自动控制综合设计题目10级

1、自动控制综合设计指导老师：殷时蓉/杜军一、X-Y数控工作台控制器设计 X-Y数控工作台是许多机电一体化系统的基本部件，如数控车床的纵-横向进刀机构，数控铣床和数控钻床的X-Y工作台，激光加工设备的工作台，电子元件表面贴装设备等。 模块化的X-Y数控工作台，通常有导轨坐、移动滑块、工作平台、滚珠丝杠螺母副，以及伺服电动机等部件构成。其外观如图所示。 伺服电动机作为执行机构来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠的螺母带动滑块和工作平台在导轨上运动，完成工作台在X、Y方向的直线运动。一、X-Y数控工作台控制器设计设计任务： 设计一种供立式数控铣床使用的X-Y数控工作台的控制器 ，执行电机为步进电机。工作台主要参数

2、如下：（1）立铣刀最大直径 d=15mm（2）立铣刀齿数 z=3 （3）最大铣削宽度为ae=15mm （4）最大背吃刀量ap=8m （5）加工材料为碳素钢或有色金属 （6）X、Y方向的脉冲当量为x=y=0.005mm/脉冲 （7） X、Y方向的定位精度均为0.01mm （8）工作台面尺寸为230mm230mm，加工范围为250mm250mm; （9）工作台空载最快移动速度vxmax=vymax=3000mm/min （10）工作台进给最快移动速度vxmaxf=vymaxf=400mm/min 一、X-Y数控工作台控制器设计 根据工作台的参数和机械传动部件，最后计算得到所选步进电机为 110BF

3、003，电机参数为: 相数：3 步距角：0.75/1.5o 输入电压：80V 电流：6A 最大静转矩7.84N.m 空载起动频率：1800Hz 空载运行频率：20000Hz 转动惯量：5.5kg.cm2 步进电机工作方式为三相六拍一、X-Y数控工作台控制器设计设计要求： 画出控制系统的电路图，用汇编或Keil C写出控制程序 二、PWM波直流电机速度调节系统二、PWM波直流电机速度调节系统 设计任务：1.假设直流电机和PWM控制与变换器传递函数如图所示，用最少拍方法设计直流电机调速系统的数字控制器D(z),并用程序实现。2.用8051系列单片机实现数字控制器。要求画出控制电路图，用汇编或Kei

4、l C写出控制程序。三、Bode 图法控制系统设计-串联滞后校正设计任务： 设被控对象的传递函数为 设计要求：（1）开环增益Kv=20（2）频率裕量=70o，（3）对此控制器进行离散化，并用计算机程序实现（划出流程图）（4）用Matlab对系统进行仿真，分析系统的阶跃响应)5(10)(0sssG四、锅炉设备加工系统 锅炉设备加工系统是用来为锅炉锅筒钻孔的设备，用于在焊接成锅筒前的钢板上按规定的位置和孔径自动钻孔。加工过程为：钻孔加工，刀架移动，锅筒旋转三个部分。钻孔加工由动力头实现，分快进、工进、快退三种工况。（1）刀架移动的脉冲当量为x=50mm/脉冲（2）锅筒旋转的脉冲当量为y=15o/脉

5、冲（3）锅筒长为2300mm， （4）刀架移动最快移动速度vxmax=300mm/min 四、锅炉设备加工系统 设计任务：1.要求可进行手动和自动两种操作方式。每加工完一个孔，做累加计数。2. 刀架移动实现钻孔定位（X轴方向），由步进电机驱动，分左移、右移两种运动方向。锅筒旋转由独立的驱动系统驱动，以实现孔位的Y轴方向定位。用8051系列单片机控制步进电机。要求画出控制电路图，用汇编或Keil C写出控制程序。3.每次加工，要求动力装置从零位开始进入工作位置，依次钻孔加工。每完成一排的钻削工作，锅筒转动一个角度。依次类推，直到加工结束。四、锅炉设备加工系统4. 此系统中根据机械结构，选择的步进

6、电机为：90BF001，电机参数为: 相数：4 步距角：0.9o 输入电压：180V 电流：7A 最大静转矩3.92N.m 空载起动频率：2000Hz 空载运行频率：8000Hz 步进电机工作方式为四相八拍 五、晶闸管直流电机速度调节系统典型直流伺服电动机控制数学模型典型直流伺服电动机控制数学模型直流电机的调速方式直流电机的调速方式由于直流伺服电机的机械特性方程为：由于直流伺服电机的机械特性方程为：TCCRCUn2teec式中，式中，UC 电枢控制电压；电枢控制电压；R 电枢回路电阻；电枢回路电阻； 每极磁通；每极磁通；Ce、Ct分别为电动机分别为电动机的结构常数。的结构常数。 由此，直流伺服

