自动控制课程设计题目.docx
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自动控制课程设计题目
自动控制课程设计题目
题目一转子绕线机控制系统
设转子绕线机控制系统对应的结构图如图所示，绕线机用直流电机来缠绕铜线，能快速准确地绕线，并使线圈连贯坚固。
采用自动绕线机后，操作人员只需从事插入空的转子、按下启动按钮和取下绕好线的转子等简单操作。
设计控制器
满足如下条件：
1.系统对斜坡输入响应的稳态误差小于10%，静态速度误差系数Kv=10；
2.系统对阶跃输入的超调量在10%左右；
3.按△=2%要求的系统调节时间为3s左右。
要求：
1.分析设计要求，说明控制器的设计思路；
2.详细设计；
3.用MATLAB编程输出仿真结果及图形。
题目二海底隧道钻机控制系统
连接法国和英国的英吉利海峡海底隧道于1987年12月开工建设，1990年11月，从两个国家分头开钻的隧道首次对接成功。
隧道长37.82km，位于海底面以下61m.隧道于1992年完工，共耗资14亿美元，每天能通过50辆列车，从伦敦到巴黎的火车行车时间缩短为3h.
钻机在推进过程中，为了保证必要的隧道对接精度，施工中使用了一个激光导引系统，以保持钻机的直线方向。
钻机控制系统如图所示。
图中C（s）为钻机向前的实际角度，R（s）为预期角度，N（s）为负载对机器的影响。
该系统设计目的是选择增益K，使系统对输入角度的响应满足工程要求，并且使扰动引起的稳态误差较小。
要求：
1.分析设计要求，说明控制器的设计思路；
2.详细设计；
3.用MATLAB编程输出仿真结果及图形。
题目三哈勃太空望远镜指向控制
哈勃太空望远镜于1990年4月14日发射至离地球611km的太空轨道，它的发射与应用将空间技术发展推向了一个新的高度。
望远镜的2.4m镜头拥有所有镜头中最光滑的表面，其指向系统能在644km以外将视野聚集在一枚硬币上。
望远镜的偏差在1993年12月的一次太空任务中得到了大范围的校正。
哈勃太空望远镜指向系统模型经简化后的结构图如图所示
设计目标是选择放大器增益Ka和具有增益调节的测速反馈系数K1，使指向系统满足如下性能：
1.在阶跃指令r（t）作用下，系统输出的超调量小于或等于10%.
2.在斜坡输入作用下，稳态误差较小。
3.减小单位阶跃扰动的影响。
要求：
1.分析设计要求，说明控制器的设计思路；
2.详细设计；
3.用MATLAB编程输出仿真结果及图形。
题目四单位负反馈系统校正
设单位负反馈系统的开环传递函数为
用相应的频率域校正方法对系统进行校正设计，使系统满足如下动态和静态性能：
（1）相角裕度
；
（2）在单位斜坡输入下的稳态误差为
；
（3）系统的剪切频率小于7.5rad/s。
要求：
（1）分析设计要求，说明校正的设计思路；
（2）详细设计；
（3）用MATLAB编程代码及运行结果（包括图形、运算结果）；
（4）校正前后系统的单位阶跃响应图。
题目五校正器的设计
已知单位负反馈系统的开环传递函数
，试用频率法设计串联校正装置，要求校正后系统的静态速度误差系数Kv=25，系统的相角裕度大于等于45度，校正后的剪切频率
。
要求：
1.明确设计任务，建立系统模型，求出系统传递函数。
2.确定系统传递函数各个参数的大致范围，并根据查阅的资料确定参数，写出开环传递函数，并用MATLAB对系统进行仿真。
3.简化模型，修改参数，设计校正环节，使系统稳定并符合题目的要求，画出校正前后bode图。
题目六机器人手臂控制系统
机器人手臂具有很大的惯性，主要依靠步进电机驱动相应的关节，实现手臂的运动，其控制电压输入为u，输出为关键转动的角度w，如图所示：
要求：
1.建立直流电机系统的数学模型，写出传递函数的表达式。
2.调整放大器增益，使得系统在斜坡输入r（t）时，系统稳态误差小于0.1mm。
3.画出系统的波特图。
4.如果要求系统静态误差系数Kv≥5（s-1），相角裕度大于45度，设计串联校正装置，要求校正后截止频率大于2rad/s.
