2016 東南大學(xué)自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計開題報告模板

院（系） 專 業(yè)

設(shè)計（論文）題目XZ系列芯模振動制管機(jī)芯模制管機(jī)

PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

學(xué) 生 姓 名 王碧波 學(xué)號 08009418 起 止 日 期設(shè) 計 地 點

指 導(dǎo) 教 師

顧 問 教 師

開題日期 2015年 2月25日 江蘇華光雙順機(jī)械制造有限公司 王曉俊 周杏鵬

2016 東南大學(xué)自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計開題報告模板 [篇2]

一、選題背景與意義（300字左右）

據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國城市里的十字路口-交通系統(tǒng)大都采用定時來控制(不排除繁忙路段或高峰時段用交-警來取代交通燈的情況)，這樣必然產(chǎn)生如下弊端:當(dāng)某條路段的車流量很大時卻要等待紅燈，而此時另一條是空道或車流量相對少得多的道卻長時間亮的是綠燈，這種多等少的尷尬現(xiàn)象是未對實際情況進(jìn)行實時監(jiān)控所造成的，不僅讓司機(jī)乘客怨聲載道，而且對人力和物力資源也是一種浪費(fèi)。

智能控制交通系統(tǒng)是目前研究的方向，也已經(jīng)取得不少成果，在少數(shù)幾個先進(jìn)國家已采用智能方式來控制交通信號，其中主要運(yùn)用gps全球定位系統(tǒng)等。出于便捷和效果的綜合考慮，我們可用如下方案來控制交通路況:制作傳感器探測車輛數(shù)量來控制交通燈的時長。具體如下:在入路口的各個方向附近的地下按要求埋設(shè)感應(yīng)線圈，當(dāng)汽車經(jīng)過時就會產(chǎn)生渦流損耗，環(huán)狀絕緣電線的電感開始減少，即可檢測出汽車的通過，并將這一信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號作為可編程控制器的控制輸入，并用plc計數(shù)，按一定控制規(guī)律自動調(diào)節(jié)紅綠燈的時長。

比較傳統(tǒng)的定時交通燈控制與智能交通燈控制，可知后者的最大優(yōu)點在于減緩滯流現(xiàn)象，也不會出現(xiàn)空道占時的情形，提高了公路交通通行率，較全球定位系統(tǒng)而言成本更低。

二、課題關(guān)鍵問題及難點（300左右字）

傳統(tǒng)的十字路口-交通控制燈，通常是事先經(jīng)過交通流量的調(diào)查，運(yùn)用統(tǒng)計的方法將兩個方向紅綠燈的延時預(yù)先設(shè)置好。然而實際上交通流量的變化往往是不確定的，有的路口在不同的時段甚至可能產(chǎn)生很大的差異。即使是經(jīng)過長期運(yùn)行、適用的方案，仍然會發(fā)生這樣的現(xiàn)象：綠燈方向幾乎沒有什么車輛，而紅燈方向卻排著長隊等候通過。這就需要有一種能夠根據(jù)流量變化情況自適應(yīng)控制的交通燈。

一般可以為紅綠燈預(yù)先設(shè)置好延時，當(dāng)綠燈方向車流量大，紅燈方向車流量小的時候?qū)�紅綠燈做延時處理，避免有一道路車輛的積壓。然而有的路口在不同的時段可能產(chǎn)生很大的差異，因此一般對延時的設(shè)置很難做到恰到好處。

模糊控制恰恰有這方面的優(yōu)勢。關(guān)鍵的問題是怎么運(yùn)用模糊控制，使得從傳感器得來的數(shù)據(jù)能夠通過plc很好的為紅綠燈亮的時間調(diào)節(jié)服務(wù)。

三、文獻(xiàn)綜述（或調(diào)研報告）（1200字左右）

可編程控制器（http://www.51lunwen.com/benkekaiti/programmable controller）是計算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（programmable logic controller），簡稱plc，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。

它的特點:

1 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；

2 通用性高，使用方便；

3程序設(shè)計簡單，易學(xué)，易懂；

4采用先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)組合靈活方便；

5系統(tǒng)設(shè)計周期短；

6安裝簡便，調(diào)試方便，維護(hù)工作量��；

7對生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強(qiáng)，可進(jìn)行柔性生產(chǎn)；

