点1.3 操作界面 第一章 系统概述 112 第二章 安装与配线 2.1 控制器安装 2.2 超声波传感器安装2.3 控制器基本配线 34第三章 编程方法 3.1 控制器菜单画面3.2 编程方法 3.3 画面说明及参数设置 678 第四章 调试运行 4.1 调试步骤 4.2 控制器内部菜单4.3 调试方法 9915 5.1 技术参数5.2 环境规格5.3 外形尺寸161617第五章 规格及维护 5.4 系统维护 19 5

自动控制原理例题详解线性离散控制系统的分析与设计考习题及答案

精心整理 ----------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 4．（x()∞5．(5解：(G 6．(5试用Z 解：二、（ (i X s ) z 图1 1．（5分）试求系统的闭环脉冲传递函数 () () o i X z X z ； 2．（5分）试判断系统稳定的K 值范围。

解：1.101 1 1 1 11 1()(1)(1)11(1)1(1)()1e 11e 1e G G z z Z s s z Z s s z z z z z z z e z -------??=-??+????=--??+?? =-----=---= -1 1 010******* 1e ()()e 1e ()1()1e (1e )(e )(1e )(1e )e e o i K X z KG G z z X z KG G z K z K z K K z K K ------------== -++--=-+--=-+- 2．（5 三、(8 已知(z)1Φ=1．(3分)简述离散系统与连续系统的主要区别。 解：连续系统中，所有信号均为时间的连续函数；离散系统含有时间离散信号。 2．(3分)简述线性定常离散系统的脉冲传递函数的定义。 解：在系统输入端具有采样开关，初始条件为零时，系统输出信号的Z 变换与输入信号的Z 变换之比。 3．(3分)简述判断线性定常离散系统稳定性的充要条件。 解：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．(5分)设开环离散系统如图所示，试求开环脉冲传递函数)(z G 。

过程控制系统课程设计报告报告实验报告

成都理工大学工程技术学院《过程控制系统课程设计实验报告》 名称：单容水箱液位过程控制 班级：2011级自动化过程控制方向 姓名： 学号：

目录 前言 一．过程控制概述 (2) 二．THJ-2型高级过程控制实验装置 (3) 三．系统组成与工作原理 (5) （一）外部组成 (5) （二）输入模块ICP-7033和ICP-7024模块 (5) （三）其它模块和功能 (8) 四．调试过程 (9) （一）P调节 (9) （二）PI调节 (10) （三）PID调节 (11) 五．心得体会 (13)

前言 现代高等教育对高校大学生的实际动手能力、创新能力以及专业技能等方面提出了很高的要求，工程实训中心的建设应紧紧围绕这一思想进行。 首先工程实训首先应面向学生主体群，建设一个有较宽适应面的基础训练基地。通过对基础训练设施的 集中投入，面向全校相关专业，形成一定的规模优势，建立科学规范的训练和管理方法，使训练对象获得机械、 电子基本生产过程和生产工艺的认识，并具备一定的实践动手能力。 其次，工程实训的内容应一定程度地体现技术发展的时代特征。为了适应现代化工业技术综合性和多学科交叉的特点，工程实训的内容应充分体现机与电结合、技术与非技术因素结合，贯穿计算机技术应用，以适应科学技术高速发展的要求。应以一定的专项投入，建设多层次的综合训练基地，使不同的训练对象在获得对现代工业生产方式认识的同时，熟悉综合技术内容，初步建立起“大工程”的意识，受到工业工程和环境保护方面的训练，并具备一定的实用技能。 第三，以创新训练计划为主线，依靠必要的软硬件环境，建设创新教育基地。以产品的设计、制造、控制乃至管理为载体，把对学生的创新意识和创新能力的培养，贯穿于问题的观测和判断、创造和评价、建模和设计、仿真和建造的整个过程中。

自动控制原理例题详解-线性离散控制系统的分析与设计考试题及答案

----------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=-。

基于Matlab的自动控制系统设计与校正

自动控制原理课程设计 设计题目：基于Matlab的自动控制系统设计与校正

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 132R 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 R

自动控制原理课程设计——倒立摆系统控制器设计

一、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。 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。 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。

过程控制系统课程设计报告

~ 过程控制系统课程设计报告 · 题目：温度控制系统设计 姓名： 学号： 班级： 指导教师： ` )