题目七液位自动控制系统设计
1、任务简介
某化工厂水箱的排水量根据工业生产的需要而不断地变化，为了保持水箱压力恒定，就要保持水位恒定，因此就必须自动调整进水量。
（应用PLC）
2、工作方式
本系统要求有手动和自动两种工作方式。
手动控制方式用于水泵的调试，即当按下按钮时水泵运转，松开按钮时水泵停止，目的是为了调试水泵是否能正常工作；当系统切换为自动控制方式并启动后，控制系统自动调整水泵的进水量达到给定水位恒定。
水位设定高限和低限，当水位超过设定的限位时要进行超限报警。
3、技术参数
控制系统技术参数表
变量名称
技术参数
备注
水位范围
0-3.0m
水位设定值
2.0m
水位误差
±0.5m
水位低限
1.0m
超限报警
水位高限
2.6m
超限报警
题目八基于PLC的三层货梯控制
1.任务描述：
外叫按钮控制方式是电梯的一种较简单的自动控制方式。
电梯由安装在各楼层厅口的呼叫按钮进行操纵，其操纵方式为呼叫（召唤）电梯、指令运行方向和停靠楼层。
电梯上、下由一台电机驱动；电机正转，驱动电梯上升；电机反转，驱动电梯下降。
每层楼设有呼叫按钮SB1-SB3、呼叫指示灯HL1-HL3和到位行程开关SQ1-SQ3Q。
电梯上升途中只响应上升呼叫，下降途中只响应下降呼叫，任何反方向呼叫均无效（简称“不可逆响应”）。
响应呼叫时，呼叫指示灯亮。
2.控制要求说明如下表所示：
序号
输入
输出
原行楼层
呼叫楼层
运行方向
运行结果
01
1
3
升
上升到3层停
02
2
3
升
上升到3层停
03
3
3
停
呼叫无效
04
1
2
升
上升到2层
05
2
2
停
呼叫无效
06
3
2
降
下降到2层
07
1
1
停
呼叫无效
08
2
1
降
下降到1层
09
3
1
降
下降到1层
10
1
2，3
升
先升到2层后停5秒后再升到3层
11
2
先1后3
降
下降到1层
12
2
先3后1
升
上升到3层停
13
3
2，1
降
先降到2层停5秒后再降到1层停
14
2
1，3
降
下降到1层停，3层呼叫无效
题目九自动售货机
1、任务简介
自动投币售货
2、工作方式
（1）此售货机可投入1元、5元或1O元硬币。
（2）当投入的硬币总值超过12元时，汽水按钮指示灯亮；又当投入的硬币总值超过15元时，汽水及咖啡按钮指示灯都亮。
（3）当汽水按钮灯亮时，按汽水按钮，则汽水排出7秒后自动停止，这段时间内，汽水指示灯闪动。
（4）当咖啡按钮灯亮时，按咖啡按钮，则咖啡排出7秒后自动停止，这段时间内，咖啡指示灯闪动。
（5）若投入硬币总值超过按钮所需的钱数（汽水12元，咖啡15元）时，找钱指示灯亮，表示找钱动作，并退出多余的钱。
3、设计要求
根据要求，写出梯形图及指令表。
题目十花样喷泉
1.任务简介
花式喷水如图所示，第一花样配以绿灯，第二花样配以蓝灯，第三花样配以黄灯，第四花样配以红灯。
在花样确定的前提下，可以通过修改程序或者改变外接的控制开关的时间，就可改变控制方式，达到显现各种复合花样的要求。
自动投币售货
2.工作方式
按下起动按纽XO且X2一直接通，则第一花样输出且绿灯亮；1分钟后，第二花样输出且蓝灯亮；到2分钟时，第三花样输出且黄灯亮；到3分钟时，第四花样输出且红灯亮。
即各延时1分钟后，第1---4花样相继显现并一直保持1—4种花样同时显现。
若XO按下后，X2仅接通1分钟，则1—4花样轮流显现1分钟，然后暂停1分钟，如此循环。
3.设计要求
根据要求，写出梯形图及指令表。
题目十一循环油料系统
1.任务简介
2.工作方式
