自动控制综合设计题目10级

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、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KeilC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γ=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δx=50mm/脉冲（2）锅筒旋转的脉冲当量为δy=15o/脉冲（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、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γ=45o，（3）截止频率ωc=165rad/s，20lgKg≥15dB（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，