[高等教育]毕业设计的材料.doc

2011届本科生毕业设计资料第一部分 过程管理资料2011届毕业设计课题任务书院(系)：湖南工学院 电气与信息工程系 专业：自动化 指导教师李建军学生姓名王轶浩课题名称基于单片机的PID控制直流电机内容及任务通过分析直流电机的工作原理和特点，建立相应的数学模型，熟悉PID控制器的控制原理，在此基础上设计PID的控制算法，构成相应的控制器。学会使用MATLAB中的Simulink对数学模型的仿真，在该软件中进行仿真，得到能稳定控制直流电机的PID控制器。主要内容为：直流电机的数学建模基于单片机的PID控制策略仿真程序及分析拟达到的要求或技术指标要求对直流电机进行精确的数学建模分析基于单片机的PID控制策略，选择适当的控制算法学习使用仿真工具MATLAB对直流电机进行MATLAB仿真分析得到对直流电机稳定控制的PID控制器设计技术指标 稳态性能指标：调速范围D，静差率s15% 动态性能指标：超调量，上升时间，调节时间进度安排起止日期工作内容3.5-4.1毕业实习，收集资料、熟悉毕业论文课题4.2-4.8制定论文研究思路4.9-4.15数学建模，进行分析4.16-4.22熟悉PID控制器，熟悉MATLAB中的Simulink仿真工具4.23-5.6进行基于单片机的PID控制分析5.7-5.27进行控制仿真分析，在仿真的结果上得出控制方案5.28-6.10编写毕业论文，进行论文总结、准备答辩，毕业论文答辩主要参考资料1. 唐介电机与拖动 高等教育出版社，20072. 王成元等电机现代控制技术 机械工业出版社，20063. 胡寿松自动控制原理 科学出版社，20074. 刘金琨先进PID控制MATLAB仿真 电子工业出版社，20045. 周品等MATLAB 数值分析 机械工业出版社，20096. 周渊深交直流调速系统与MATLAB仿真中国电力出版社，20077. Ziegler JG and Nichols NBOptimum Settings for automatic controllers.Trans.ASME,19428. Voda Aand Landau L D. A method for the auto-calibratioa of PIDcontrollers.Automatic，1995（1）9. Prashant Mhaskarand Panagiotis D. ChristodesA Method for PID Controller Tuning UsingNonlinear Control TechniquesWiley InterScience，2005教研室意见签名：年 月 日院(系)主管领导意见签名：年 月 日（2011届）本科生毕业设计开题报告学 院、系： 电气与信息工程系 专 业： 自动化 学 生 姓 名： 王轶浩 班 级： 自本0702 学号 410070206 指导教师姓名： 李建军 职称 教授 最终评定成绩： 2011年4月题目：基于单片机的直流电机的PID控制1结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写15002000字左右的文献综述。直流电机具有良好的运行和控制特性，长期以来，直流调速系统一直占据着垄断地位。近年来交流调速系统发展很快，并有望在不太长的时间内取代直流调速系统。但就目前而言，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式。因此在某些场合，例如轧钢、矿山采掘、纺织、造纸等，化学工业的电镀、电解等设备，直流电焊机和某些大型同步电机的励磁电源以及有些移动运输机械，在需要高性能调速的场合或缺少交流电源时其所需要的直流电源仍然使用直流电机。目前的直流电机发展现状呈现如下特点：（1） 一批具有一定规模和实力的直流电机企业已经涌现；（2） 直流电机新产品开发能力不断提升，拥有一大批自主知识产权；（3） 直流电机零部件专业化生产水平不断上升；（4） 专业设备制造水平有较大提高。随着现代步伐的加快，人们生活水平的不断提高，对自动化的需求也越来越高，直流电机的应用领域也不断扩大，例如，军事和宇航方面的雷达天线，火炮瞄准，惯性导航，卫星姿态，飞船光电池对太阳的跟踪等控制；工业方面的各种加工中心，专业加工设备，数控机床，工业机器人，塑料机械，印刷机械等设备的控制；计算机外围设备和办公设备中的各种磁盘驱动器，绘图仪，打印机等设备的控制；音响设备和各种家用电器等的控制。目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。控制器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。不同的控制系统，其传感器、变送器、执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器，电加热控制系统的传感器是温度传感器。