温度控制系统设计 一、设计任务 设计电热水壶度控制系统方案，使系统满足85度至95度热饮需要。 二、预期实现目标 通过按键设定温度，使系统水温最终稳定在设定温度，达到控制目标。( 三、设计方案 （一）系统数学模型的建立 要分析一个系统的动态特性，首要的工作就是建立合理、适用的数学模型，这也是控制系统分析过程中最为重要的内容。数学模型时所研究系统的动态特性的数学表达式，或者更具体的说，是系统输入作用与输出作用之间的数学关系。 在本系统中，被控量是温度。被控对象是由不锈钢水壶、2Kw电加热丝组成的电热壶。在实验室，给水壶注入一定量的水，将温度传感器放入水中，以最大功率加热水壶，每隔30s采样一次系统温度，记录温度值。在整个实验过程中，水量是不变的。 经过试验，得到下表所示的时间-温度表： 表1 采样时间和对应的温度值

采样时间 t 8 》 9 10 11 12 13 温度值℃ 64 · 72 79 86 93 98 以采样时间和对应的温度值在坐标轴上绘制时间-温度曲线，得到图1所示的曲线： < 图1 时间-温度曲线 采用实验法——阶跃响应曲线法对温箱系统进行建模。将被控过程的输入量作一阶跃变化，同时记录其输出量随时间而变化的曲线，称为阶跃响应曲线。 从上图可以看出输出温度值的变化规律与带延迟的一阶惯性环节的阶跃曲线相似。因此我们选用 ()1s ke G s Ts τ-= + （式中：k 为放大系数；T 为过程时间常数；τ为纯滞后时间）作为内

光电纠偏控制器

GD－4B 型光电纠偏控制器 GD－4B 型光电纠偏控制器为边缘位置检测装置（EPC），是对薄型软物料在传送过程中水平方向位置偏移进行控制的系统，具有自动检测、自动跟踪、自动调整等功能。能对纸张、薄膜、不干胶带、铝箔等物料的标志线或边缘进行跟踪纠偏，以保证卷绕、分切的整齐。该系统可用于轻工、纺织、印染、印刷等行业。 该系统用光电开关检测物料边缘的位置，由同步电机驱动器、同步电机、丝杠、拖板等组成执行机构，完成对物料的牵引，修正物料运行时的偏差。 GD-4B光电纠偏控制器的控制单元由单片机及大规模集成电路组成，内置EEPROM数据存储器，可永久保存用户的状态设置，掉电不丢失数据；内置死机自恢复电路、EMI干扰抑制电路，系统可在较恶劣的环境工作；整个系统采用“模块化”理念设计，便于用户组成综合控制系统。 技术指标 1．跟踪标志宽度＞2mm 2．光电检测开关与物料的距离12mm±2mm 3．响应时间25ms 4．灵敏度±0.5mm 5．驱动器速度：8mm/s 6．推动力：50-500Kgf(由电机的输出功率决定) 7．位置失控保护 8. 光电开关输出方式：NPN常开型 9. 安装方式：嵌入式；面板尺寸：197*105；开孔尺寸：180*92 二、工作条件 1．工作电压AC 220V±10% 50Hz 2．环境温度50 o C以下 3．空气湿度≤85％（25 o C） 三、工作原理 本系统中，由光电检测开关检测单边或双边的位置，以拾取位置偏差信号。再将位置偏差信号进行逻辑运算，产生控制信号，用同步电机驱动机械执行机构（丝杠、拖板等），修正物料运行时的蛇型偏差，控制物料直线运动。 在偏差方向上设置左、右限位开关，防止系统失控。 单边双开关控制时，光电头置于材料一边。使材料边缘处于光电传感器二不灵敏区内。优点：控制误差较小，材料宽度变化时，光电头位置可以不变。缺点：如果边缘破损，会强制跟踪导

H∞控制器的设计

一、H ∞控制器的设计 （一） H ∞状态反馈控制器设计思路 图2-1 广义系统 针对如上图所示的广义系统，P(s)是一个线性时不变系统，其状态方程可以用下面的式子描述: x Ax B 11 B u 12 z C x 1 D 11 D u 12 2-1 y C 2 x D 21 D u 22 其中：n x R是状态向量， m u R是控制输入， p y R是测量输出，z R r 是被调输出，q R是外部扰动。这里考虑在外部扰动不确定但能量有限的情况 下，设计一个控制器u(s) K (s) y( s) ，使得闭环系统满足： （1）闭环系统内部稳定； （2）从扰动到被调输出的传递函数满足下面的关系： T (s) 1 wz 2-2 满足这样性质的控制器称为系统的一个H 控制器。 通过将系统模型中的系数矩阵分别乘以一个适当的常数，可以使得闭环系统 具有给定的H 性能γ，即使得T wz (s) γ的H 控制问题转化为使得T wz (s) 1的标准H 控制问题。称具有给定H 性能γ的H 控制器为系统P(s) 的γ-次优H 控制器。进一步可以通过对γ的搜索，可以求取使得闭环系统的扰

