自动控制综合设计题目级PPT课件

.,1,自动控制综合设计,指导老师：殷时蓉/杜军,.,2,一、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。,.,3,.,4,一、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,.,5,一、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,.,6,一、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,.,7,二、PWM波直流电机速度调节系统,.,8,.,9,二、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KeilC写出控制程序。,.,10,三、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,.,11,四、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/脉冲（3）锅筒长为2300mm，（4）刀架移动最快移动速度vxmax=300mm/min,.,12,四、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。,.,13,四、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,.,14,五、晶闸管直流电机速度调节系统,.,15,典型直流伺服电动机控制数学模型,.,16,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；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,.,17,五、晶闸管直流电机速度调节系统,.,18,五、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。,.,19,六、Bode图法控制系统设计-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,.,20,七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X轴丝杆做左右直线运动或Z轴步进电机带动Z轴丝杆做上下直线运动，实现载物台的上、下、左、右运动。通过控制X轴、Z轴步进电机的脉冲个数，就可以控制载物台在X轴、Z轴上移动的距离，实现载物台在XZ轴平面的精确定位，从而把物体放到仓库的指定位置。,.,21,.,22,七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42J1834-810，42J1834-810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）,.,23,八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=1.3。（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=0.21，GD2=22.5Nm2（4）励磁电压Uf=220V，励磁电流If=1.5A。,.,24,八他励直流电动机开环调速系统仿真,系统电气原理图。,.,25,在matlab的窗口输入命令powerlib，进入电力系统simulink,.,26,九、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,.,27,十、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。,.,28