它的使用情況大致可歸納為：開關(guān)量的邏輯控制，模擬量控制，運(yùn)動控制，過程控制 ，數(shù)據(jù)處理 ，通信及聯(lián)網(wǎng)。

對于智能交通燈的設(shè)計，目前比較流行的是使用plc來完成的。因為它的特點明顯，是現(xiàn)在的主流設(shè)備。

而交通問題正好是當(dāng)下的比較熱點的問題。隨著社會的發(fā)展，交通日漸的擁堵。傳統(tǒng)的交通燈已經(jīng)不能滿足需要了。智能交通燈的是深受歡迎的，它可以貼近生活的為我們解決日趨嚴(yán)重的交通問題。因此plc智能交通控制系統(tǒng)是個很有意義的研究項目。

四、方案（設(shè)計方案、研制方案、研究方案）論證（不少于100字）

車輛的流量記數(shù)、交通燈的時長控制可由可編程控制器(plc)來實現(xiàn)。當(dāng)然，也可選用其他種類的計算機(jī)作為控制器。選用plc作為控制器件是因為可編程控制器核心是一臺計算機(jī)，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計制造的計算機(jī)。它具有高可靠性豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動能力;它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。

五、工作計劃（不少于300字）

1、畫出十字路口-交通燈的布置圖。

2、根據(jù)主要工序畫出模擬控制系統(tǒng)的流程圖。

3、選擇plc系統(tǒng)設(shè)備，畫出plc外部接線圖，設(shè)計i/o分配表。

4、根據(jù)流程圖對plc交通燈進(jìn)行編程，選擇梯形圖作為編程語言。

5、整理技術(shù)資料，對程序進(jìn)行修改，最后仿真調(diào)試。

6、制作模型，將理論付諸于實際中，完成模型的聯(lián)通及運(yùn)行。

2016 東南大學(xué)自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計開題報告模板 [篇3]

1. 本課題的來源、選題依據(jù)：

（1）此設(shè)計需要學(xué)生綜合應(yīng)用數(shù)控技術(shù)的基礎(chǔ)理論，主要是希望能夠通過此次的畢業(yè)設(shè)計更好的掌握工藝設(shè)計和編程方面的基本知識和技能；

（2）此次設(shè)計主要包括了外圓螺紋，外圓切槽，外圓表面以及內(nèi)鏜孔的加工等，在對零件進(jìn)行工藝分析時，要著重考慮零件的同軸度與垂直度要求；

（3）數(shù)控車床是數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用最為廣泛的一種機(jī)床。選用合理的機(jī)床和合理的加工工藝會直接影響生產(chǎn)效率、成本，資源的消耗。

2. 本課題的設(shè)計（研究）意義（相關(guān)技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢）：

數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機(jī)械運(yùn)動和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù),它廣泛用于機(jī)械制造與自動化領(lǐng)域，較好地解決多品種、小批量和復(fù)雜零件加工以及生產(chǎn)自動化問題。數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品。發(fā)展我國數(shù)控技術(shù)及裝備是提高我國制造業(yè)信息化水平和國際競爭能力的重要性保證。

數(shù)控加工工藝與編程是數(shù)控專業(yè)教學(xué)體系中構(gòu)成數(shù)控加工技術(shù)專業(yè)知識及專業(yè)技能的重要組成部分，通過畢業(yè)設(shè)計使我們掌握數(shù)控加工工藝及程序編制的基本知識和基本理論；學(xué)會選擇機(jī)床、刀具、夾具及零件表面的加工方法；掌握數(shù)控加工工藝設(shè)計方法和數(shù)控加工程序編制方法的能力；初步具備制定中等復(fù)雜程度的數(shù)控加工工藝及編程的能力；同時，還能分析解決生產(chǎn)中一般工藝性問題。此次的畢業(yè)設(shè)計主要解決的問題是零件圖的工藝分析、毛坯的選擇、刀具的.選用、機(jī)床的選擇、加工方案及加工路線的確定、切削用量的確定、車削加工程序的編寫。

