自动化综合课程设计[1].doc

电子信息与自动化学院 电气工程与自动化系 自动化专业2010级自动化综合课程设计1、 目的自动化综合设计是学生必修的实践环节之一，应使学生较系统的完成自动化系统设计，从选题、方案论证、设计与实现、系统测试、总结报告等基本过程，加深对自动控原理、过程控制、运动控制、测试技术与自动化仪表等相关课程理论知识的分析理解。通过实践引导学生把原理分析与工程设计结合，掌握自动控制系统设计的基本方法和一般规则，提高综合应用能力，培养学生的创新思维和实践能力，为毕业设计打下坚固的基础。1、 培养独立完成一个课题或实际问题的能力2、 培养查阅资料文献手册的能力3、 熟悉元器件类型，掌握合理选取元件的规则4、 锻炼撰写论文和设计报告的能力5、 培养科学的工作作风和严谨务实的态度2、 设计内容本设计的主要内容包括：自主选题、理论设计、调试与仿真、撰写设计报告并答辩等。自主选题。每个题目限两组学生，每组学生不超过3人，鼓励学生单独完成。每组学生可申报5个以下备选题目，根据学生志愿最后确定选题。理论设计包括方案选择、系统设计等。通过调试与仿真，进一步完善设计，使之达到课程设计要求，使其更接近于实际产品。撰写设计总结报告，把理论设计内容，调试过程进行全面总结。小组成员既要分工，又要协作，同一小组成员之间可以相互探讨、协商，可以互相借鉴或参考别人的设计方法和经验，但每个学生必须独立完成设计报告，要有完整的设计资料，独立撰写设计报告，设计报告雷同率超过50%的课程设计考核按不及格处理。最后，通过答辩过程展现课程设计所做的工作。三、设计组织方式课程设计过程采用相对集中方式，以分组为单位集中到实验室进行。配备计算机、相关软件及电子元器件等器材设备。实验室提供常见元器件及设备，其他所需器件应提前通知实验室采购或自行购买。在课程设计过程中，实训教学课堂化，严格考勤制度，在课程设计期间累计旷课达到10学时，取消考核资格。需要外出查找资料，购买电子元件时，必须向指导老师请假，经同意后方可外出。四、 设计题目1、 双闭环直流电机调速系统电流环模拟PI调节器（张莲）l 电机对象参数测量；l 电流环、转速环PI参数设计；l 以运算放大器为核心器件设计并实现电流比较器及PI运算硬件电路。2、 双闭环直流电机调速转速环数字PID调节器（张莲）l 电机对象参数测量；l 电流环、转速环PI参数设计；l 以A/D转换器和单片机为核心器件设计并实现转速信号采集和数字PI运算。3、 风机远程报警控制系统设计（张俊）l 对远程风机的运转状态进行监控报警控制；l 设计远程数据无线传输的方案；l 进行系统设计，收集相关的试验数据。4、三相异步电机变频调速实验(刘成军)l 以三相异步电机为研究对象，研究空间矢量PWM产生原理；l 测取空间矢量PWM波形；l 进行开环控制实验，收集相关的实验数据。5、方波频率偏移控制（刘成军）l 产生方波信号；l 完成电路并搜集实验数据；l 进行开环控制实验，收集相关的实验数据。6、 三自由度步进电机逻辑电路控制器（张俊）l 利用逻辑电路器件设计步进电机控制器；l 能对步进电机进行分档调速；l 能实现步进电机的换向控制。7、 供水水塔水位控制系统（刘晓东）l 利用常规继电器设计水塔供水系统的控制系统；l 设置上下控制水位；l 系统能发出水泵驱动电机电源的开关信号。8、 锅炉汽包水位调节系统PID参数整定（张俊）l 以KPS2000软件为模拟锅炉运行平台，设计锅炉汽包水位控制系统方案；l 按工程整定方法将控制系统投入运行状态；l 进行PID参数整定，采用蒸汽负荷以阶跃变化形式施加干扰。整定目标：水位在干扰扰动情况下的暂态过程为4：1衰减过程。