海底隧道钻机控制系统
自动控制原理实验
自动控制原理实验一.海底隧道钻机控制系统1.题目描述：钻机在推进过程中，为了保证必要的隧道对接精度，施工中使用了一个激光导引系统，以保持钻机的直线方向。
钻机控制系统如图1-1所示。
图中，C(s)为钻机向前的实际角度，R(s)为预期角度，N(s)为负载对机器的影响。
2.设计目的：选择增益K ，使系统对输入角度的响应满足工程要求，并且使扰动引起的稳态误差较小。
3.解题分析（a ）.当扰动信号N(s)=0时，可计算得在输入信号R(s)作用下的输出响应为C 1(s)= R(s) （b ）. 当输入信号R(s)=0时，可计算得在扰动信号N(s)作用下的输出响应为C 2(s)= - N(s) 若系统为线性系统，则系统的输出响应为C(s)=C 1(s)+ C 2(s) 即C(s)= R(s)- N(s) 为保持系统的稳定，根据劳斯判据可以得出K>0.（c ）.由于该系统为Ⅰ型系统，所以在单位阶跃输入的作用下其稳态误差e ssr (∞)=0当r(t)=0,n(t)=1(t)时，系统的误差En(s)=-C 2(s)=- N(s)，则系统在单位阶跃扰动信号作用下的稳态误差为e ssn (∞)=lim sEn(s)= lim s*(- )*(1/s)= - 利用matlab 仿真图1-1 钻机控制系统K+11s S 2+12s+k1S 2+12s+kK+11s S 2+12s+k 1S 2+12s+k 1S 2+12s+ks 01 K1S 2+12s+ks 0（1）、因为阶跃输入对系统来说是最严峻的工作状态所以取r(t)=1(t)，且使n(t)=0，仿真模型为分别取不同K值，结果如下：K=15 K=20k=30 K=35k=40 k=50k=60 k=65观察以上仿真结果，得到在n(t)=0,r(t)=1(t)的状态下，随着K值的增大，当K 值增大到40左右时达到的稳态效果较好，再增大K值时仿真的曲线出现发散状态，系统变得不稳定。
深海石油钻井平台深度水下作业机器人控制系统的实现与优化
深海石油钻井平台深度水下作业机器人控制系统的实现与优化随着全球对石油需求的增长，对油田探索和开发的需求也越来越大。
石油钻井平台是石油勘探开发过程中不可或缺的一环，而钻井平台深度水下作业机器人成为了石油勘探开发的重要工具。
这些机器人能够在深海环境下进行定位、采集数据、完成施工等工作，大大提高了深海石油钻井作业的效率。
本文将探讨深海石油钻井平台深度水下作业机器人控制系统的实现与优化。
一、深海石油钻井平台深度水下作业机器人的功能和特点深海石油钻井平台深度水下作业机器人是一种能够在水下深海环境下完成相关任务的机器人。
它可以完成石油钻井、采集海底数据、修建海底管道等任务。
与人工作业相比，深海石油钻井平台深度水下作业机器人具有以下特点：1、适应恶劣的深海环境：深海环境十分艰苦，水下高压、低温等因素都会给深海机器人的运行带来极大的挑战。
深海石油钻井平台深度水下作业机器人需要具备适应这种环境的能力。
2、高效完成作业任务：深海石油钻井平台深度水下作业机器人的配备可以依据具体的作业任务而定，它不受作业场地、时间、天气和人力资源等限制，工作效率比人工高得多。
3、准确收集丰富的数据：深海石油钻井平台深度水下作业机器人可以监测油田信息，收集水下各种数据，如温度、压力、重力、磁场等。
这些数据对于石油探测和勘探等有着重要的意义。
4、保障深海作业的安全：由于水下深海石油钻井平台环境恶劣且危险系数较高，深海石油钻井平台深度水下作业机器人可以取代人工完成特定的任务，有效的降低劳动安全风险和环境污染。
二、深海石油钻井平台深度水下作业机器人控制系统的组成深海石油钻井平台深度水下作业机器人控制系统包括硬件和软件两个不同的部分。
硬件部分主要负责数据的输入和输出，软件则负责机器人的自主控制和作业任务的编排，下面就详细介绍这两个部分。
1、硬件部分硬件部分包括机器人本身、多种传感器、电力供应设备、数据传输设备、进行控制执行的计算机等组成的一个系统。
海底隧道钻机控制系统设计-西电模板