动抑制度γ最小化的控制器。 对于上面给出的系统，令D21、D22 为零矩阵，C2 为单位阵，那么就形成了一个状态反馈控制系统。 对于这个系统，如果可以设计一个静态反馈控制器u(s) K (s)x(s)，使得系统闭环稳定，并且满足从扰动到被调输出的传递函数为： 1 T wz (s) (C1 D K)[ sI ( A B )] B11 D11 1 2-3 12 12 那么，我们称这样的反馈控制器为系统P(s)的一个状态反馈H 控制律。 定理对于系统P(s)，存在一个状态反馈H 控制器，当且仅当存在一个对称正定矩阵X和W，使得以下矩阵不等式成立： AX B W ( 12 AX B W 12 T ) B 11 (C X 1 D W 12 T ) T B 11 I T D 11 0 2-4 C X 1 D W 12 D 11 I 成立，而且，如果上面的矩阵不等式存在一个可行解W * 、X * ，则有1 K W * (X *) 为系统的状态反馈H 控制矩阵。 对于次优控制问题，通产可以进行一下变换： T wz (s) γγwz ( ) 1 2-5 - 1T s 将原模型中的C、D 、D 替换为 1 11 1 2 1 1 1 C、 D 、 D ，则得到新的状态反 1 11 12 馈次优控制器对应的矩阵不等式： AX B W ( 12 AX B W 12 T ) B 11 -1 (C X 1 D W 12 T ) T B 11 I -1 T D 11 0 2-6 -1 C X 1 D W 12 -1 D 11 I 为了计算方便，在上式的左右两边分别乘以diag { I ,I, I } ，则得到如下式子： AX B W ( 12 AX B W 12 T ) B 11 (C 1 X D W 12 T ) T B 11 I T D 11 0 2-7 C X 1 D W 12 D 11 2 I 求解该不等式即可得到系统状态反馈γ-次优H 控制器求解该不等式，即可得到系统状态反馈γ-次优H 控制器。 这样，γ-次优H 控制器存在的条件下（LMI 可解），通过建立和求解以下

过程控制系统课程设计报告

过程控制系统课程设计报告 题目：温度控制系统设计 姓名： 学号： 班级： 指导教师：

温度控制系统设计 一、设计任务 设计电热水壶度控制系统方案，使系统满足85度至95度热饮需要。 二、预期实现目标 通过按键设定温度，使系统水温最终稳定在设定温度，达到控制目标。 三、设计方案 （一）系统数学模型的建立 要分析一个系统的动态特性，首要的工作就是建立合理、适用的数学模型，这也是控制系统分析过程中最为重要的内容。数学模型时所研究系统的动态特性的数学表达式，或者更具体的说，是系统输入作用与输出作用之间的数学关系。 在本系统中，被控量是温度。被控对象是由不锈钢水壶、2Kw电加热丝组成的电热壶。在实验室，给水壶注入一定量的水，将温度传感器放入水中，以最大功率加热水壶，每隔30s采样一次系统温度，记录温度值。在整个实验过程中，水量是不变的。 经过试验，得到下表所示的时间-温度表： 表1 采样时间和对应的温度值

以采样时间和对应的温度值在坐标轴上绘制时间-温度曲线，得到图1所示的曲线： 图1 时间-温度曲线 采用实验法——阶跃响应曲线法对温箱系统进行建模。将被控过程的输入量作一阶跃变化，同时记录其输出量随时间而变化的曲线，称为阶跃响应曲线。 从上图可以看出输出温度值的变化规律与带延迟的一阶惯性环节的阶跃曲线相似。因此我们选用 ()1s ke G s Ts τ-= + （式中：k 为放大系数；T 为过程时间常数；τ为纯滞后时间）作为内胆温度系统的数学模型结构。 （1）k 的求法：k 可以用下式求得： ()(0) y y k x ∞-= （x ：输入的阶跃信号幅值）