运动控制系统中，电机转速控制占有至关重要的作用，其控制算法和手段有很多，模拟PID控制是最早发展起来的控制策略之一，长期以来形成了典型的结构，并且参数整定方便，能够满足一般控制的要求，但由于在模拟PID控制系统中，参数一旦整定好后，在整个控制过程中都是固定不变的，而在实际中，由于现场的系统参数、温度等条件发生变化，使系统很难达到最佳的控制效果，因此采用模拟PID控制器难以获得满意的控制效果。随着计算机技术与智能控制理论的发展，数字PID技术渐渐发展起来，它不仅能够实现模拟PID所完成的控制任务，而且具备控制算法灵活、可靠性高等优点，应用面越来越广。2选题依据、主要研究内容、研究思路及方案。（1） 选题依据如何对直流电机系统进行改善控制，多年来，现代控制理论的发展为这个问题提供了丰富的解决方法。我国关于数字直流调速系统的研究主要有：综合性的最优控制，补偿PID控制，PID优化算法控制，也有的只应用模糊控制技术。这些先进的控制系统设计中掌握和运用的方法只有PID控制比较简单。并且PID控制研究有重要的理论和实际意义，因此，PID控制直流电机也成为了控制理论中历久不衰的研究课题。纵观自动控制领域的现状，仍然是理论成果丰硕，但在实际现场中运行的控制系统仍然有超过90%的是PID控制器。在实际控制领域，有许多研究者认为“PID控制器往往并不比先进控制器差”。目前，已经看到了多种先进的控制系统在电机方面成功应用的报道,但是很难看到采用常规PID控制直流电机的报道。而且还听到“用常规PID控制直流电机没有研究意义”的说法。那么，究竟是否可以确认“PID控制直流电机没有意义”的结论成立呢？（2） 主要研究内容直流电机的数学建模直流电机的PID控制策略PID控制直流电机仿真程序及分析（3） 研究思路及方案对直流电机进行认识，查阅资料了解直流电机的发展研究现状对直流电机进行数学建模对PID控制及仿真工具MATLAB中的Simulink进行熟悉和掌握应用对直流电机模型进行PID控制分析对PID控制的直流电机进行仿真并分析结论（4） 主要参考资料1. 唐介电机与拖动 高等教育出版社，20072. 王成元等电机现代控制技术 机械工业出版社，20063. 胡寿松自动控制原理 科学出版社，20074. 刘金琨先进PID控制MATLAB仿真 电子工业出版社，20045. 周品等MATLAB 数值分析 机械工业出版社，20096. 周渊深交直流调速系统与MATLAB仿真中国电力出版社，20077. Ziegler JG and Nichols NBOptimum Settings for automatic controllers.Trans.ASME,19428. Voda Aand Landau L DA method for the auto-calibratioa of PIDcontrollers.Automatic，1995（1）9. Prashant Mhaskarand Panagiotis D. ChristodesA Method for PID Controller Tuning UsingNonlinear Control TechniquesWiley InterScience，20053工作进度及具体安排。第1，2，3，4周，毕业实习，收集资料、熟悉毕业论文课题；第5，6周，制定论文研究思路，写开题报告；第7周，直流电机数学建模，进行分析；第8周，熟悉PID控制器，熟悉MATLAB中的Simulink仿真工具；第9周，编写程序整定PID的参数，并进行课题的分析；第10，11，12周，进行控制仿真分析，在仿真的结果上得出控制方案；第13，14，15周，编写毕业论文，进行论文总结、准备答辩，毕业论文答辩。4指导教师意见。指导教师： 年 月 日本科毕业设计进展情况记录毕业设计题目：基于单片机的直流电机的PID控制 班级：自本0702 学号：410070206 学生：王轶浩 指导教师：李建军 时 间任务完成情况指导教师意见第 1 周至第 4 周完成了毕业实习进行了资料收集熟悉毕业论文课题指导教师签名： 年 月 日第 5 周制定了论文研究思路指导教师签名： 年 月 日第 6 周至第 7 周完成了直流电机的数学建模进行了系统控制性能分析熟悉了PID控制器的有关知识熟悉了MATLAB中的Simulink仿真工具和M函数分析指导教师签名： 年 月 日第 8 周至第 9 周进行了基于单片机的PID控制直流电机的分析指导教师签名： 年 月 日第 10 周至第 12 周进行了控制仿真分析在仿真的结果上得出了控制方案指导教师签名： 年 月 日第 13 周至第 15 周编写了毕业论文进行了论文总结、准备答辩指导教师签名： 年 月 日 湖南工学院毕业设计(论文)工作中期检查表题目基于单片机的PID控制直流电机学生姓名王轶浩班级学号410070206专业自动化指导教师填写学生开题情况学生调研及查阅文献情况毕业设计（论文）原计划有无调整学生是否按计划执行工作进度学生是否能独立完成工作任务学生的英文翻译情况学生每周接受指导的次数及时间毕业设计（论文）过程检查记录情况学生的工作态度在相应选项划“”认真一般较差尚存在的问题及采取的措施：指导教师签字： 年 月 日系部意见： 负责人签字：年 月 日湖南工学院2011届毕业设计（论文）指导教师评阅表 系： 电气与信息工程 专业：自动化 学生姓名王轶浩学 号410070206班 级自本0702专 业自动化指导教师姓名李建军课题名称基于单片机的PID控制直流电机评语：（包括以下方面，学习态度、工作量完成情况、材料的完整性和规范性；检索和利用文献能力、计算机应用能力；学术水平或设计水平、综合运用知识能力和创新能力；）是否同意参加答辩：是 否指导教师评定成绩分值：指导教师签字： 年 月 日 毕业设计评阅教师评阅表题目基于单片机的PID控制直流电机学生姓名王轶浩班级学号410070206专业自动化评阅教师姓名陆秀令职称副教授工作单位湖南工学院评分内容具 体 要 求总分评分开题情况调研论证能独立查阅文献资料及从事其他形式的调研，能较好地理解课题任务并提出实施方案，有分析整理各类信息并从中获取新知识的能力。