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现代电气控制----分析与设计练习解法
2024-01-29
目录
CONTENTS
电气控制基础
分析方法论述
设计方法讲解
实例分析与讨论
现代技术在电气控制中应用
实验与课程设计指导
01
电气控制基础
CHAPTER
电气控制是指利用电气设备对生产过程或机械设备进行自动控制，以达到提高生产效率、降低能耗、保证产品质量等目的的一种技术。
电气控制定义
根据控制对象的不同，电气控制可分为直流电气控制和交流电气控制两大类。其中，直流电气控制主要应用于直流电机、蓄电池等设备，而交流电气控制则广泛应用于交流电机、变压器、照明等设备。
电气控制分类
输入设备
控制电路
输出设备
保护电路
01
02
03
04
将各种控制信号转换为电气信号，如按钮、开关、传感器等。
对输入信号进行处理，根据控制要求输出相应的控制信号，如逻辑电路、时序电路等。
将控制信号转换为机械运动或其他形式的输出，如电机、执行器等。
对控制系统进行过载、短路等保护，确保系统安全可靠运行。
电气控制原理
电气控制原理主要基于电磁感应、电路分析等理论，通过对电气设备中的电流、电压等参数进行监测和控制，实现对生产过程或机械设备的自动控制。
利用逻辑电路实现对输入信号的逻辑运算和处理，根据输出结果控制相应的执行器动作。
按照预定的时间顺序对输入信号进行处理和控制，如定时开关、顺序控制等。
采用计算机、PLC等智能控制器对输入信号进行处理和控制，实现复杂的控制功能和优化算法。
利用计算机网络技术实现对多个电气设备的远程监控和控制，提高控制系统的灵活性和可扩展性。
逻辑控制
智能控制
网络化控制
时序控制
02
分析方法论述
CHAPTER
根据控制要求，建立输入、输出逻辑表达式，明确控制功能的逻辑关系。
逻辑表达式的建立
逻辑化简
逻辑电路的设计
运用逻辑代数的基本定律和公式，对逻辑表达式进行化简，得到最简逻辑表达式。
根据最简逻辑表达式，选择合适的逻辑门电路，设计出满足控制要求的逻辑电路。
03
02
01
根据控制要求，建立输入、输出时序图，明确控制功能的时序关系。
时序图的建立
分析时序图中各个信号的时序关系，确定控制功能的实现方式。
时序分析
根据时序分析结果，选择合适的电路元件和连接方式，设计出满足控制要求的控制电路。
控制电路的设计
根据控制对象的特点，定义状态变量，描述系统的状态。
状态变量的定义
根据控制要求和状态变量的定义，建立状态方程，描述系统状态的变化规律。
状态方程的建立
运用状态空间法的基本理论和方法，对状态方程进行分析和求解，得到系统状态的稳定性、可控性、可观性等性能指标。
状态空间分析
根据状态空间分析结果，设计合适的控制策略，实现对系统状态的有效控制。
控制策略的设计
03
设计方法讲解
CHAPTER
03
启发式设计法通常包括问题定义、原理借鉴、方案构思和评估优化等步骤。
01
启发式设计法借鉴自然界和人类社会的优秀设计原理和实例，通过类比、联想和创新等方式进行设计。
02
该方法强调对设计问题的本质和规律的把握，以及对优秀设计的借鉴和模仿。
1
2
3
优化设计法基于数学优化理论和计算机技术，通过建立数学模型和优化算法进行设计。
该方法强调对设计问题的定量描述和求解，以及对优化目标和约束条件的明确和处理。
优化设计法通常包括问题建模、算法设计、计算求解和结果分析等步骤。
04
实例分析与讨论
CHAPTER
控制要求
实现电动机的正转、反转和停止控制。
控制电路
包括主电路和控制电路两部分，其中主电路由电动机、接触器和热继电器组成，控制电路由按钮、接触器和继电器等元件组成。
工作原理
通过控制电路的按钮操作，使得接触器通断，从而控制电动机的正反转。同时，热继电器起到过载保护作用。
解决方法
根据控制要求设计控制电路，选择合适的元件，并进行电路连接和调试。
解决方法
根据控制要求选择合适的PLC型号和配置，设计PLC程序，并进行现场调试和优化。
控制要求
实现自动生产线的顺序控制、速度控制和故障检测等功能。
控制系统
包括PLC、传感器、执行机构等部分，其中PLC作为核心控制器，负责接收传感器信号并控制执行机构动作。
工作原理
通过PLC编程实现自动控制逻辑，传感器检测生产线上各工位的状态并传输给PLC，PLC根据程序控制执行机构动作，完成生产线的自动控制。
控制要求
实现家居环境的智能化控制，包括照明、空调、窗帘等设备的自动控制。
工作原理
通过智能家居控制器编程实现自动控制逻辑，传感器检测家居环境参数并传输给控制器，控制器根据程序控制执行机构动作，完成家居环境的智能化控制。
解决方法
根据控制要求选择合适的智能家居控制器型号和配置，设计控制器程序，并进行现场调试和优化。同时，需要考虑系统的可扩展性和兼容性，以便未来添加新的控制设备
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