美塞斯FIFE纠偏系统介绍(纠偏控制器)

美塞斯FIFE纠偏系统介绍(纠偏控制器)

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美塞斯FIFE纠偏系统介绍 控制器 纠偏控制器(MC16) 型号为4008301898的FIFE产品平滑而高效的卷材生产始于正确的纠偏控制系统。FIFE?为您提供一系列的自动控制系统，使您获得精密而可靠的纠偏性能、以及将来升级您生产线的灵活性。 卷材纠偏控制器 FIFE卷材纠偏控制器功能强大、安装简单、操作方便，具有极高的动态响应水平以提高纠偏精度并减少浪费。 D-MAXTM 系列卷材纠偏系统 ●一个由功能强大、模块化的组件构成的完整系统，用以提高效率和卷半质量 ●模块化设计理念，可以作为预接线控制器系统或者多功能组件中的独立功能模块使用●控制器外观朴实，能够提供最高水平的纠偏精度，选用功能强大，例如高速联网和远程 系统监控功能 ●图形化的操作界面，简明易发的操作语言，可以使 您的安装我操作变得简单 POLARIS TM卷材纠偏控制器 ●精密的卷材纠偏控制器，安装和操作都很简单 ● 5.67”x5.67”x4.06”(144mm x 144mm x 103mm)

的小巧箱体，容易嵌入机器的控制面板中 ●直观而友好的操作界面能够减小两批产品转换中的停工时间 ●高动态响应性能，确保恒定，优质的卷装 CDP-01 卷材纠偏控制器 ●具有高品质的动态响应性能，能够驱动 单个、两个或者三个纠偏器同时使用 ●内置信号放大器，专门用于红外感应器 在检测透明卷材时将信号放大，提高检 测精度 ●不需要PLC也可以同时控制多达3套纠 偏系统 网络通讯 可选的串行总线通讯协议转换器，使您可以通过现有的ControlNet,DeviceNet,InterBus,Profibus,Modbus/TCP Ethernet,或Ethernet IP获得纠偏数据。 动力装置 不管您选用什么样的控制系统，FIFE动力装置都具有足够的灵活性来满足任何卷材和载荷方面的要求。 ●适合于随较大载荷的放卷/收卷电气液压式或气动液压式纠偏系统 ●紧凑、模块化的结构是完全独立可用的 ●几乎不需要维护

过程控制系统课程设计

步进式加热炉控制系统设计 一、步进式加热炉工艺流程 1. 步进式加热炉简介 ⑴步进式加热炉步进式加热炉是一种靠炉底或水冷金属梁的上升、前进、下降、后退的动作 把料坯一步一步地移送前进的连续加热炉。 炉子有固定炉底和步进炉底，或者有固定梁和步进梁。前者叫做步进底式炉，后者叫做步进梁式炉。轧钢用加热炉的步进梁通常由水冷管组成。步进梁式炉可对料坯实现上下双面加热。 （2）步进式炉的几种类型 步进式炉从炉子构造上分目前有：单面供热步进式炉、两面供热步进式炉、钢料可以翻转的步进式炉、交替步进式炉、炉底分段的步进式炉等等。 单面供热步进式炉也称步进底式炉，钢料放置在耐火材料炉底或铺设在炉底上的钢枕上。钢坯吸热主要来自上部炉膛，由于一面受热，这种炉子的炉底强度较低。它适用于加热薄板坯、小断面方坯或有特殊要求的场合。 两面供热步进式炉也称步进梁式炉，活动梁和固定梁上都安设有能将钢坏架空的炉底水管。在钢坯的上部炉膛和下部炉膛都设置烧嘴，因此炉底强度较高，适用于产量很高的板坯或带钢轧前加热。 钢坯可以翻转的步进式炉是每走一步炉内钢料可以翻转某一角度，步进梁和固定梁都带有锯齿形耐热钢钢枕，这是加热钢管的步进式炉，每走一步钢管可以在锯齿形钢枕上滚动一小段距离，使受热条件较差的底面逐步翻转到上面，以求加热均匀。 交替步进式炉则有两套步进机构交替动作。运送过程中，钢坯不必上升和下降，振动较小，底面不会被划伤，表面质量较好 炉底分段的步进式炉的加热段和预热段可以分开动作。例如预热段每走一步，加热段可以

