自动控制课程设计题目.docx

1、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

2、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M

3、ATLAB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

4、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

5、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

6、(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Kv5(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2 rad/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

7、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2.0 m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

8、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0113升上升到3层停0223升上升到3层停0333停呼叫无效0412升上升到2层0522停呼叫无效0632降下降到2层0711停呼叫无效08 21降下降到1层0931降下降到1层1012，3升先升到2层后停5秒后再升到3层112先1后3降下降到1层122先3后1升上升到3层停1332，1降先降到2层停5秒后再降到1层停1421，3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

9、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

10、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14种花样同时显现。若XO按下后，X2仅接通1分钟，则14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

11、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

12、个礼花弹，每个引爆间隔为0.2s。(2)16个礼花弹引爆间隔为O.1S，引爆完后停lOs，接着712个礼花弹引爆，间隔为0.1S，引爆完后又停lOs，接着1318个礼花弹引爆，间隔为0.1s，引爆完后再停lOs，接着1924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

13、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X 1，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

14、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

15、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

16、。(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

17、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

18、，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

19、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。