《计算机控制》课程设计.ppt

1、计算机控制课 程 设 计,一、课程设计的目的和意义 二、内容和要求 三、设计要求 四、时间分配 五、对学生的基本要求 六、课程设计检查 七、课程设计计算说明书（论文）撰写规范 八答辩 九、考核方式及成绩评定 十. 教材及参考教材,一、课程设计的目的和意义 巩固与综合专业基础知识和相关专业课程知识 掌握控制系统仿真研究方法 学习与理解计算机控制系统的构成原理、接口电路与应用程序 提高运用理论知识解决实际问题的实践技能 培养独立自主、综合分析的思维与创新能力 通过资料搜集、方案分析、系统设计与报告撰写的一系列过程，得到一次科学研究工作的初步训练,二、内容和要求,以实际生产设备为被控对象，采用微型机

2、、单片机、PLC等作为控制器，从系统配置、硬件及软件入手，设计一套计算机控制系统的主要部分。要求应用所学知识，掌握计算机控制系统的硬件设计方法和基本的应用软件开发方法。通过该课程设计，培养学生综合运用所学知识完成计算机控制系统设计的能力。,控制系统的自动化设备,二、内容和要求,1根据课程设计任务书的被控对象的模型特征及控制品质要求，选择控制形式，说明该控制系统的工作原理，并画出控制系统原理结构图，根据每个组成部件的工作原理写出其传递函数。 从系统构成上考虑，是采用开环控制还是闭环控制。 考虑执行机构采用什么方案，是采用电机驱动、液压 驱 动还是其他方式驱动，比较各种方案，择优而用。 考虑是否有

3、特殊控制要求。,二、内容和要求,2数字控制器的设计思想；模拟调节器的离散化方法；PID数字控制器的基本算法及改进算法；采样周期的选择、PID参数整定方法；大惯性、纯滞后对象的数字控制方法。用仿真工具MATLAB进行参数整定。并包括以下内容： 元部件选择计算；根据性能指标选择系统开环放大系数； 由控制器结构参数和开环放大系数，确定算法能否满足控制速度、精度和系统稳定性的要求。 用MATLAB仿真设计控制器U(z) 将控制算法作合理的简化，逐步将控制算法完善，直到获得最好的控制效果。,二、内容和要求,3掌握I/O接口和I/O通道的构成、工作原理、典型电路及与系统连接的基本知识。根据系统功能要求和考

4、虑系统配置，估计存储器容量和地址分配；考虑模拟量输入和输出通道的结构，中断源及中断方式进行软硬件设计；并绘制出硬件原理图，最后在单片机系统上模拟调试，并分析验证选用的合理性。 （1）系统操作性能要好 （2）通用性好、便于扩充 （3）可靠性要高 （4）硬件设计主要采用集成电路。,二、内容和要求,4实时软件(包括管理软件及控制应用软件) 的设计、 编制与调试，包括实时控制管理程序，输入输出通道(如A/D、D/A通道等) 管理程序，控制应用程序(控制算法、报警等) ，人-机界面程序(包括参数输入、结果显示程度等) 。编程语言可根据实际情况选用C语言或汇编语言(通常在选用PC机为控制机时可采用C语言)

5、 ； 将任务和功能合理地分配给硬件和软件来实现，合理权衡硬件、软件的配置，并尽量节省机器时间和内存空间。,二、内容和要求,5计算机控制系统集成，包括系统各组成部件的正确连接，模拟部件及传感器工作状态、参数设置，系统反馈通道的连接等； （1）较完善的中断系统 （2）足够的存储容量 （3）完备的输入输出通道和实时时钟 （4）字长 （5）速度 （6）指令种类和数量 （7）寻址范围和寻址方式 （8）内部存储器的种类和数量,二、内容和要求,6计算机控制系统的调整与性能测试，在系统集成的条件下，测试系统的时域(或频域) 响应，检查系统性能是否满足指标要求。如若不满足要求，应根据测试结果，适当调整控制器有关

6、参数或改变放大系数，使系统性能满足绘定的指标要求，并最后记录相关的性能指标。 把已调好的各程序功能块按照总体设计要求连成一个完整的程序。程序调试完成后，还要进行在线仿真，然后进行试运行。经过一段考机和试运行后，即可投入正式运行。,二、内容和要求,7撰写课程设计的技术报告，应将课程设计全部分析、计算、设计、仿真、调试的结果，进行系统的总结，分章节撰写成文。报告中应书写工整，图表齐全，对调试结果应有分析说明。,三、设计要求,（1）掌握计算机控制系统的分析和设计的基本方法。完成系统电气原理图的绘制，主要程序框图的绘制，完成一份15页左右的设计说明书。 （2）对设计中遇到的问题，能够通过独立思考、查阅

7、文献和互相讨论的方式解决，从而进一步提高自学能力和独立分析问题、解决问题的能力。 （3）通过工程设计训练和实践，树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风，并培养学生在实际工作中应具有的生产观点，经济观点和全局观点。,四、时间分配,第一阶段：根据课程设计指导书与任务书，复习有关知识，收集文献资料，设计系统框图。20% 第二阶段：理论分析、计算，以及数字仿真。 20% 第三阶段：硬件等选型，细划与设计、绘出各部分接口电路图，完成主要程序框图绘制。20% 第四阶段：程序编制调试。20% 第五阶段：整理、撰写设计说明书及验收答辩。20%,五、对学生的基本要求,（1）严肃认真、独立完成自己的任务，对有