走两步或两步以上。这种构造是专门为易脱碳钢的加热而设计的。钢坯在预热段放置较密，可以得到正常的预热作用，在加热段钢坯前进较快，达到快速加热，以减少脱碳。 （3）步进式炉的优缺点 步进式炉是借机械将炉内钢坯托着一步一步前进，因此钢坯与钢坯还不必紧挨着，其间距可根据需要加以改变。 原始的步进式炉只用于加热推钢机无法推进的落板坯或异形坯，随着轧机的大型化和连续化，推钢式炉已不能满足轧机产量和质量的要求。在这种情况下，近十年来造价较高的步进式炉得到了快速发展，其结构也日趋完善。 步进式炉具有以下特点：（1）炉子长度不受钢坯厚度的限制，不会拱钢，炉子可以建得很长，目前有些炉子已接近60 米长，一个步进式炉可以代替1.5—2 个推钢式炉。（2）操作上灵活性较大，可以通过改变装料间隙调节钢坯加热时间，且更换品种方便。（3）炉内钢料易于清空，减少停炉时清除炉内钢料的时间。（4）钢坯在炉内不与水管摩擦，不会造成通过轧制还不能消除的伤痕。（5）水管黑印小，即能得到尺寸准确的轧材。（6）两面加热步进式炉可以不要实底均热段，因此加热能力比推钢式炉稍大。（7）没有出料滑坡，减少了由于滑坡高差作用而吸入炉内的冷空气。（8）钢坯有侧面加热，这样可实现三面或四面加热，因此加热时间短，钢坯氧化少。（ 9）生产能耗大幅度降低,从炼钢连铸后开始全连续的直接生产。（ 10）产量大幅度提高,在100* 104t/a 以上。（ 11）生产自动化水平非常高，原加热炉的控制系统大都是单回路仪表和继电器逻辑控制系统，传动系统也大多是模拟量控制式供电装置，现在的加热炉的控制系统大多数都具有二级过程控制系统和三级生产管理系统，传动系统都是全数字化的直流或交流供电装置。 步进式炉的缺点是炉底机械设备庞大，维护和检修都较复杂，炉子造价太高。两面供热的步进式炉炉底水管较多，热损失大。单面供热的步进式炉虽然无水冷热损失，但产量较低。因此，尽管步进式炉有很多优点，仅由于它造价太高，目前在中小型厂全面推广还不适宜。

美塞斯纠偏系统

美塞斯（MC05）国际集团Fife 纠偏系统产品系列 卷材纠偏控制器 FIFE卷材（MC05）纠偏控制器功能强大，安装简单，操作方便，具有极高的动态响应水平以提高纠偏精确度并减少浪费。 D-MAX系列卷材纠偏系统 1.一个由功能弱碱、模块化的组件构成的完整系统，用以提高效率和卷装质量。 2.模块化设计理念，可以作为预接线控制器系统或者多功能组件中的独立功能模块使用。 3.控制器外观朴实，能够提供最高水平的纠偏精确，选用功能强大，例如调整联网和远程系统监控功能。 4.图形化的操作界面，简易明懂的操作语言，可以使您的安装和操作变得简单。 Polaris卷材纠偏控制器 1.精密的卷材纠偏控制器，安装和操作都很简单。 2. 5.67"×5.67"×4.06"(144mm×144mm×103mm)的小巧箱体，容易嵌入机器的控制板中。 3.直观而友好的操作界面能减少两批产品转换中的停工时间。

4.高动态响应性能，确保恒定、优质的卷装。 CDP-01纠偏卷材控制器 1.具有高品质的动态响应性能，能够驱动单个、两个或者三个纠偏器同时使用。 2.内置信号放大器，专门用于红外感应器在检测透明卷材时将信号放大，提高检测精确。 3.不需要PLC也可以同时控制多达3套纠偏系统。 网络通讯 可选的串行总线通讯协议转换器，使您可以通过现有的ContrklNet，DeviceNet，InterBus，Profi-Bus，ModBus/TCP ErtherNet，或EtherNet IP获得纠偏数据。 动力装置 不管您选用什么样的控制系统，FIFE动力装置都肯有足够的灵活性来满足任何卷材和载荷方面的要求。 1.适合于承受较大载荷的放卷？收卷电气液压式或气动液压式纠偏系统。