數(shù)控技術(shù)是數(shù)字程序控制數(shù)控機(jī)械實現(xiàn)自動工作的技術(shù)。它廣泛用于機(jī)械制造和自動化領(lǐng)域，較好地解決多品種、小批量和復(fù)雜零件加工以及生產(chǎn)過程自動化問題。隨著計算機(jī)、自動控制技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人以及各類機(jī)電一體化設(shè)備上。它的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來革命性的變化使制造業(yè)成為工業(yè)的象征；而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，當(dāng)前世界上數(shù)控技術(shù)不斷地向高速化、高精密化、多功能化、高可靠性、數(shù)控系統(tǒng)的開放性、數(shù)控機(jī)床設(shè)計cad化、結(jié)構(gòu)新型化、編程技術(shù)的自動化、數(shù)控系統(tǒng)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、集成化、加工功能復(fù)合化發(fā)展，同時更重視新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的建立。

3. 本課題的基本內(nèi)容、重點和難點，擬采用的實現(xiàn)手段（途徑）：

（1）查有關(guān)的資料，學(xué)習(xí)相關(guān)知識，完成開題報告；

（2）對零件圖進(jìn)行數(shù)控加工工藝分析，確定編程尺寸，并編寫數(shù)控加工程序；

（3）合理選擇機(jī)床、刀具、夾具，確定切削用量、零件表面的加工方法；

（4）繪制數(shù)控加工進(jìn)給路線圖、數(shù)控加工工序卡、數(shù)控加工刀具卡片；

（5）完成畢業(yè)設(shè)計說明書。

4. 文獻(xiàn)綜述（列出主要參考文獻(xiàn)的作者、名稱、出版社、出版時間以及與本課題相關(guān)的主要參考要點）：

[1]楊建明，數(shù)控加工工藝與編程．出版于北京理工大學(xué)出版社，2015年8月第七次印刷

[2]王愛玲，代寫碩士論文數(shù)控加工理論與實用技術(shù)．出版于機(jī)械工業(yè)出版社，2015年5月第一次印刷

[3]高鳳英，數(shù)控機(jī)床編程與操作切削技術(shù)．出版于東南大學(xué)出版社，2015年第二次印刷

[4]杜國臣，數(shù)控機(jī)床編程與操作．出版于機(jī)械工業(yè)出版社，2015年第六次印刷

[5]朱正心，機(jī)械制造技術(shù)．出版于機(jī)械工業(yè)出版社，2015年第14次印刷

[6]魏斯亮，互換性與技術(shù)測量．出版于北京理工大學(xué)出版社，2015年8月印刷

[7]楊良根，數(shù)控技術(shù)畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)．出版于北京理工大學(xué)出版社，2015年8月印刷

[8]徐夏民，數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)．出版于北京理工大學(xué)出版社，2015年6月印刷

[9]huzhanqi，http://www.51lunwen.com/ktbgfw/numerical control technology．wuhan polytechnic university press

[10]mike mattson，cnc programming principles and applications．mechanical industry press

2016 東南大學(xué)自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計開題報告模板 [篇4]

院（系）

專 業(yè)

設(shè)計（論文）題目 基于MCU的通用控制器設(shè)計

學(xué) 生 姓 名 學(xué)號

指 導(dǎo) 教 師

顧 問 教 師

日期 2012 年 3 月 13 日

一、選題背景和意義

1.選題背景、

運(yùn)動控制系統(tǒng)是以機(jī)械運(yùn)動的驅(qū)動設(shè)備——電動機(jī)為控制對象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動控制理論指導(dǎo)下組成的電力傳動自動控制系統(tǒng)，這類系統(tǒng)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實現(xiàn)運(yùn)動機(jī)械的控制。