7、电机的控制方式如下：由此，直流伺服电机的控制方式如下：五、晶闸管直流电机速度调节系统DW(z)D(z)seTs1Wrekyukuy图 晶闸管直流电机速度调节系统框图晶闸管电机速度测量环节五、晶闸管直流电机速度调节系统 设计任务：1.假设直流电机和晶闸管整流装置的传递函数如图所示，用最少差拍方法设计直流电机调速系统的数字控制器D(z),并用程序实现。2.用8051系列单片机实现数字控制器。要求画出控制电路图，用汇编或Keil C写出控制程序。DW(z)D(z)seTs16s512sWxekyukuy图2 晶闸管直流电机速度调节系统简化框图1s2六、Bode 图法控制系统设计-串联超前校正设计任务

8、： 设被控对象的传递函数为 设计要求：（1）开环增益Kv=1000（2）频率裕量=45o，（3）截止频率c=165rad/s，20lgKg15dB（4）对此控制器进行离散化，并用计算机程序实现（划出流程图）（5）用Matlab对系统进行仿真，分析系统的阶跃响应) 11 . 0)(1001. 0(K)(0ssssG七 立体仓库存储系统控制器设计自动化立体仓库也称立库，是在不直接进行人工参与的情况下自动化立体仓库也称立库，是在不直接进行人工参与的情况下自动地存储和取出物料的系统，采用高层货架存储货物，用专自动地存储和取出物料的系统，采用高层货架存储货物，用专门的仓储作业设备进行货物出入库作业。其具

9、体功能是：在接门的仓储作业设备进行货物出入库作业。其具体功能是：在接收工位接收送料单元送来的工件，按照工件信息而自动运送至收工位接收送料单元送来的工件，按照工件信息而自动运送至相应仓位，并将工件推入立体仓库指定位置存储。相应仓位，并将工件推入立体仓库指定位置存储。控制器每发控制器每发出一个脉冲，步进电机转动一个步距角度，出一个脉冲，步进电机转动一个步距角度，X轴步进电机带动轴步进电机带动X轴丝杆做左右直线运动或轴丝杆做左右直线运动或Z轴步进电机带动轴步进电机带动Z轴丝杆做上下直轴丝杆做上下直线运动，实现载物台的上、下、左、右运动。线运动，实现载物台的上、下、左、右运动。通过控制通过控制X轴、轴

10、、Z轴步进电机的脉冲个数，就可以控制载物台在轴步进电机的脉冲个数，就可以控制载物台在X轴、轴、Z轴上移轴上移动的距离，实现载物台在动的距离，实现载物台在XZ轴平面的精确定位，从而把物轴平面的精确定位，从而把物体放到仓库的指定位置。体放到仓库的指定位置。七 立体仓库存储系统控制器设计设计任务： 设计一种立体仓库存储系统控制器，执行电机为步进电机，控制器采用单片机或者PLC。仓库主要参数如下： （1）X、Z方向的脉冲当量为x=z=0.5mm/脉冲 （2）仓库尺寸为230mm230mm， （3）工作台空载最快移动速度vxmax=vzmax=3000mm/min 选用四相步进电机42J1834-810

11、，42J1834-810步进电机步距角为1.8o，即在无细分的条件下，200个脉冲使步进电机转一圈（2001.8=360o） 设计任务：在matlab的窗口输入命令powerlib，进入电力系统simulink九、根轨迹法控制系统设计-串联超前校正设计任务： 设被控对象的传递函数为 设计超前校正环节，要求：（1）校正后的系统的静态速度误差系数为Kv4.6，（2）闭环主导极点满足阻尼比0.2（3）自然振荡角频率n=12.0rad/s（4）对此控制器进行离散化，并用计算机程序实现（划出流程图）（5）用Matlab对系统进行仿真，绘制校正前后系统的单位阶跃响应曲线、单位脉冲响应曲线和根轨迹) 115

12、. 0)(12 . 0(2.3)(0ssssG十、退火炉温度控制系统 被控对象为退火炉温度（系统输出y）。燃料为煤气。改变煤气阀门的位置改变煤气的流量，从而改变炉内的温度。炉温由热电偶检测，热电偶的输出信号为0-10mA。单片机根据系统的给定温度和炉内的实际温度求出系统偏差e，再利用PID算法或达林算法求出控制器的输出uk，uk经D/A变换器后变为模拟量控制阀门的开度，从而控制炉内温度。十、退火炉温度控制系统变送器CC4051多路选择开关8051单片机DAC0832ADC0809AD转换器0-10mA退火炉煤气热电偶打印机，键盘，显示放大器0-5V500欧UkDW(z)D(z)seTs11)(10sKesGLTsDADC(s)CC4051信号调理变送器热电偶Wxekyukuy图1 退火炉温度控制系统框图DW(z)D(z)seTs11)(10sKesGLTsWxekyukuy图2 退火炉温度控制系统简化