线性控制系统的设计与校正

实验十四线性控制系统的设计与校正 实验目的 二阶系统方框图如图所示 要求串联校正后系统的调节时间不超过0.1s，超调量不超过5%。实验原理 由系统框图，得 GH(s)=2000 2 G(s)=C(s) R(s) =? 2000 s2+50s+2000ωn2=2000 ωn=20√5 ζωn=25 ζ= √5 4 ≈0.559 OP%=12% T s= 4.0 25 =0.16s 模拟电路图为： 若要串联校正后系统的调节时间不超过0.1s，超调量不超过5%。

ζ≤0.7 ζω n ≥ 4.0 0.1 =40 ω n ≥57.1串联校正环节为 G c(s)=0.02s+1 Ts+1 串联校正后系统为 GH(s)= 40 s(0.02s+1) × 0.02s+1 Ts+1 = 40 s(Ts+1)ωn2= 40 2ζωn= 1 T 解得： T= 1 1.96×40 =0.012755 引入串联校正后的系统框图为 系统框图可简化为 系统阶跃响应不存在稳态误差。串联校正环节模拟电路图为：

R2=R4=xkΩ R1=R2+R4=2xkΩ C=1μF，R3=12kΩ 12x+12x+x2 =20 R1=32kΩ，R2=R4=16kΩ 引入串联校正后的系统模拟电路图为： 总结： 该方法的策略是通过添加一个与原系统极点位置相同零点和一个新的极点重新配置系统开环极点的位置，并未增加系统阶数，也未改变开环bode增益。 虽然，串联的校正环节零点在极点前面，但是，该校正与传统的相位超前校正还是有所差异的。 从出发点上讲，该方法并未严格设定目标增益穿越频率，仍按照开环极点配置的方式来考虑系统校正环节的参数，因此，无需考虑最大相位超前频率，只需考虑新的开环非零极点位置。 实验步骤 1、按照系统模拟电路图搭建原系统的模型 2、运放电压为±15V，输入正负方波的幅值为0.5V，频率为1Hz，测量输入 和输出波形，观察输出对输入的跟踪情况，以及系统的阶跃响应。 3、按照系统模拟电路图搭建控制器的模型，串联到原系统中。 4、同样的输入下测量输出波形，并与校正前的系统比较，看是否满足题目 要求，是否与仿真结果相同。 5、如果与仿真结果有差异，分析差异产生的原因，并作出调整。

过程控制系统课程设计

一、设计目的与要求： 了解并掌握单回路控制系统的构成和控制原理。了解PID参数整定的基本方法,如Ziｅg ｌer-Nichｏlｓ整定方法、临界比例度法或衰减曲线法。学会用mａtlａb中的Simuliｎｋ仿真系统进行ＰIＤ参数整定。 二、设计正文: 在热工生产过程中，最简单、最基本且应用最广泛的就是单回路控制系统，其他各种复杂系统都是以单回路控制系统为基础发展起来的。 单回路控制系统的组成方框原理图如图１所示,它是由一个测量变送器、一个控制器和一个执行器（包括调节阀),连同被控对象组成的闭环负反馈控制系统。 图1、单回路控制系统组成原理方框图 控制器的参数整定可分为理论计算法和工程整定法。理论计算方法是基于一定的性能指标，结合组成系统各环节的动态特性,通过理论计算求得控制器的动态参数设定值。这种方法较为复杂繁琐，使用不方便,计算也不是很可靠,因此一般仅作为参考；而工程整定法,则是源于理论分析、结合实验、工程实际经验的一套工程上的方法，较为简单,易掌握,而且实用。常用的工程整定法有经验法、临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法等等,本设计中主要是应用Ziegler－Nichｏls整定方法来整定控制器的参数。 参数整定的基本要求如下所述： 1、通过整定选择合适的参数，首先要保证系统的稳定,这是最基本的要求。 2、在热工生产过程中，通常要求控制系统有一定的稳定裕度,即要求过程有一定的衰减比，一般要求4:1~１0：1。 3、在保证稳定的前提下，要求控制过程有一定的快速性和准确性。所谓准确性就是要求控制过程的动态偏差和稳态偏差尽量地小,而快速性就是要求控制时间尽可能地短。 总之，以稳定性、快速性、准确性去选择合适的参数。 目前工程上应用最广泛的控制是PID控制，这种控制原理简单,使用方便；适应性强；鲁棒性强，其控制品质对被控对象的变化不太敏感。 （1）比例控制（P控制)：G c(s)＝Kｐ=１/δ; （2）比例积分控制(PＩ控制）:G c(s）=Kｐ（1＋１/TＩs）=１/δ（１+1/T I s）； （3）比例积分微分控制(PＩD控制):Gｃ(s）＝K p(1+1／T I s+T D s）。 Zｉｅｇleｒ－Nichols法是一种基于频域设计ＰID控制器的方法，根据给定对象的瞬态响应来确定PIＤ控制器的参数。如果单位阶跃响应曲线看起来是一条S形的曲线，则可用如下传递函数近似：