縱觀運(yùn)動控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程，交，直流兩大電氣傳動并存于各個工業(yè)領(lǐng)域，雖然各個時期科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使他們所處的地位，所起的作用不同，但他們始終是隨著工業(yè)的發(fā)展，特別是電力電子和微電子技術(shù)的發(fā)展，在相互競爭，相互促進(jìn)中，不斷完善并發(fā)生著變化。由于歷史上最早出現(xiàn)的是直流電動機(jī)，所以19世紀(jì)80年代以前，直流電氣傳動是唯一的電氣傳動方式。直到19世紀(jì)末，出現(xiàn)了交流電動機(jī)，這才使得交流電氣傳動在工業(yè)中逐步得到廣泛應(yīng)用。

隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，對電氣傳動在啟制動，正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速精度，調(diào)速范圍，靜態(tài)特性，動態(tài)響應(yīng)等方面提出了更高的要求，這就要求大量使用調(diào)速系統(tǒng)，由于直流電動機(jī)的調(diào)速性能和轉(zhuǎn)矩控制性能好，從20世紀(jì)30年代起，就開始使用直流調(diào)速系統(tǒng)。它的發(fā)展過程是這樣的，由最早的旋轉(zhuǎn)交流機(jī)組控制發(fā)展為放大機(jī)，磁放大機(jī)控制；再進(jìn)一步，用靜止的晶閘管變流裝置和模擬控制器實現(xiàn)直流調(diào)速；再后來，用可控整流和大功率晶體管組成的PWM控制電路實現(xiàn)數(shù)字化的直流調(diào)速，使系統(tǒng)的快速性，可靠性，經(jīng)濟(jì)性不斷提高。調(diào)速性能的不斷提高，使直流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛，然而由于直流電動機(jī)具有電刷和換向器，制造工藝復(fù)雜且成本高，維護(hù)麻煩，使用環(huán)境受到限制等缺點，并且很難向高轉(zhuǎn)速，高電壓，大容量發(fā)展，逐漸顯示出直流調(diào)速的弱點。

普遍應(yīng)用于恒速運(yùn)行場合的交流電動機(jī)，可以彌補(bǔ)直流電動機(jī)的不足。于是人們又開始了新一輪交流調(diào)速的研究。僅對占傳動總量三分之一強(qiáng)的風(fēng)機(jī)，水泵設(shè)備而言，如果改恒速為調(diào)速的話，就可以節(jié)電30%左右。近三四十年來，隨著電力電子技術(shù)，微電子技術(shù)，現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，為交流調(diào)速產(chǎn)品的開發(fā)創(chuàng)造了有利條件，并實現(xiàn)了產(chǎn)品的系列化。從調(diào)速性能看，完全可與直流調(diào)速系統(tǒng)媲美。

另外，借助數(shù)字和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，智能控制已深入到運(yùn)動控制系統(tǒng)的各個方面，例如：模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等，各種觀測器和辨識技術(shù)應(yīng)用于運(yùn)動控制系統(tǒng)中，大大改善了控制系統(tǒng)的性能，為運(yùn)動控制系統(tǒng)走向復(fù)雜的多層的網(wǎng)絡(luò)控制提供了可能。運(yùn)動控制系統(tǒng)正由簡單的單機(jī)控制系統(tǒng)走向多機(jī)多種控制過程協(xié)調(diào)的系統(tǒng)集成階段。

2.研究現(xiàn)狀

早期直流傳動的控制系統(tǒng)采用模擬分離器件構(gòu)成，由于模擬器件有其固有的缺點，如存在溫漂、零漂電壓，構(gòu)成系統(tǒng)的器件較多，使得模擬直流傳動系統(tǒng)的控制精度及可靠性較低。隨著計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，微處理器已經(jīng)廣泛使用于直流傳動系統(tǒng)，實現(xiàn)了全數(shù)字化控制。由于微處理器以數(shù)字信號工作，控制手段靈活方便，抗干擾能力強(qiáng)。所以，全數(shù)字直流調(diào)速控制精度、可靠性和穩(wěn)定性比模擬直流調(diào)速系統(tǒng)大大提高。所以，直流傳動控制采用微處理器實現(xiàn)全數(shù)字化，使直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)入一個嶄新的階段。

微處理器誕生于上個世紀(jì)七十年代，隨著集成電路大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路制