（1）当起动按钮按下时，泵1、2通电运行，由泵1将油从循环槽打入淬火槽，经沉淀槽，
再由泵2打入循环槽，运行15分钟后，泵1、2停。
（2）在泵l、2运行期间，当沉淀槽液位到达高液位时，液位传感器SLl接通，此时泵l停，泵2继续运行1分钟。
（3）在泵1、2运行期间，当沉淀槽液位到达低液位时，液位传感器SL2接通，此时泵2停，泵1继续运行1分钟。
（4）按下停止按纽时，泵1、2停。
3.设计要求
根据要求，写出梯形图及指令表。
题目十二节日礼花弹引爆系统
1.任务简介
设计一节日礼花弹引爆程序。
礼花弹用电阻点火引爆器引爆。
为实现自动引爆，以减轻工作人员频繁操作的负担，保证安全，提高动作的准确性。
2.工作方式
按两种程序控制：
（1）1--12个礼花弹，每个引爆间隔为0.1S；13--14个礼花弹，每个引爆间隔为0.2s。
（2）1—6个礼花弹引爆间隔为O.1S，引爆完后停lOs，接着7—12个礼花弹引爆，间隔为0.1S，引爆完后又停lOs，接着13—18个礼花弹引爆，间隔为0.1s，引爆完后再停lOs，接着19—24个礼花弹引爆，间隔为0.1S。
引爆用一个引爆起动开关控制。
3.设计要求
根据要求，写出梯形图及指令表。
题目十三盐、碱分离系统
1.任务简介
在氯碱生产中，碱液的蒸发、浓缩过程往往伴有盐的结晶，因此需要采取措施对盐、碱进行分离，目前大部分厂家均采用以离心机为主体的分离系统。
2.工作方式
分离过程是一顺序循环过程，共分6个工步：
进料、甩料、洗盐、升刀、间歇、清洗，靠6个电磁阀完成上述动作，并要求前5个工作连续循环8次后方可进入清洗工步，待清洗完毕后再进入下一次大循环。
分离过程的流程图如图所示。
3.设计要求
根据要求，画出控制系统状态转移图，写出梯形图及指令表。
题目十四冲床工作系统
1.任务简介
冲床工作示意图如图所示。
初始状态时，机械手在最左边，左限位开关X4接通，冲头在最上面，上限位开关X3接通；机械手松开（YO断开）。
2.工作方式
其工作过程如下：
（1）按下起动按纽，YO接通，机械手夹紧工件并保持。
（2）1S后Y1接通，机械手右行。
（3）机械手右行到位接通右限位开关X1，冲头下行（Y3接通），加工工件。
（4）工件加工后，下限位开关X2接通，冲头上行（Y4接通），上行到位时，上限位开关X3接通，冲头回到初始位置。
（5）机械手左行（Y2接通）。
（6）机械手左行到位，接通左限位开关X4，机械手松开工件（YO断开），机械手回到初始状态。
3.设计要求
冲床要求设置单周期和自动连续两种操作方式。
画出控制系统状态转移图，写出梯形图和语句表。
题目十五燃油控制系统
1.任务简介
燃油经燃油预热器预热，由喷油泵经喷油口打入锅炉进行燃烧。
燃烧时，鼓风机送风，喷油口喷油；点火变压器接通（子火燃烧）；瓦斯阀打开（母火燃烧），将燃油点燃。
点火完毕，关闭子火与母火，继续送风、喷油，使燃烧继续。
锅炉的进水、排水分别由进水阀、出水阀执行。
上、下水位分别由上限、下限水位开关检测。
蒸汽压力由蒸汽压力开关检测。
2.工作方式
控制要求如下：
（1）起动：
该锅炉的燃烧按一定时间间隔顺序起燃。
其起燃顺序为：
燃油预热，1分钟后送风，同时子火、母火燃烧；5秒后，喷油；再过5秒，子火、母火关闭，起动过程结束。
（2）停止：
停止燃烧时，要求：
燃油预热、喷油关闭，送风（将杂质、废气吹去）；20秒后，送风停止（清炉停止）。
（3）异常状况自动关火：
锅炉燃烧过程中，当出现异常状况时（即蒸气压力超过允许值，或水位超过上限，或水位低于下限），能自动关火进行清炉；异常状况消失后，又能自动按起燃顺序重新点火燃烧。