各专业完整优秀毕业论文设计图纸海底隧道钻机控制系统设计课程设计时间：2014 .12 .22一、海底隧道自动控制系统框图由题已知条件，设N(s)=0，则系统在给定信号R(s)下的闭环传递函数()Φer s 为：可求得系统在给定信号R(s)时的稳态误差为：K s s s R s s s sE e s s ssr +++==∞→→12)()1(lim )(lim )(2200当R(s)=0时，在扰动信号N(s)作用下的系统闭环传递函数()Φen s 为：到此可求得系统在扰动信号N(s)作用下的稳态误差为：()()20()lim lim12S ssn S s s sN e sE s s k →→-∞==++由（1），（2）两式可得在R(s)和N(s)作用下系统的输出为：二、接下来根据不同的K 值MATLAB 绘制时域仿真曲线在单位阶跃输入的N(s)，R(s)时有：)1..(..........1211)()(2)(Ks s Ks s R s E s er +++==Φ)2.( (121))()(2)(Ks s s N s E s en ++-==Φ22111()()()1212K s C s R s N s s s K s s K+=-++++ss N s s R 1)(,1)(==此时的输入稳态误差和扰动稳态误差为：在这里我取K 值分别为1，20，60，100，120，150，单位阶跃输入以及单位阶跃扰动下的系统框图和响应分别为（Δ=2）：（注：由系统的稳定性和闭环传递函数可知，极点必须位于s 左半平面，故K 值必须大于0）下面的分析中将输入响应和扰动响应进行分开讨论。
（1）K=1系统的模拟框图为:在N (s)=0时得到的单位阶跃响应曲线，如下图:Ke e ssn ssr 1)(,0)(-=∞=∞容易看出此时系统调节时间达到二十五秒左右，不能满足题目要求。
此时系统响应没有超调。
令R(s)=0时，在扰动信号N(s)作用下得阶跃响应曲线，如下图:此时系统的扰动稳态误差为-1。
隧道钻机控制系统的分析与仿真
《高频电子技术》课程设计说明书课题名称：隧道钻机控制系统的分析与仿真学院：电气与信息工程学院专业：电子信息技术与工程课题 隧道钻机控制系统的分析与仿真一、设计目的1、了解LC 正弦波振荡器的工作原理。
2、掌握电容三点式正弦波振荡器的设计与主要性能参数测试方法。
3、掌握电感三点式正弦波振荡器的设计与主要性能参数测试方法。
4、掌握克拉泼和西勒振荡器的设计与主要性能参数测试方法。
5、掌握LC 正弦波振荡器的装调技术。
二、技术指标和设计要求1、技术指标三种正弦波振荡器的技术指标均为：振荡频率：016.3MHz f =；频率稳定度：40/10f f -∆≤；输出幅度：0.3V P P U -≥。
2、设计要求(1) 设计的宽带高频功率放大器满足技术指标；(2) 拟定测试方案和设计步骤；(3) 根据性能指标，计算元件参数，选好元件，设计电路并画出电路图；(4) 在面包板上或万能板上安装电路；(5) 测量各指标数据；(6) 写出设计报告。
三 、设计提示1、方案提示：（1）设计方案可先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可先产生三角波-方波，再将三角波变成正弦波。
（2）也可用单片集成芯片IC8038实现，采用这种方案时要求幅度可调。
2、实验仪器提示（1） 高频信号发出生器 1台（2） 数字万用表 1只（3）数字电压表 1只（4）面包板或万能板 1块（5）智能电工实验台 1台(6) 示波器 1台3、参考书[1] 胡寿松，自动控制系统[M].北京：科技出版社，2008[2] 吴晓燕，张双选，MATLAB在自动控制中的应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2011[3] 何衍庆，姜捷，江艳君，控制系统分析[M]、设计与应用.北京：化学工业出版社，2003[4] 范影乐，杨胜天，李铁，MATLAB仿真应用详解[M].北京：人民邮电出版社，2001[5] 刘豹，现代控制理论2版[M].北京：电子工业出版社，1996[6] 曹才开，信号与系统[M] 北京：清华大学出版社，2006[7] 高吉祥，《电子技术基础实验与课程设计指导》(第二版)，电子工业出版社，2005。
隧道钻机控制系统的分析与仿真
《高频电子技术》课程设计说明书课题名称：隧道钻机控制系统的分析与仿真学院：电气与信息工程学院专业：电子信息技术与工程课题 隧道钻机控制系统的分析与仿真一、设计目的1、了解LC 正弦波振荡器的工作原理。
2、掌握电容三点式正弦波振荡器的设计与主要性能参数测试方法。
3、掌握电感三点式正弦波振荡器的设计与主要性能参数测试方法。
4、掌握克拉泼和西勒振荡器的设计与主要性能参数测试方法。
5、掌握LC 正弦波振荡器的装调技术。
二、技术指标和设计要求1、技术指标三种正弦波振荡器的技术指标均为：振荡频率：016.3MHz f =；频率稳定度：40/10f f -∆≤；输出幅度：0.3V P P U -≥。
2、设计要求(1) 设计的宽带高频功率放大器满足技术指标；(2) 拟定测试方案和设计步骤；(3) 根据性能指标，计算元件参数，选好元件，设计电路并画出电路图；(4) 在面包板上或万能板上安装电路；(5) 测量各指标数据；(6) 写出设计报告。