造工藝的迅速發(fā)展，微處理器的性價比越來越高。此外，由于電力電子技術(shù)的發(fā)展，制-作-工-藝的提升，使得大功率電子器件的性能迅速提高。為微處理器普遍用于控制電機(jī)提供了可能，利用微處理器控制電機(jī)完成各種新穎的、高性能的控制策略，使電機(jī)的各種潛在能力得到充分的發(fā)揮，使電機(jī)的性能更符合工業(yè)生產(chǎn)使用要求，還促進(jìn)了電機(jī)生產(chǎn)商研發(fā)出各種如步進(jìn)電機(jī)、無刷直流電機(jī)、開關(guān)磁阻電動機(jī)等便于控制且實用的新型電機(jī)，使電機(jī)的發(fā)展出現(xiàn)了新的變化。

對于簡單的微處理器控制電機(jī)，只需利用用微處理器控制繼電器、電子開關(guān)元器件，使電路開通或關(guān)斷就可實現(xiàn)對電機(jī)的控制�，F(xiàn)在帶微處理器的可編程控制器，已經(jīng)在各種的機(jī)床設(shè)備和各種的生產(chǎn)流水線中普遍得到應(yīng)用，通過對可編程控制器進(jìn)行編程就可以實現(xiàn)對電機(jī)的規(guī)律化控制。對于復(fù)雜的微處理器控制電機(jī),則要利用微處理器控制電機(jī)的電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角等，使電機(jī)按給定的指令準(zhǔn)確工作。通過微處理器控制，可使電機(jī)的性能有很大的提高。目前相比直流電機(jī)和交流電機(jī)他們各有所長，如直流電機(jī)調(diào)速性能好，但帶有機(jī)械換向器，有機(jī)械磨損及換向火花等問題；交流電機(jī)，不論是異步電機(jī)還是同步電機(jī)，結(jié)構(gòu)都比直流電機(jī)簡單，工作也比直流電機(jī)可靠，但在頻率恒定的電網(wǎng)上運(yùn)行時，它們的速度不能方便而經(jīng)濟(jì)地調(diào)節(jié)。高性能的微處理器如DSP (DIGITAL SIGNAL PROCESSOR即數(shù)字信號處理器)的出現(xiàn)，為采用新的控制理論和控制策略提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)，使電機(jī)傳動的自動化程度大為提高。在先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床等數(shù)控位置伺服系統(tǒng)，已經(jīng)采用了如DSP等的高速微處理器，其執(zhí)行速度可達(dá)數(shù)百萬兆以上每秒，且具有適合的矩陣運(yùn)算。

采用微處理器控制，使整個調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字化程度，智能化程度有很大改觀；采用微處理器控制，使調(diào)速系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上簡單化，可靠性提高，操作維護(hù)變得簡捷，電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時轉(zhuǎn)速精度等方面達(dá)到較高水平。由于微處理器具有較佳的性價比，所以微處理器在工業(yè)過程及設(shè)備控制中得到日益廣泛的應(yīng)用。

3.本次研究意義

電機(jī)控制器的發(fā)展朝著集成化和通用化的方向發(fā)展著。目前，電機(jī)控制專用集成電路芯片技術(shù)已經(jīng)比較成熟，電機(jī)控制專用集成電路芯片的種類也十分齊全，但在通用性上還顯得不足。而且，電機(jī)控制專用集成電路品種規(guī)格繁多，產(chǎn)品資料和應(yīng)用資料豐富，但是又很分散，需要花時間收集整理、分析消化。

本課題著力于研究電機(jī)控制器的通用化開發(fā)。

應(yīng)用于科研的板卡，其功能齊全，但是價格昂貴。一旦研究成果需要推廣，就遇到成本難以下降的局面。自行開發(fā)的板卡，又要大量重復(fù)的編程勞動，使開發(fā)周期加長。利用MCU，編寫在一定領(lǐng)域具有通用功能的控制器程序，借鑒和利用MATLAB的信號流圖，研究通過編碼信息下載,在MCU程序的解釋下,實現(xiàn)控制功能.

