自动控制综合设计题目级.ppt

自动控制综合设计 指导老师：殷时蓉/杜军 一、X-Y数控工作台控制器设计 X-Y数控工作台是许多机电一体化系统的基本部件，如数控车床的纵-横向进刀机构，数控铣床和数控钻床的X-Y工作台，激光加工设备的工作台，电子元件表面贴装设备等。 模块化的X-Y数控工作台，通常有导轨坐、移动滑块、工作平台、滚珠丝杠螺母副，以及伺服电动机等部件构成。其外观如图所示。 伺服电动机作为执行机构来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠的螺母带动滑块和工作平台在导轨上运动，完成工作台在X、Y方向的直线运动。 一、X-Y数控工作台控制器设计 设计任务： 设计一种供立式数控铣床使用的X-Y数控工作台的控制器 ，执行电机为步进电机。工作台主要参数如下： （1）立铣刀最大直径 d=15mm （2）立铣刀齿数 z=3 （3）最大铣削宽度为ae=15mm （4）最大背吃刀量ap=8m （5）加工材料为碳素钢或有色金属 （6）X、Y方向的脉冲当量为δx=δy=0.005mm/脉冲 （7） X、Y方向的定位精度均为±0.01mm （8）工作台面尺寸为230mm×230mm，加工范围为250mm×250mm; （9）工作台空载最快移动速度vxmax=vymax=3000mm/min （10）工作台进给最快移动速度vxmaxf=vymaxf=400mm/min 一、X-Y数控工作台控制器设计 根据工作台的参数和机械传动部件，最后计算得到所选步进电机为 110BF003，电机参数为: 相数：3 步距角：0.75/1.5o 输入电压：80V 电流：6A 最大静转矩7.84N.m 空载起动频率：1800Hz 空载运行频率：20000Hz 转动惯量：5.5kg.cm2 步进电机工作方式为三相六拍 一、X-Y数控工作台控制器设计 设计要求： 画出控制系统的电路图，用汇编或Keil C写出控制程序 二、PWM波直流电机速度调节系统 二、PWM波直流电机速度调节系统 设计任务： 1.假设直流电机和PWM控制与变换器传递函数如图所示，用最少拍方法设计直流电机调速系统的数字控制器D(z),并用程序实现。 2.用8051系列单片机实现数字控制器。要求画出控制电路图，用汇编或Keil C写出控制程序。 三、Bode 图法控制系统设计---串联滞后校正 设计任务： 设被控对象的传递函数为 设计要求： （1）开环增益Kv=20 （2）频率裕量γ=70o， （3）对此控制器进行离散化，并用计算机程序实现（划出流程图） （4）用Matlab对系统进行仿真，分析系统的阶跃响应 四、锅炉设备加工系统 锅炉设备加工系统是用来为锅炉锅筒钻孔的设备，用于在焊接成锅筒前的钢板上按规定的位置和孔径自动钻孔。加工过程为：钻孔加工，刀架移动，锅筒旋转三个部分。钻孔加工由动力头实现，分快进、工进、快退三种工况。 （1）刀架移动的脉冲当量为δx=50mm/脉冲 （2）锅筒旋转的脉冲当量为δy=15o/脉冲 （3）锅筒长为2300mm， （4）刀架移动最快移动速度vxmax=300mm/min 四、锅炉设备加工系统 设计任务： 1.要求可进行手动和自动两种操作方式。每加工完一个孔，做累加计数。 2. 刀架移动实现钻孔定位（X轴方向），由步进电机驱动，分左移、右移两种运动方向。锅筒旋转由独立的驱动系统驱动，以实现孔位的Y轴方向定位。用8051系列单片机控制步进电机。要求画出控制电路图，用汇编或Keil C写出控制程序。 3.每次加工，要求动力装置从零位开始进入工作位置，依次钻孔加工。每完成一排的钻削工作，锅筒转动一个角度。依次类推，直到加工结束。 四、锅炉设备加工系统 4. 此系统中根据机械结构，选择的步进电机为：90BF001，电机参数为: 相数：4 步距角：0.9o 输入电压：180V 电流：7A 最大静转矩3.92N.m 空载起动频率：2000Hz 空载运行频率：8000Hz 步进电机工作方式为四相八拍 五、晶闸管直流电机速度调节系统 典型直流伺服电动机控制数学模型 直流电机的调速方式 由于直流伺服电机的机械特性方程为： 式中，UC —电枢控制电压；R —电枢回路电阻； Φ —每极磁通；Ce、Ct—分别为电动机的结构常数。 由此，直流伺服电机的控制方式如下： （1）调