10外文翻译摘要及外文资料翻译准确，文字流畅，符合规定内容及字数要求。10设计质量论证、分析、设计、计算、结构、建模、实验正确合理。35创新工作中有创新意识，有重大改进或独特见解，有一定实用价值。10撰写质量结构严谨，文字通顺，用语符合技术规范，图表清楚，书写格式规范，符合规定字数要求。15综合能力能综合运用所学知识和技能发现与解决实际问题。20总评分评阅教师评阅意见评阅成绩总评分20%评阅教师签名日期湖南工学院2011届毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表 系：电气与信息工程 专业：自动化学生姓名王轶浩学号06班级自本0702答辩日期课题名称基于单片机的PID控制直流电机指导教师成 绩 评 定分值评 定小计教师1教师2教师3教师4教师5课题介绍思路清晰，语言表达准确，概念清楚，论点正确，实验方法科学，分析归纳合理，结论严谨，设计（论文）有应用价值。30答辩表现思维敏捷,回答问题有理论根据，基本概念清楚，主要问题回答准确大、深入,知识面宽。必答题40自由提问30合 计100答 辩 评 分分值：答辩小组长签名：答辩成绩a： 40指导教师评分分值：指导教师评定成绩b： 40评阅教师评分分值：评阅教师评定成绩c： 20最终评定成绩： 分数： 等级：答辩委员会主任签名： 年 月 日说明：最终评定成绩a+b+c，三个成绩的百分比由各系自己确定，但应控制在给定标准的10左右。2011届本科生毕业设计资料第二部分 设计说明书英文翻译资料PID (proportional integral derivative) control is one of the earlier control strategies. Its early implementation was in pneumatic devices, followed by vacuum and solid state analog electronics, before arriving at todays digital implementation of microprocessors. It has a simple control structure which was understood by plant operators and which they found relatively easy to tune. Since many control systems using PID control have proved satisfactory, it still has a wide range of applications in industrial control. According to a survey for process control systems conducted in 1989, more than 90 of the control loops were of the PID type. PID control has been an active research topic for many years. Since many process plants controlled by PID controllers have similar dynamics it has been found possible to set satisfactory controller parameters from less plant information than a complete mathematical model. These techniques came about because of the desire to adjust controller parameters in situ with a minimum of effort, and also because of the possible difculty and poor cost benet of obtaining mathematical models. The two most popular PID techniques were the step reaction curve experiment, and a closed-loop“c