由于采用微處理器，應(yīng)用新控制理論和方法，使實現(xiàn)實時控制成為可能，并且增加了系統(tǒng)功能和柔性。具有控制靈活，智能化水平高，參數(shù)易修改等優(yōu)點，從而達(dá)到很高的控制精度和良好的穩(wěn)定性。

二、課題重難點及預(yù)期目標(biāo)

按照本課題的要求，需要掌握的知識有自動控制系統(tǒng)相關(guān)的理論知識，直流電動的調(diào)速系統(tǒng)原理及數(shù)學(xué)模型，然后要學(xué)會用MATLAB的Simulink和SimPower System工具箱，采用面向電氣原理結(jié)構(gòu)圖的仿真技術(shù)，對雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行建模與仿真分析，得出最佳的控制系統(tǒng)模型。下一步便是學(xué)會使用STM32，通過編程將得到的控

制系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為計算機(jī)語言來實現(xiàn)全數(shù)字控制。課題的重難點在于MATLAB的仿真分析，PROTEL設(shè)計繪制電路板以及STM32F107的編程使用。

預(yù)期目標(biāo)是：1.設(shè)計出一個通用性較好的PID控制器；

2.PID控制算法的單片機(jī)實現(xiàn)；

3.設(shè)計制作出基于STM32F107開發(fā)板的電機(jī)驅(qū)動板。

三、文獻(xiàn)綜述

根據(jù)直流電機(jī)的工作基本原理，由直流電機(jī)的機(jī)械特性方程

nU

KeTKK aet

可知直流調(diào)速方法有三種：

（1）改變電樞回路電阻。該方法的優(yōu)點是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單；缺點是效率低。因此，該方法適于小功率直流電機(jī)、開環(huán)控制且僅能有級調(diào)速。一般應(yīng)用于電動玩具中。

（2）改變電動機(jī)主磁通。該方法的優(yōu)點是能夠?qū)崿F(xiàn)平滑調(diào)速；缺點是調(diào)速范圍小而且通常是配合調(diào)壓調(diào)速在基速以上作小范圍的升速。現(xiàn)已很少單獨(dú)使用，通常以非獨(dú)立控制勵磁的方式出現(xiàn)。

（3）調(diào)節(jié)電樞供電電壓U。改變電樞電壓主要從額定電壓往下降低電樞電壓，從電動機(jī)額定向下變速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，這種方法最好。可調(diào)的直流電源有以下三種：①旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組：用交流電動和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組以獲得可調(diào)的流電源。這種方法的優(yōu)點是可以在許的轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)四象限運(yùn)行，缺點設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低安裝須打地基、運(yùn)行有噪聲、維護(hù)方便，50年代廣泛使用，今天很少用。②靜止式可控整流器：用靜止可控整流器，如晶閘管可控整流器以獲得可控直流電壓。③直流斬波器和脈寬調(diào)制變器：以恒定直流電源供電，用直流波器和脈寬調(diào)制變換器獲得可控的平電壓。

比較上面三種直流調(diào)速方法可看出，改變電阻調(diào)速缺點很多，目前很少使用，僅在一些起重機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)及電車等調(diào)速性能要求不高或低速運(yùn)轉(zhuǎn)時間不長的傳動系統(tǒng)中采用。弱磁調(diào)速范圍不大，往往是和調(diào)壓調(diào)速配合使用，做額定轉(zhuǎn)速以上作小范圍升速。因此自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主，必要時把調(diào)壓調(diào)速和弱磁調(diào)速配合使用。【1】

對直流電機(jī)電樞電壓的控制和驅(qū)動中，對半導(dǎo)體功率器件的使用上又可分為兩種方式：線性放大驅(qū)動方式和開關(guān)驅(qū)動方式。絕大多數(shù)情況下采用開關(guān)驅(qū)動方式。這種方式使半導(dǎo)體功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)，通過脈寬調(diào)制PWM 來控制電動機(jī)的電樞電壓，實現(xiàn)調(diào)速。