9、 热电偶冷端自动补偿温度计（刘晓东）l 选择一常温热电偶，对其作简单的标定；l 利用热电阻设计一自动冷端补偿电路；l 系统工作满足温度计一般要求。10、 气动磨头转速报警控制装置设计（可选择数字逻辑电路方案也可采用单片机）（张俊）l 设计一气动磨头转速测量装置，要求设置气动磨头的高、低报警转速，并发出相应信号；l 依据报警信号，控制调整电机的转向；l 系统满足控制气动磨头的转速工作在要求的速度范围之内。11、 电子秤（张莲）l 利用称重传感器设计测量电路，设计应变片检测电路中的相敏检波器、变换电桥；l 对电子称进行标定；l 系统工作满足电子秤一般要求。12、 光电式速度计（张莲）l 利用光电式传感器设计速度计量系统；l 具有计数功能；l 系统工作满足速度计一般要求。13、 磁电式速度计（张莲）l 利用磁电式传感器设计速度测量系统；l 具有计数功能；l 系统工作满足速度计一般要求。14、 电容数字测量仪(刘晓东)l 设计电容数字测量仪电路，测量并显示电容大小l 测量电容范围为100pF1Fl 系统工作满足电容测量一般要求。15、 数控直流电源设计(刘晓东)l 输出电压：范围09.9V，步进0.1V，纹波不大于10mV，输出电流500mAl 输出电压值由数码管显示l 由“”、“”两键分别控制输出电压步进增减16、 基于单片机的多路数据采集(刘晓东)l 设计八路模拟信号自动采集与数据处理系统；l 以单片机作为下位机， 能够完成模拟电压信号采集和A/D转换，用三位数码管进行显示，要求对通道号和测量值进行显示。17、小型机器人关节角控制(刘成军)l 研究关节控制原理；l 设计关节控制方案；l 完成硬件电路并搜集实验数据。18、小型机器人脚底力采集装置 (刘成军)l 研究脚底力采集装置的工作原理；l 测取脚底受力信号波形；l 完成硬件电路并收集实验数据。19、三相异步电机变频调速实验(刘成军)l 以三相异步电机为研究对象，研究空间矢量PWM产生原理；l 测取空间矢量PWM波形；l 进行开环控制实验，收集相关的实验数据。20、截止频率可选的抗混滤波器的设计（张俊）l 学习抗混滤波器的有关知识和技术；l 设计一套抗混滤波器系统方案；l 完成系统实施硬件电路的设计和调试。21、加热炉炉温控制系统设计（张俊）l 设计加热炉炉温测量系统方案；l 设计炉温控制系统方案；l 完成系统设计和调试。22、智能定时抢答器设计(杨佳）l 几个选手，谁先按下自己手中的按钮，LED显示器SM就会显示相对应的选手号码。l 声控切换按钮和启动抢答开始按钮具有互锁功能，当声控切换按钮开启之后，开始按钮于无效状态，防止主持人在没说“开始”之前就误按了启动抢答按钮。l 抢答器可以进行20秒倒计时，选手必须在20秒之内进行抢答，几个选手，谁先按下自己手中的按钮，LED显示器SM就会显示相对应的选手号码，如果20秒还没有人抢答，那么抢答器自锁，本次抢答无效，按下复位按钮后可继续抢答。23、数字温度计的设计(杨佳）l 设计一个单片机控制的数字温度计，本温度计属于多功能温度计；l 可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。24、超声波测距仪(杨佳）l 以超声波器件设计一超声波辐射强度测量电路；l 标定超声波辐射和距离关系；l 系统工作满足一般测距要求25、双容水箱液位定值控制系统的设计(杨佳）l 分析并建立双容水箱动态数学模型；l 在实际控制系统中验证并分析。五、 进度安排时间项目学时数DAY12013,12,30总体方案设计12HDAY2DAY3软、硬件设计及仿真24HDAY4DAY5DAY6DAY7申领元器件并进行软、硬件调试30HDAY8DAY9DAY10DAY11DAY12撰写设计报告12HDAY13DAY14DAY15答辩与总结6H六、 设计报告设计报告需独立完成，格式符合要求，文字（不含图形、程序）不少于3000字，图形绘制规范。