机床控制系统的设计资料.docVIP

目 录 一.课题要求………………………………………………………………………2 二.课程设计目的……………………………………………………………2 三.课程设计内容……………………………………………………………2 四.参考文献…………………………………………………………………18 一 课题要求： 1.采用单片机来实现均匀控制系统的功能。 2.能克服积分饱和（能克服工程设计和实施中的一些问题）。 3.易于现场整定和投运。 4.要有详细说明（如程序的功能）。 二 课程设计目的： 本课程设计提供了一个既动手又动脑，自学，查资料，独立实践的机会。将本学期课本上的理论知识和实际有机的结合起来，锻炼实际分析问题和解决问题的能力，提高自己适应实际、实践编程的能力，使自己对均匀控制系统更进一步了解。给自己一个锻炼和提高的机会。 三 课程设计内容： 均匀控制系统具有使控制量与被控量均匀缓慢地在一定范围内变化的特殊功能。在均匀控制系统中，控制量与被控量常常是同样重要，控制的目的，是 使两者在扰动作用下，都有一个缓慢而均匀的变化。 在一些工业生产过程中，生产的连续性是其特点之一。每一个装置或设备都与前后的装置或设备紧密的联系着，前一个装置或设备的出料亮量一般就是后一个装置或设备的进料量，而后一装置或设备是互相联系而又互相影响的。例如石油裂解气分离过程，有许多精馏他串联在一起工作，前一塔的出料就是后一塔的进料。图a为两个连续操作的精馏塔，前一塔的出料是后一塔的进料。为了保证分馏过程正常运行，要求将一号塔釜液位稳定在一定的范围内，故设有液位的控制系统。而后一精馏塔又希望进料稳定 设有流量控制系统。显然，这两套系统是不能协调工作的。假如1号塔在扰动作用下使其塔釜液位上升时，液位调节器发出控制信号去开大调节阀1的开度，从而使出料流量增大；由于1号塔的出料量就是2号塔的进料量，因而引起2号塔进料量的增加，于是，流量调节器发出控制信号去关小调节阀2的开度。这样，按液位信号，调节阀1的开度要开大，流量要增大；安流量信号，调节阀2的开度要关小，流量要减小。而调节阀1，2装在同一条管道上，结果，两套控制系统互相矛盾，在物料供求上互不兼顾，不能满足工艺生产要求。 为了解决前后两个塔之间在物料供求上的矛盾，可在前后两个串联的塔中间增设一个缓冲设备。但是，增加缓冲设备不仅要增加投资，而且要增加流体输送过程中的能量消耗。尤其是有些生产过程的中间物料或产品不允许中间停留存在，否则，会使这些中间的物料或产品或重新聚合。所以，必须从自动控制方案设计上去找出路，以满足前后装置或设备在物料供求上互相均匀协调，统筹兼顾的要求。通常把能实现这样控制目的的控制系统称为均匀控制系统。 其特点如下： 1 液位（或压力）和流量两个变量都是变化的，不是固定不变的。 2 两个变量的调节过程在工艺容许的范围内是缓慢地变化的。 下面是一种用单片机来实现温度均匀控制的系统 一种基于Smith预估器的温度均匀控制的系统 环境温度对仪器仪表性能指标有很大的影响。为了更准确地模拟仪表的实际工作环境，度量温度对仪表参数的影响，有必要研制一个温控系统。一般的温控系统为一大滞后系统，纯滞后可引起系统不稳定或降低系统的反馈性能。考虑到Smith预估器从理论上解决了纯滞后系统的控制问题，本文介绍一个带Smith预估器的温控系统，该系统能有效抑制纯滞后的影响，而且鲁棒性强。实验结果表明，温控精度可达±0．2℃。 1　带Smith预估器的控制器设计　　根据温控箱的结构及一般热力学原理，可得到以下温控箱为被控对象的传递函数，其近似表达为（1）式中：Gp（S）为被控对象中不含纯滞后的部分。可以看出，它是一个带纯滞后的一阶惯性环节。根据所设计的温控箱和实际参数辨识，可得式（1）中的T＝16s，K0＝1．5，τ＝1．4s。　　一般的温控系统如图1所示。图中，Gc（S）表示设计的控制器，F为控制器直流分量等干扰。其闭环传递函数为（2） 由于特征方程里含有e－τs项，这对控制系统稳定性极其不利，若τ足够大，系统就很难稳定。而且由于系统中含有纯滞后环节，使控制器设计变得复杂。图1　一般温控系统方框图　　Smith预估器［1］是克服纯滞后影响的有效方法之一，因此本文在常规校正环节基础上引入了Smith预估器补偿，其控制结构如图2所示，图中虚线框内为Smith预估控制的原理框图。Smith预估控制的实质就是与实际对象并联一个模型Gp（S）（1－e－τs），因此，控制器Gc（S）的等效控制对象变为Gp（S），也就是说，设计控制器Gc（S）时不必考虑纯滞后环节的影响。此时系统的闭环传递函数为（3）从式（3）可见，e－τs已不包含在系统的特征方程里，因此系统性能完全不受纯滞