圖1 PWM 調(diào)速控制和電壓波形圖

圖1是利用開關(guān)管對直流電動機(jī)進(jìn)行PWM 調(diào)速控制的原理圖和輸入輸出電壓波形圖。

電動機(jī)的電樞繞組兩端的電壓平均值U0為 U0(t1Us0)t1t2t1UsUs T

式中，-占空比，=t1/T

占空比 表示了在一個周期T 里，開關(guān)管道通的時間與周期的比值。的變化范圍為0≤≤1。由上式可知，當(dāng)電源電壓Us 不變的情況下，電樞電壓的平均值U0取決于占空比的大小，改變值就可以改變端電壓的平均值，達(dá)到調(diào)速的目的，這就是PWM調(diào)速原理。

在PWM 調(diào)速時，占空比是一個重要參數(shù)。以下3 種方法都可以改變占空比的值。

（1）定寬調(diào)頻法

保持t1 不變，只改變t2，使周期與頻率也隨之改變。

（2）調(diào)寬調(diào)頻法

保持t2 不變，只改變t1，使周期與頻率也隨之改變。

（3）定頻調(diào)寬法

使周期保持不變，同時改變t1、t2。

前兩種方法在調(diào)速時，改變了控制脈沖的周期，當(dāng)控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時，將會產(chǎn)生震蕩，因此很少用。目前主要用定頻調(diào)寬法�！�2】，【3】

當(dāng)今正在使用和不斷發(fā)展的直流電機(jī)的主流調(diào)速方法—晶閘管電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要包含以下幾種形式 ：1、開環(huán)晶閘管電動機(jī)系統(tǒng)；2、轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)；3、轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)；4、三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)；5、晶閘管電動機(jī)系統(tǒng)的可逆線路；6、有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)；7、無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)。

直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展過程是一個從簡單到復(fù)雜、從開環(huán)到閉環(huán)、從單環(huán)到多環(huán)、從單向調(diào)速到可逆調(diào)速的不斷豐富完善的過程。不僅存在從單一調(diào)速方式向多種調(diào)速方式的縱向發(fā)展過程，而且每一種調(diào)速系統(tǒng)本身也都在發(fā)展完善之中。如開環(huán)閉環(huán)、單閉環(huán)、雙閉環(huán)、三環(huán)、有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)和無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)都在不斷的完善和發(fā)展之中。單閉環(huán)不僅是轉(zhuǎn)速閉環(huán)一種，根據(jù)應(yīng)用要求不同可以采用電壓負(fù)反饋、電流補(bǔ)償?shù)忍娲�措施。有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)目前有兩種，無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)目前有三種，它們都在不斷完善和發(fā)展之中。

直流調(diào)速系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展都與其他學(xué)科存在緊密聯(lián)系。第一它與電機(jī)學(xué)有緊密地聯(lián)系，因為對于調(diào)速來說，電機(jī)是控制對象，對控制對象的研究越深入控制效果才會越好。第二與半導(dǎo)體變流技術(shù)的發(fā)展密不可分，電力電子技術(shù)元器件的性能越好可供選擇的種類越多，調(diào)速系統(tǒng)的性能才會越好。微型計算機(jī)的發(fā)展，尤其是微控制器的發(fā)展為直流調(diào)速系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展插上了翅膀。微控制器在這里的應(yīng)用，改變了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，改變了傳感元件的檢測技術(shù)，并且使各種先進(jìn)控制算法得以實現(xiàn)。任何設(shè)計都不是終極設(shè)計，都在隨著其他科技的發(fā)展而不斷完善。

當(dāng)前直流調(diào)速已發(fā)展到一個很高的技術(shù)水平：功率元件采用可控硅；控制板采用表面安裝技術(shù)；控制方式采用電源換相、相位控制。特別是采用了微處理器及其他先進(jìn)電力電子技術(shù)，使數(shù)字式直流調(diào)速裝置在精度的準(zhǔn)確性、控制性能的優(yōu)良性和抗干擾的性能有很大的提高和發(fā)展，在國內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用。數(shù)字化直流調(diào)速

裝置作為目前最新控制水平的傳動方式顯示了強(qiáng)大優(yōu)勢。全數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)不斷升級換代，為工程應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)提供了優(yōu)越的條件�！�4】-【7】