三 、设计提示1、方案提示：（1）设计方案可先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可先产生三角波-方波，再将三角波变成正弦波。
（2）也可用单片集成芯片IC8038实现，采用这种方案时要求幅度可调。
2、实验仪器提示（1） 高频信号发出生器 1台（2） 数字万用表 1只（3）数字电压表 1只（4）面包板或万能板 1块（5）智能电工实验台 1台(6) 示波器 1台3、参考书[1] 胡寿松，自动控制系统[M].北京：科技出版社，2008[2] 吴晓燕，张双选，MATLAB在自动控制中的应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2011[3] 何衍庆，姜捷，江艳君，控制系统分析[M]、设计与应用.北京：化学工业出版社，2003[4] 范影乐，杨胜天，李铁，MATLAB仿真应用详解[M].北京：人民邮电出版社，2001[5] 刘豹，现代控制理论2版[M].北京：电子工业出版社，1996[6] 曹才开，信号与系统[M] 北京：清华大学出版社，2006[7] 高吉祥，《电子技术基础实验与课程设计指导》(第二版)，电子工业出版社，2005。
海洋钻机电气控制系统设计及关键技术
海洋钻机电气控制系统设计及关键技术海洋石油钻机的本质为一套结构非常繁杂的大型设备，这套大型设备通常是由旋转系统、起升系统、传动系统、控制系统、钻井液循环系统等许多个系统组建而成，从而能够使这套系统完成下钻、起钻、循环洗井、旋转钻进等一系列的工作。
然而要使这套设备完成这一系列的繁杂工作，就必须拥有一套完整的电控制系统。
但是我们国家软扭矩控制、海湾升沉补偿和软泵控制这些方面的技术还不够成熟，导致自动化程度偏低，所以未能广泛应用。
1 电器控制系统的基本构成电驱动石油钻机的电气控制系统总共是由3个部分所组成的。
首先是由柴油发电锯所组成的基础动力控制系统;其次是用于辅助和控制各电动组、照明、井场等多个作业区域的供电控制系统;最后是由直流调速所组成的设备的传动控制系统。
2 电气控制系统的设计我们所研究的70DBF电驱动的电器控制系统所应用的是由柴油发电机组通过并网的方式，最终产生电流，然后向所需要的系统供电的方式。
例如向VFD系统还有SCR系统同时提供AC600 V的电网，我们日常的生活用電是由一台600/400 V 1 250 kVA的变压器为电源提供的。
2.1 动力控制系统的设计动力控制系统的组成采用的是4台柴油机组采用并网发电的形式，这套动力系统的容量为6 000 kVA，系统的总功率为4 800 kW，系统的频率为50 Hz，系统的电压AC为600 V，每一台柴油机的单机功率都是1 200 kW。
这套系统的测量仪选用的是7 300全数字的智能电力仪表，这款仪表不仅在计算精度方面特别出色同时还能够完成计算机的一些通信任务。
2.2 电气传动控制系统的设计这套电气传动系统是由3台传动柜将发电并网母线上原本的交流电整流成直流电，然后用整流来的直流电来启动3台泥浆泵上面存在的6台串励直流电机，所运用的方式是一对二的操控方式。
为这套传动控制系统提供技术支持的是西门子6SE71交流变频调速技术和6RA70直流操控技术，都是全数字的。
第五节 控制系统灵敏度分析
下面介绍一个利用反馈减少灵敏度的简单例子。运算 放大器是一种被广泛使用在电子线路上的集成电路器 件，它的基本应用电路是图3-36（a）所示的反相放大 器电路。
通常，运算放大器的增益A远大于104 。由于输入阻抗
很高，所以运算放大器的输入电流可以忽略不计，因
此在节点n，可写ur出 u电n 流u关c 系un式如0 下
第一个例子是带有负载转矩干扰信号的电枢控制直流电动
机。开环系统结构图如图3-37(a)所示，为了改善系统性能， 加入速度反馈如图3-37(b)所示。系统的各元器件参数值在 表3.6中给出。
参数名 Ra Km J
B Ke Ka Ks
参数值 1 10 2 0.5 0.1 54 1
从图中可以看出，系统有Ua(s)（或Vr(s)）和ML(s)两个
GB(s)=C(s)/R(s)
则，灵敏度定义为
S GB (s) / GB (s) GB (s) G(s) G(s) / G(s) G(s) GB (s)
取微小增量的极限形式，则式(3.77)成为
S GB (s) G(s) G(s) GB (s)
(3.77) (3.78)
输入。由于这是一个线性系统，按叠加定理可以分别考虑