带钢纠偏控制系统设计

目录 摘要 (4) Abstract .................................................................................................. 错误！未定义书签。引言 . (5) 1 电液伺服控制系统 (7) 1.1电液控制系统的发展历史概述 (7) 1.2电液伺服控制系统的特点和构成 (8) 1.3电液伺服控制系统的发展趋势 (8) 2 带钢纠偏控制系统设计 (9) 2.1带钢纠偏控制系统原理 (9) 2.1.1课题背景 (9) 2.1.2带钢纠偏控制系统简介 (9) 2.1.3带钢纠偏控制系统工作原理 (9) 2.2带钢纠偏控制系统设计 (10) 2.2.1控制系统参数及基本要求 (10) 2.2.2控制系统设计方案 (11) 2.2.3纠偏液压站原理图设计 (12) 2.3带钢纠偏控制系统元件设计选型 (14) 2.3.1光电传感器设计 (14) 2.3.2电液伺服阀设计选型 (19) 2.3.3液压缸设计选型 (21) 2.3.4系统其他元件设计选型 (22) 3 带钢纠偏控制系统建模及仿真 (23) 3.1带钢纠偏控制系统模型建立 (23) 3.1.1伺服阀传递函数 (23)

3.1.2卷取机传递函数 (24) 3.1.3其他元件传递函数 (24) 3.2带钢纠偏控制系统仿真 (25) 3.2.1系统调节品质分析 (25) 3.2.2系统的闭换阶跃响应 (28) 3.3常规PID控制器 (29) 3.3.1 PID控制算法简介 (30) 3.3.2常规PID仿真及结果分析 (34) 4 智能PI控制器的设计及仿真 (36) 4.1智能PI控制器设计原理 (36) 4.2智能PI控制器仿真及结果分析 (39) 4.2.1智能PI控制器仿真 (39) 4.2.2结果分析 (40) 5智能PI控制器的全数字实现 (43) 5.1计算机控制系统简介 (43) 5.1.1计算机控制系统概述 (43) 5.1.2计算机控制系统的组成 (43) 5.1.3 计算机控制系统的结构 (44) 5.2 最小应用系统的设计 (45) 5.3 系统的软件设计 (46) 5.3.1主程序设计 (46) 5.3.2 8279键盘中断程序 (49) 5.3.3 8279显示子程序 (52) 5.3.4 中断服务程序 (54) 结论 (64)

第六章 控制系统的校正与设计 习题

第六章控制系统的校正与设计 6-1 试对以下特性的一阶网络，确定其电路结构、电阻和电容值、放大器的增益和复平面图： a）ω=4 rad/sec时相位超前60°，最小输入阻抗50000Ω和直流衰减为10db。 b）ω=4时相位之后60°，最小输入阻抗50000Ω和高频衰减-10db。 c）频率范围ω=1至ω=10rad/sec内，滞后-超前网络具有衰减10db和输入阻抗50000Ω。 在以上所有情况，电阻最大值接近1MΩ，电容约10μF。而且假设网络负载阻抗实质上是无穷大。 6-2 习题6-2图所示包含局部速度反馈回路的单位反馈系统。 a）当不存在速度反馈（b=0）时，试确定单位跃阶输入下系统的阻尼系数、自然频率、最大超调量以及由单位斜坡输入下所引起的稳态误差。 b）试决定当系统等效阻尼系数增加至0.8时的速度反馈常数b。 c）按速度反馈和0.8的阻尼系数，确定单位阶跃输入下系统的最大超调量和单位斜坡输入下引起的稳态误差。 d）试说明斜坡输入下具有速度反馈和不具有速度反馈，但阻尼系数仍为0.8的两系数，怎样使它们的稳态误差相同。 习题6-2图 6-3 如若系统的前向传递函数为20/s（1+s），重做习题6-2. 6-4 习题6-4图所示为一个摇摆控制系统的方块图。它可以提供足够的抗扰动力矩的动特性，以限制导弹摇摆偏移速度[12].扰动力矩由倾斜角的变化和操纵控制偏差产生。决定摇摆控制系统特性的主要限制是副翼的伺服响应。 a）试确定习题6-4图所示系统的传递函数C（s）/R（s） b）设若由共轭主导极点支配瞬态响应，为满足系统的等效阻尼系数接近于0.5，和等效自然频率近于4rad/sec，试说明对副翼的伺服响应参数的要求。