直流調(diào)速系統(tǒng)中數(shù)字PID 控制器的參數(shù)選擇用下列兩種試驗確定法來選擇PID 參數(shù)，這是目前最常用且行之有效的方法。

1 湊試法

湊試法是通過模擬或閉環(huán)運(yùn)行系統(tǒng)， 來觀察響應(yīng)曲線，然后根據(jù)各控制參數(shù)對系統(tǒng)響應(yīng)的大致影響來改變參數(shù)，直到認(rèn)為俄到滿意的響應(yīng)為止。PID 控制器各參數(shù)值對系統(tǒng)響應(yīng)的影響如下：

增大比例系數(shù)KP,可以加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，有利于減少靜態(tài)誤差；但是過大的比例系數(shù)會使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，因此產(chǎn)生振蕩，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。增大積分常數(shù)TI,會有利于減小超調(diào)，減少振蕩，使系統(tǒng)更穩(wěn)定；但系統(tǒng)靜態(tài)誤差的消除將隨之減慢。 增大微分常數(shù)TD也可以加快系統(tǒng)的響應(yīng)，使超調(diào)量減小，穩(wěn)定性增加；但系統(tǒng)的抗干擾能力降低。在考慮了以上參數(shù)對控制過程的影響以后，湊實時，可按先比例-積分-再微分的順序反復(fù)調(diào)試參數(shù)。

2 經(jīng)驗法

用湊試法確定PID 參數(shù)需要經(jīng)過多次反復(fù)的試驗，為了減少湊試次數(shù)，可以借鑒他人的經(jīng)驗，事先作少量的試驗，已得到若干基準(zhǔn)參數(shù)，然后按照經(jīng)驗公式，用這些基準(zhǔn)參數(shù)推導(dǎo)出PID 控制參數(shù)�！�8】

參考文獻(xiàn)：

【1】張粵等 電機(jī)與控制系統(tǒng) 東南大學(xué)出版社 1999

【2】王曉明 電動機(jī)的ADSP控制 北京航空航天大學(xué)出版社 2015

【3】[6] A. Peterchev, J. Xiao, S. Sanders, "Architecture and IC

implementation of a digital VRM controller", IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 18, No. 1, January 2003 .

【4】周淵深 交直流調(diào)速系統(tǒng)與MATLAB仿真 中國電力出版社 2015

【5】陳維山，趙杰 機(jī)電系統(tǒng)計算機(jī)控制 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 1999

【6】高鐘毓 王永梁 機(jī)電控制工程 清華大學(xué)出版社 1993

【7】里嗣福等 計算機(jī)控制基礎(chǔ) 中國科技大學(xué)出版社 2001

【8】程剛 單片機(jī)控制直流調(diào)速系統(tǒng)的研究 百家論劍 2015年第23期

四、設(shè)計方案可行性

本次設(shè)計具有某些方面的探索性質(zhì)，當(dāng)前的控制器設(shè)計主要僅僅是針對某一臺電機(jī)而設(shè)計的，因此不具有通用性。本次通用控制器的設(shè)計可以借鑒一般控制器的設(shè)計過程，例如MATLAB仿真，PID算法的單片機(jī)實現(xiàn)皆是有先例可循，故而在這些共同領(lǐng)域來說，難度不大。

但體現(xiàn)本次設(shè)計通用性的PID控制器設(shè)計方面，控制結(jié)構(gòu)的選取，控制算法的應(yīng)用，系統(tǒng)的魯棒性都是需要一些方面的創(chuàng)新和突破的，是具有一定難度的。

五、進(jìn)度安排

六、指導(dǎo)教師意見

七、開題審查小組意見

【 東南大學(xué)自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計開題報告】相關(guān)文章：

本科畢業(yè)設(shè)計開題報告06-08

本科生畢業(yè)設(shè)計開題報告06-09

大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計開題報告06-09

畢業(yè)設(shè)計--開題報告06-09

畢業(yè)設(shè)計開題報告06-09

素描畢業(yè)設(shè)計開題報告06-23

道路畢業(yè)設(shè)計開題報告06-08

畢業(yè)設(shè)計開題報告格式06-08

建筑畢業(yè)設(shè)計開題報告06-08