即：
异常状况时，进行清炉过程（燃油预热、喷油关闭，送风）；间隔20秒，清炉停止，若异常状况消失，则开始起燃过程。
（4）锅炉水位控制：
锅炉工作起动后，当水位低于下限时，进水阀打开，排水阀关闭；当水位高于上限时，排水阀打开，进水阀关闭。
3.设计要求
根据要求，写出梯形图及指令表。
题目十六金属压铸机
1.任务简介
金属压铸机工作示意图如图所示，压铸机的动作由液压油缸推动，执行元件为电磁阀。
2.工作方式
其工艺流程如下：
（1）原位：
模板在开模确认位置，开模确认限位开关SQ2闭合；洗模嘴上升归位，喷嘴归位限位开关SQ5闭合。
（2）关模：
有起动信号按下后，关模电磁阀YVO通电，模板右移。
（3）射出：
当模板右移到位，关模确认限位开关SQ3闭合，射出电磁阀YV5通电，射出活塞左移，将金属射入模内。
（4）冷却：
射出活塞自动归位，射出确认限位开关SQ4闭合，冷却电磁阀YV4通电，利用冷却水成型。
（5）开模：
延时5S待工件冷却后，开模电磁阀YV1通电，模板左移，工件自动顶出。
（6）洗模：
模板左移到位，开模确认限位开关SQ2闭合，喷嘴下移电磁阀YV2、喷嘴液电磁阀YV3均通电，喷嘴下移并喷洗模液。
（7）复位：
喷嘴下移到位，喷嘴下限限位开关SQ6闭合，喷嘴上移电磁阀通电，喷嘴上升回原位。
压铸机有两种操作方式：
（1）单周期操作：
按下起动按纽，压铸一个工件，即经过关模、射出、冷却、开模、洗模、复位一个循环后，等待下一次起动信号来，再压铸一个工件。
（2）自动连续操作：
按下起动按纽，自动循环作业，连续压铸工件，直至停止按纽按下，才停止作业。
3.设计要求
根据要求，画出控制系统状态转移图，写出梯形图及指令表。
要求:
1、了解被控对象的功能和生产过程对控制系统的要求，确定PLC控制系统的总体设计方案。
2、根据信号类型，确定PLC选型与硬件配置，并设计外围接线图。
3、在硬件设计基础上，通过控制程序的设计完成系统的各项控制功能。
4、对设计的控制程序进行模拟调试及修改，保证系统工作正常、安全、可靠。
5、系统调试完成后，根据（模拟）调试的结果，整理出完整的技术文件，如硬件接线图、功能图表、带注释的梯形图，以及必要的文字说明等，最终完成设计说明书一篇，应具备中文摘要、关键词、参考文献等。
题目十七基于单片机的单容水箱液位PID控制系统设计
基于单片机的单容水箱液位PID控制系统，主要内容包括单容水箱液位控制系统的设计，单容水箱的数学建模，单片机数据采集和上位机软件的通讯和PID参数的设定。
要求：
1.掌握单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。
2.熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。
3.研究系统分别用P、PI和PID调节器的阶跃响应。
4.定性的分析P、PI和PID调节器的参数变化对系统性能的影响。
目录下所列的课程设计题目，是为加强实践环节，提高学生的自动控制系统设计及编程和调试能力所设，供同学们选择。
课程设计比较灵活，主要就是三个步骤：
1.学生分组、选题。
2.学生回去完成设计，填写好任务书，写好设计报告。
3.老师填写成绩。
注意：
每组不能超过3人；不能抄袭，否则抄与被抄的都打低分或不及格；不同老师旗下的同学不能混合组队；同一个老师的指导下，每个题目最多只能出现2次，重复过多的务必调剂。
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