自動控制綜合設(shè)計(jì)題目10級

自動控制綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師：殷時蓉/杜軍一、X-Y數(shù)控工作臺控制器設(shè)計(jì)X-Y數(shù)控工作臺是許多機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本部件，如數(shù)控車床的縱-橫向進(jìn)刀機(jī)構(gòu)，數(shù)控銑床和數(shù)控鉆床的X-Y工作臺，激光加工設(shè)備的工作臺，電子元件表面貼裝設(shè)備等。模塊化的X-Y數(shù)控工作臺，通常有導(dǎo)軌坐、移動滑塊、工作平臺、滾珠絲杠螺母副，以及伺服電動機(jī)等部件構(gòu)成。其外觀如圖所示。伺服電動機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)來驅(qū)動滾珠絲杠，滾珠絲杠的螺母帶動滑塊和工作平臺在導(dǎo)軌上運(yùn)動，完成工作臺在X、Y方向的直線運(yùn)動。一、X-Y數(shù)控工作臺控制器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)一種供立式數(shù)控銑床使用的X-Y數(shù)控工作臺的控制器，執(zhí)行電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)。工作臺主要參數(shù)如下：（1）立銑刀最大直徑d=15mm（2）立銑刀齒數(shù)z=3

（3）最大銑削寬度為ae=15mm

（4）最大背吃刀量ap=8m

（5）加工材料為碳素鋼或有色金屬（6）X、Y方向的脈沖當(dāng)量為δx=δy=0.005mm/脈沖（7）X、Y方向的定位精度均為±0.01mm

（8）工作臺面尺寸為230mm×230mm，加工范圍為250mm×250mm;

（9）工作臺空載最快移動速度vxmax=vymax=3000mm/min

（10）工作臺進(jìn)給最快移動速度vxmaxf=vymaxf=400mm/min

一、X-Y數(shù)控工作臺控制器設(shè)計(jì)

根據(jù)工作臺的參數(shù)和機(jī)械傳動部件，最后計(jì)算得到所選步進(jìn)電機(jī)為110BF003，電機(jī)參數(shù)為:

相數(shù)：3

步距角：0.75/1.5o

輸入電壓：80V

電流：6A

最大靜轉(zhuǎn)矩7.84N.m

空載起動頻率：1800Hz

空載運(yùn)行頻率：20000Hz

轉(zhuǎn)動慣量：5.5kg.cm2

步進(jìn)電機(jī)工作方式為三相六拍一、X-Y數(shù)控工作臺控制器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：畫出控制系統(tǒng)的電路圖，用匯編或KeilC寫出控制程序

二、PWM波直流電機(jī)速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)二、PWM波直流電機(jī)速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)：1.假設(shè)直流電機(jī)和PWM控制與變換器傳遞函數(shù)如圖所示，用最少拍方法設(shè)計(jì)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制器D(z),并用程序?qū)崿F(xiàn)。2.用8051系列單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制器。要求畫出控制電路圖，用匯編或KeilC寫出控制程序。三、Bode圖法控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)---串聯(lián)滯后校正設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)被控對象的傳遞函數(shù)為設(shè)計(jì)要求：（1）開環(huán)增益Kv=20（2）頻率裕量γ=70o，（3）對此控制器進(jìn)行離散化，并用計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)（劃出流程圖）（4）用Matlab對系統(tǒng)進(jìn)行仿真，分析系統(tǒng)的階躍響應(yīng)四、鍋爐設(shè)備加工系統(tǒng)鍋爐設(shè)備加工系統(tǒng)是用來為鍋爐鍋筒鉆孔的設(shè)備，用于在焊接成鍋筒前的鋼板上按規(guī)定的位置和孔徑自動鉆孔。加工過程為：鉆孔加工，刀架移動，鍋筒旋轉(zhuǎn)三個部分。鉆孔加工由動力頭實(shí)現(xiàn)，分快進(jìn)、工進(jìn)、快退三種工況。（1）刀架移動的脈沖當(dāng)量為δx=50mm/脈沖（2）鍋筒旋轉(zhuǎn)的脈沖當(dāng)量為δy=15o/脈沖（3）鍋筒長為2300mm，（4）刀架移動最快移動速度vxmax=300mm/min

四、鍋爐設(shè)備加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)：1.要求可進(jìn)行手動和自動兩種操作方式。每加工完一個孔，做累加計(jì)數(shù)。2.刀架移動實(shí)現(xiàn)鉆孔定位（X軸方向），由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，分左移、右移兩種運(yùn)動方向。鍋筒旋轉(zhuǎn)由獨(dú)立的驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動，以實(shí)現(xiàn)孔位的Y軸方向定位。用8051系列單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)。要求畫出控制電路圖，用匯編或KeilC寫出控制程序。3.每次加工，要求動力裝置從零位開始進(jìn)入工作位置，依次鉆孔加工。每完成一排的鉆削工作，鍋筒轉(zhuǎn)動一個角度。依次類推，直到加工結(jié)束。四、鍋爐設(shè)備加工系統(tǒng)4.此系統(tǒng)中根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)，選擇的步進(jìn)電機(jī)為：90BF001，電機(jī)參數(shù)為:

相數(shù)：4

步距角：0.9o

輸入電壓：180V

電流：7A

最大靜轉(zhuǎn)矩3.92N.m

空載起動頻率：2000Hz

空載運(yùn)行頻率：8000Hz

步進(jìn)電機(jī)工作方式為四相八拍

五、晶閘管直流電機(jī)速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)典型直流伺服電動機(jī)控制數(shù)學(xué)模型直流電機(jī)的調(diào)速方式由于直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性方程為：式中，UC—電樞控制電壓；R—電樞回路電阻；

Φ—每極磁通；Ce、Ct—分別為電動機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)。由此，直流伺服電機(jī)的控制方式如下：（1）調(diào)壓調(diào)速（變電樞電壓，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速）（2）調(diào)磁調(diào)速（變勵磁電流，恒功率調(diào)速）（3）改變電樞回路電阻調(diào)速五、晶閘管直流電機(jī)速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)五、晶閘管直流電機(jī)速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)：1.假設(shè)直流電機(jī)和晶閘管整流裝置的傳遞函數(shù)如圖所示，用最少差拍方法設(shè)計(jì)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制器D(z),并用程序?qū)崿F(xiàn)。2.用8051系列單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制器。要求畫出控制電路圖，用匯編或KeilC寫出控制程序。六、Bode圖法控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)---串聯(lián)超前校正設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)被控對象的傳遞函數(shù)為設(shè)計(jì)要求：（1）開環(huán)增益Kv=1000（2）頻率裕量γ=45o，（3）截止頻率ωc=165rad/s，20lgKg≥15dB（4）對此控制器進(jìn)行離散化，并用計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)（劃出流程圖）（5）用Matlab對系統(tǒng)進(jìn)行仿真，分析系統(tǒng)的階躍響應(yīng)七立體倉庫存儲系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)自動化立體倉庫也稱立庫，是在不直接進(jìn)行人工參與的情況下自動地存儲和取出物料的系統(tǒng)，采用高層貨架存儲貨物，用專門的倉儲作業(yè)設(shè)備進(jìn)行貨物出入庫作業(yè)。其具體功能是：在接收工位接收送料單元送來的工件，按照工件信息而自動運(yùn)送至相應(yīng)倉位，并將工件推入立體倉庫指定位置存儲?？刂破髅堪l(fā)出一個脈沖，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動一個步距角度，