两个输入的独立作用结果。为了研究干扰对系统的作用， 可令Ua(s)=0（或Vr(s)=0），此时只有干扰ML(s)起作用。 相反地，为了研究参考输入对系统的响应，可令ML(s)=0。 如果系统具有很好的抗干扰能力，则干扰信号ML(s)对输 出w (s)的影响就应该很小，下面就来验证此结论。
考虑到C(s)
1
G(s) G(s)H
(s)
R(s,)则输出的改变就是：
C(s)
lisha 自控 控制系统时域分析实例PPT课件
燃气热水器的水温控制 控制指标：响应快，调整时间短
燃气热水器的水温控制
• 数学模型
燃气热水器的水温控制
• 响应曲线
英吉利海峡海底隧道钻机
• 钻机分别从海峡两端向中间推进，并在海峡的中间对接。为了使对接达到必要的精度，施工时使用了一个 激光导引系统以保证钻机的直线方向。
英吉利海峡海底隧道钻机
• 钻机的数学模型如下：
预期 角度 R(s) E(s)
磁盘驱动器
磁盘驱动器
• 硬盘（hard disk)即硬盘驱动器 • 硬盘是计算机中唯一一个精密机械和电子电路混合的器件
• 大多数都采用温切斯特技术而被称之为“温切斯特硬盘”，简称“温盘”。这种技术是由IBM公司位 于美国加州坎贝尔市温切斯特大街的研究所研制的
磁盘驱动器
• 温切斯特硬盘都有如下的技术特点
1
1.2 1.4 1.6 1.8
2
Time (sec) (sec)
结论：Ka=30时，干扰大；Ka=80时，干扰小
磁盘驱动读取系统 (2)
性能指标 超调量 调节时间 对单位阶跃干扰的最大响应值
电机线圈
G1 ( s)
s
5000 1000
干扰
Td(s)
+
负载
G2 (s)
s(s
1
20)
o (s)
-3
x 10 0
传感器
H(s)=1
Step Response
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可知，闭环系统特征方程为：
s 12s K 0
2
该系统显然是稳定的。为了减少扰动的影响， 希望增益K>0。 若取K=100， 令r(t)=1(t)且 n(t)=0，可得 C(t) 系统对单位阶 跃输入的响应， 如图所示；
时间(s)
令n(t)=1(t)且r(t)=0 ， 可得系统对单位阶跃 扰动的响应，如图所 由图可见，负载产生 示。
2. 应用知识元要点： ● 结构图与信号流图； ● 控制与扰动作用下的闭环传递函数;（分母相同） ● 特征根与稳定性； ● 扰动作用下系统的稳态输出;（确定选择增益范围） ● 控制作用与扰动作用下MATLAB仿真；
3. 扩展与引伸 （1）PD控制方案的应用场合（输入端无高频噪声， 否则堵塞控制通道）； （2）应用MATLAB方法搜索K=20 时，微分时间Td （原为11，现设为变量）对系统稳态及动态性 能 的影响； （3）当K及Td可选择时，理论探讨最佳参数集（K ， Td ），并给出MATLAB仿真结果。
1 En ( s ) 0 C n ( s ) 2 N (s) s 12 s K
可得系统在单位阶跃扰动作用下的稳态误差
于是，当K分别取为100或20时，系统的稳 态误差分别为-0.01和-0.05。
1 essn () lim sEn ( s ) s 0 K
钻机控制系统在两种增益情况下的响应性能如表所示。
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海底隧道钻机控制系统
该系统设计的目的是选择增益K，使系统对输入角度的 响应，并且使扰动引起的稳态误差较小。
该钻机控制系统采用了比例-微分（PD）控制。应用 梅森增益公式，可得在R(s)和N(s)作用下系统的输出为
K 11s 1 C (s) 2 R( s) 2 N (s) s 12 s K s 12 s K
-
的扰动影响很小，但 系统阶跃响应的超调 C(t) 量偏大。
时间(s)
若K=20，可得系统对单位阶跃输入与单位 阶跃扰动的响应曲线，如图所示。
此时系统 响应的超调量较 小，扰动影响不 大，其动态性能 可以满足工程要 求。
K=20时的单位阶跃下响应（蓝线） 及单位阶跃扰动响应(绿线)
由于该钻机控制系统为Ⅰ型系统，因此在单位 阶跃输入作用下的稳态误差 essr(∞)=0 当r(t)=0，n(t)=1(t)时，系统的误差信号
增益 单位阶跃 单位阶跃输 单位阶跃 单位阶跃 K 输入下超 入下调节时 输入下稳 扰动下稳 调量 间（Δ=2%） 态误差 态误差
100
20
表
22%
3.86%
0.66s
0.91s
0
0
-0.01
-0.05
钻机控制系统在两种增益情况下的响应性能
由表3-6可见，应取K=20。
海底隧道钻机控制系统设计小结： 1. 工程背景及设计要求；