8、抄袭他人设计图纸（论文）或找他人代画设计图纸、代做论文等行为的弄虚作假者一律按不及格记成绩，根据学校有关规定给予处理。 （2）注意培养创新意识和工程意识。 （3）概念清楚，结构设计合理，数据可靠，软件程序运行良好，绘图符合标准，论文撰写规范。 （4）遵守学习纪律，遵守作息时间，每天出勤不少于7小时。擅自不上课者，均按旷课论处。 （5）爱护公物，搞好环境卫生，保证设计室整洁、安静。严禁在设计室内玩游戏等娱乐活动，严禁吸烟。,六、课程设计检查,1每日检查：整个课程设计进行过程，随时对学生的课程设计工作进行情况和设计质量进行检查，发现问题及时解决。 2答辩检查：是否按设计任务书完成全部工作；设计图纸

9、是否合格，实验结果和程序运行是否正确；说明书（或论文）撰写是否规范。,七、课程设计计算说明书（论文）撰写规范,1格式：说明书（或论文）打印，正文小四号字，16开纸，上下各留20 mm，左15 mm右20 mm，左装订。 2结构及要求 （1）封面：题目、院系、班级、姓名、指导教师及时间。 （2）任务书 （3）摘要、关键词：摘要是论文内容的简短陈述，不超过400字。关键词应为反映论文主题内容的通用技术词汇，一般为4个左右，一定要在摘要中出现。 （4）目录：要层次清晰，要给出标题及页码，目录的最后一项是无序号的“参考文献资料”。 （5）正文：按目录中编排的章节依次撰写，要求计算正确，论述清楚，文字简

10、练通顺，插图简明，书写整洁。文中图、表及公式统一编号。 （6）参考文献（资料）：课程设计中真正阅读过和运用过的，文献按照在正文中的出现顺序排列。,八答辩,课程设计资料审查通过后，方可参加答辩，答辩中学生须报告自己设计的主要内容，并回答提问的34个问题或回答考签上提出的问题。每个学生答辩时间约10分钟。答辩结束后，按照学校的规定，确定学生的答辩成绩,九、考核方式及成绩评定,由平时检查、提问抽查与说明书质量（答辩）等几方面结合起来考虑：学习与设计态度的认真性，课堂知识理解掌握的深入程度，软件应用的熟练程度，设计方案的正确性或合理性，图文的质量效果，是否独立完成，是否具有独立分析解决问题的能力和创新

11、精神等。 课程设计成绩采用五级(优、良、中、及格、不及格)评分制。,十. 教材及参考教材,1.计算机控制系统李正军编著机械工业出版社 2005 2.计算机控制系统 郭锁凤主编，航空工业出版社 3.微型计算机原理姚燕南主编，西安电子科技大学出版社 4.计算机控制原理及应用，张晋格,王卓军编著，电子工业出版社 1995.9 5.过程计算机控制系统 尹绍清主编，西北工业大学出版社 6.MCS-51系列单片微型计算机及其应用,课程设计题目,题目一 某混合器出口温度控制系统如图所示。被控对象可以用二阶环节近似 ，通过试验可知其对象特征参数分别为K15，K21，Kd0.85.4，T15min，T 22.5

12、min。工艺要求出口温度为85，最大变化范围不超过士1.5，设计能够达到控制要求的温度计算机控制系统，且显示精度为0.1，具有报警保护功能。,课程设计题目,题目一,（a）控制系统 （b）方框图混 合 器 温 度 控 制 系 统 及 方 框 图,课程设计题目,题目二 某电热水器的连续温度控制系统方框图如图所示，其中广义对象经过阶跃响应试验，从测试曲线可知可以用一阶惯性环节近似 ，求得对象特征参数分别为其中K15.4，Kd0.85.4，T1=5min，现要进行改进用计算机控制系统代替原有系统，设计相应系统要求稳态偏差士1；显示精度为0.1 ，具有报警保护功能。,课程设计题目,题目二,热 水 器 温

13、 度 控 制 系 统,课程设计题目,题目三 某水槽液位控制系统如图所示，已知对象的结构参数为：F=1000cm2，R0.03scm2。工艺要求水位稳定在30 cm，最大变化范围不超过士2 cm，设计能够达到控制要求的水位计算机控制系统，显示精度为0.1 cm，具有报警保护功能。,课程设计题目,题目三,水槽液位控制系统,课程设计题目 题目四,通过精馏操作可以将华混合物分离成较纯组分的产品，为保证产品分离纯度要求塔釜温度偏差士1.5。将塔釜温度作为被控参数，将为再沸器提供热量的蒸汽流量作为操纵变量。则单回路控制系统塔釜温度有10的最大偏差，不能满足工艺要求。因蒸汽的压力变化激烈、幅度很大，有时从5

14、00kPa突然下降到300kPa，幅度波动达到40。改为串级控制系统，将蒸汽流量作为副变量，把蒸汽压力的干扰包括在副回路中。副调选P，主调选择PID。若试验测得蒸汽流量改变输出为塔釜温度时对应的广义对象传函为 ，副对象的广义对象传函为 ，设计相应的计算机串级控制系统，且显示精度为0.1，具有报警保护功能。,课程设计题目,题目四,精馏塔温度-流量串级控制系统,课程设计题目,题目五 催化剂评价装置是检测催化剂活性的装置。要求流程中的气体流量、比值和催化剂床层温度符合规定标准。催化剂的活性与温度有直接的关系，如图所示为一中变催化剂活性检测温度要求氧化碳中变催化剂活性检测时催化剂床层温度要求实现的程序段,它由不同速率的升、降温及恒温段组成。,课程设计题目 题目五,因催化剂加热炉体积大,其中又填充了均热体,造成炉子的热容量大,温度响应速度很慢,时