纠偏控制器

纠偏控制器 美塞斯Fife（标准型号MC18/4008301898）英文名：Correction Controller 纠偏控制器概念：纠偏控制器,又称边缘位置控制(E.P.C)经发展又有线条位(L.P.C)中心线位置控制(C.P.C） 纠偏控制器的原理： 在物料卷绕过程中，由光电传感器检测边或线的位置，以拾取边或线位置偏差信号。再将位置偏差信号传递给光电纠偏控制器进行逻辑运算，向机械执行机构发出控制信号，驱动机械执行机构，修正物料运行时的蛇形偏差，保证物料直线运动。可选装左、右限位开关防止系统失控。 纠偏控制器的主要性能指标： 1、对线工作：标志线宽度不小于2mm； 2、对边工作：边标志侧保持2mm以上同色度区； 3、检出距离：同轴反射型光电眼（可见光）为12mm 4、响应时间：光电眼响应时间为2ms，系统响应速度为50ms； 5、纠编精度：±1mm; 6、最大推重：1.5T/3T可选; 7、失控保护：系统自带极限位置失控保护装置（该功能为可选配置）。

纠偏控制器的特点 1、与滑动丝杠副相比驱动力矩为1/3 2、高精度的保证，滚珠丝杆是用日本制造的世界最高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面,对温度·湿度进行了严格的控制,由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。 3、微进给可能，滚珠丝杆由于是利用滚珠运动,所以启动力矩极小,不会出现滑动运动那样的爬行现象,能保证实现精确的微进给。 4、无侧隙、刚性高，滚珠丝杆可以加予压,由于予压力可使轴向间隙达到负值,进而得到较高的刚性(滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力,在实际用于机械装置等时,由于滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强)。 5、高速进给可能滚珠丝杆由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给(运动)。 纠偏控制器的用途： 纠偏控制器可对各种卷材进行纠偏工作，根据纠偏材料的印刷图案不同而可以选择跟边，跟线方式，并自由设定单电眼或双电眼检测，纠偏执行电机为永磁低速同步电机。主要应用于印刷包装、造纸、薄膜、纺织等行业需要控制卷边齐整的场合。 纠偏控制器的类型

过程控制系统课程设计任务书

过程控制系统课程设计任务书 一、课程设计目的 课程设计的主要目的是通过对生产设备的控制装置的设计实践，了解一般控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。 二、操作平台 1.舞台灯光控制平台 2.模拟喷泉控制平台 3.交通信号灯控制平台 4.自动刀库控制平台 5.点阵控制平台 三、设计任务及要求 1.在舞台灯光控制平台上实现：按下启动按钮，中间文字1秒依次闪烁，拱形灯管 从上往下依次闪烁，循环往复。 2.在模拟喷泉控制平台上实现：按下启动按钮，水柱A开始呈放射状喷出，经过一 定时间后，水柱B开始呈喷射状喷出，并与A保持同步喷水，这样依次累加直到A~H所有喷泉全部打开，并能同步实现放射状喷水过程。 3.在交通信号灯控制平台上实现：按下启动按钮，东西向绿灯亮，同时南北向红灯 亮，东西方向车辆均可行驶，维持8s；东西向黄灯亮2s，车辆停止行驶，南北向保持红灯；东西向红灯亮，南北向绿灯亮，南北车辆均可行驶，维持8s；南北向黄灯亮2s，车辆停止行驶，东西向保持红灯。循环往复。 4.在自动刀库控制平台上实现：开机时，刀盘自动复位在1号刀位，操作者利用拨 码选择刀号，程序会判别最短路径，以及是正转还是反转，来找到选择的刀号，且该刀位信号灯常亮。 5.在点阵控制平台上实现：按下启动按钮，点阵屏依次显示绿色数字0-9、大写字母 A-F，间隔2s循环交替；在任一时刻按住暂停键，保持当前数字；按下停止按钮，