其基本格式如下：l 封面（参见附页）l 摘要l 目录l 正文l 参考文献其中，正文应包括以下内容：1、 概述1、 所做题目的意义2、 本人所做的工作3、 系统主要功能2、 硬件电路设计及描述1、 阐述方案选择及设计思想。针对一种方案来谈，阐述为什么要采用这种方案，它有什么优势；或者提出两种以上方案，通过比较它们的优缺点，确定一种方案。2、 绘制原理框图，描述各功能单元之间的逻辑关系将硬件设计按功能划分若干部分或单元，每一部分用一个方框表示，将各部分之间的逻辑关系用带方向的线连接起来（表示信息流向等）。3、 简述工作原理。结合原理框图，用文字和图形（如波形图等）将工作原理阐述清楚。4、 绘制原理电路图，描述各元器件之间的实际连接关系。电路图要注意详尽。应画出各元器件之间的所有引脚，至少应画出本设计中所使用到的元器件的引脚（包括电源和接地）应画出各元器件之间的所有连接关系（包括电源线，地线的连接，以及电源滤波电容等）；标出所有元器件编号和型号。这里的编号指的是在图中对元器件的编号，如电容编号 C1、C2、；电阻编号 R1、R2、；集成芯片编号 U1、U2、；开关编号 K1、K2、；指示灯编号 LED1、LED2、等。标出所有引脚序号和名称；标出元件的标称值，如电容的容量，电阻的阻值等。画电路图应注意规范，最好用电路CAD软件绘制。另外，若使用课程没有学过的器件，还需对它们的功能进行单独说明。5、 绘制元器件清单列表。元器件清单中应列出数量，如有金额更好。元器件的编号和型号，应与原理电路图一致。3、 软件设计流程及描述1、 绘制系统模块层次结构图软件总体设计方案应遵循结构化程序设计思想，自顶向下，逐步求精。将系统功能划分为多个模块，通过模块层次结构图阐述系统各个组成模块的层次结构和功能关系。2、 程序流程图软件的设计思路用流程图描述可以一目了然。流程图的绘制要力求规范，如处理为矩形框，判断为棱形框等。流程图不易太粗，要能清楚地描述软件思路，并且以文字说明来阐述软件工作原理。3、 源程序代码报告应给出完整的程序清单，并加以注释，个别较重要的程序还要特别加以说明，例如体现关键功能的程序段，使用了某些技巧的程序段，有独到之处或有所创新的程序段等。4、 测试课程设计题目均未给出性能指标要求，需自行测试。要求写出测试方法、测试设备、实测数据，最后给出系统指标。5、 总结以上各部分，硬件电路设计和软件程序设计部分为报告的重点，但并非所有题目都是软硬兼施，应根据实际题目和实际方案来侧重详略。七、 考核方法本课程设计考核方式为考查，考核结果为五级计分制，分数在90100为优秀，8089为良好，7079为中等，6069为及格，59以下为不及格。考核成绩记录表参见附页（封面）。主要包括以下内容1、 设计质量（20分）包括硬件的连接、程序固化、硬件调试（仿真）。要求元器件布局合理，连线规范、整洁、牢固，硬件调试（仿真）符合设计要求，系统运行稳定可靠。2、 创新设计（15分）包括总体方案创新性、硬件设计创新性、软件设计创新性、测试方法创新性。考核时要查看原始设计资料和相关记录，分别进行考核。重点考核扩展部分要求是否完成。3、 报告质量（15分）设计报告须独立完成。格式符合要求，文字不少于3000字，图形、图表、图标规范。4、 平时成绩（20分）主要考核考勤、课堂纪律、学习态度、工作方法等方面。5、 答辩（30分）主要考核问答问题情况，要求思路清晰，语言准确、精炼。对于课程设计中的基本问题、相关的基本知识能够进行解答。其中熟练程度占