综合课程设计题目级

综合课程设计一、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δx=δy=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230mm×230mm，加工范围为250mm×250mm;

（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110BF003，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KeilC写出控制程序

二、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。二、炉温度控制系统二、炉温度控制系统设计任务1.退火炉温的控制范围400-1000oC2.如果被控对象（包括放大器、调节阀和加热炉）的传递函数为，

采样周期T=0.5s，请设计PID算法或达林算法实现对系统的控制。要求超调小于10%，稳态误差为0。3.画出控制系统的电路图，用汇编或KeilC写出控制程序三、PWM波直流电机速度调节系统三、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KeilC写出控制程序。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。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KeilC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：式中，UC—电枢控制电压；R—电枢回路电阻；

Φ—每极磁通；Ce、Ct—分别为电动机的结构常数。由此，直流伺服电机的控制方式如下：（1）调压调速（变电枢电压，恒转矩调速）（2）调磁调速（变励磁电流，恒功率调速）（3）改变电枢回路电阻调速五、晶闸管直流电机速度调节系统五、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KeilC写出控制程序。六他励直流电动机开环调速系统仿真

设计任务：仿真晶闸管-整流电动机开环调速系统，采用三相桥式整流电路,分析电动机在全压起动和启动后加载额定负载时电动机的转速、转矩和电流的变化。系统参数如下：（1）整流器内阻Rrec=1.3Ω。（2）平波电抗器Lp=200mH。（3）直流电动机额定参数UN=220V，IN=136A，nN=1460r/min，p=2，Ra=0.21Ω