自動化綜合設計.doc

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1、 電子信息與自動化學院 自動化系 自動化綜合設計 1、 目的 自動化綜合設計是學生必修的實踐環(huán)節(jié)之一，應使學生較系統(tǒng)的完成自動化系統(tǒng)設計。經(jīng)過選題、方案論證、設計與實現(xiàn)、系統(tǒng)測試、總結(jié)報告等基本過程，加深對自動控制原理、過程控制、運動控制、測試技術(shù)與自動化儀表等相關課程理論知識的分析理解。通過實踐引導學生把原理分析與工程設計結(jié)合，掌握自動控制系統(tǒng)設計的基本方法和一般規(guī)則，提高綜合應用能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和實踐能力，為畢業(yè)設計打下堅固的基礎。 1、 培養(yǎng)科學的工作

2、作風和嚴謹務實的態(tài)度； 2、 培養(yǎng)獨立完成一個課題或?qū)嶋H問題的能力； 3、 培養(yǎng)查閱資料文獻手冊的能力； 4、 熟悉元器件類型，掌握合理選取元件的規(guī)則； 5、 鍛煉撰寫論文和設計報告的能力。 2、 設計內(nèi)容 本設計的主要內(nèi)容包括：自主選題、理論設計、調(diào)試與仿真、撰寫設計報告、答辯等。 自主選題。每個題目限兩組學生，每組學生不超過3人，鼓勵學生單獨完成。每組學生可申報5個以下備選題目，根據(jù)學生志愿最后確定選題。 理論設計包括方案選擇、系統(tǒng)設計等。通過調(diào)試與仿真，進一步完善設計，使之達到課程設計要求，使其更接近于實際產(chǎn)品。 撰寫設計總結(jié)報告，對理論設計內(nèi)容、調(diào)試過程進行全面總

3、結(jié)。小組成員既要分工，又要協(xié)作，同一小組成員之間可以相互探討、協(xié)商，可以互相借鑒或參考別人的設計方法和經(jīng)驗，但每個學生必須獨立完成設計報告和后面雷同了，可刪除 ，要有完整的設計資料，設計報告雷同率超過50%的課程設計考核按不及格處理。 最后，通過答辯過程展現(xiàn)課程設計所做的工作。 課程設計過程采用相對集中方式，以刪除 組為單位集中到實驗室進行。配備計算機、相關軟件及電子元器件等器材設備。實驗室提供常見元器件及設備，其他所需器件應提前通知實驗室采購或自行購買。 在課程設計過程中，實訓教學課堂化，嚴格考勤制度，在課程設計期間累計曠課達到10學時，取消考核資格。需要外出查找資料、購買電子元件

4、時，必須向指導老師請假，經(jīng)同意后方可外出。 3、 設計題目 1、 雙閉環(huán)直流電機調(diào)速系統(tǒng)電流環(huán)模擬PI調(diào)節(jié)器(指導教師：周鵬)??? l 電機對象參數(shù)測量； l 電流環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)PID參數(shù)設計； l 以運算放大器為核心器件設計并實現(xiàn)電流比較器及PI運算硬件電路。 2、 雙閉環(huán)直流電機調(diào)速轉(zhuǎn)速環(huán)數(shù)字PI調(diào)節(jié)器(指導教師：周鵬)???? l 電機對象參數(shù)測量； l 電流環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)PID參數(shù)設計； l 以A/D轉(zhuǎn)換器和單片機為核心器件設計并實現(xiàn)轉(zhuǎn)速信號采集和數(shù)字PI運算。 3、 雙閉環(huán)直流電機調(diào)速系統(tǒng)PID控制仿真(指導教師：周鵬)??? l 分析并建立電機對象數(shù)學模型；

5、l 建立基于SIMULINK環(huán)境的系統(tǒng)仿真模型，進行仿真研究； l 在實際控制系統(tǒng)中驗證并分析。 4、 小球陣列多軸運動控制(指導教師：周鵬)??? l 基于固高四軸運動控制驅(qū)動器的小球陣列控制； l PC機面向?qū)ο髴贸绦蛟O計，實現(xiàn)小球位置控制； l 小球陣列兩種以上姿態(tài)變換。 5、 三相異步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)(指導教師：劉成軍)??? l 以三相異步電機為研究對象，研究空間矢量PWM產(chǎn)生原理； l 測取空間矢量PWM波形； l 進行開環(huán)控制實驗，收集相關的實驗數(shù)據(jù)。 6、 PID控制仿真(指導教師：楊佳)??? l 某過程控制系統(tǒng)如圖所示，試設計PID調(diào)節(jié)器參數(shù)，使該系

6、統(tǒng)動態(tài)性能達到最佳； l 試采用Smith預估控制方法對上圖所述系統(tǒng)進行重新設計，并用仿真的方法分析滯后參數(shù)變化對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響； l MATLAB仿真驗證設計及干擾分析。 7、 雙容水箱液位系統(tǒng)(指導教師：楊佳)??? l 分析并建立雙容水箱動態(tài)數(shù)學模型； l 在MATLAB下建立系統(tǒng)仿真模型，并進行仿真研究； l 在實際控制系統(tǒng)中驗證并分析。 8、 鍋爐汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)衰減比例度法整定(指導教師：張俊)??? l 以KPS2000軟件為模擬鍋爐運行平臺，設計鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)方案； l 測定鍋爐上汽包的特性曲線； l 依據(jù)衰減比例度法進行PID控制參

7、數(shù)整定，整定目標：1/4衰減振蕩過程。 9、 鍋爐汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)臨界比例度法整定(指導教師：張俊)??? l 以KPS2000軟件為模擬鍋爐運行平臺，設計鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)方案； l 測定鍋爐上汽包的特性曲線； l 依據(jù)臨界比例度法進行PID控制參數(shù)整定，整定目標：1/4衰減振蕩過程。 10、 雙容水箱PID參數(shù)整定(指導教師：張俊)??? l 以KPS2000軟件為模擬鍋爐運行平臺，設計雙容水箱控制系統(tǒng)； l 測定雙容水箱的特性曲線； l 依據(jù)經(jīng)驗湊試法進行PID控制參數(shù)整定，整定目標：1/4衰減振蕩過程。 11、 光控電功率控制系統(tǒng)設計(指導教師：張俊)??

8、? l 能對外界環(huán)境光強進行檢測； l 依據(jù)檢測結(jié)果對輸出電功率進行控制。 12、 電容式液位計(指導教師：張俊)???? l 利用金屬容器和金屬棒制作一液體容器，并形成一測量液位的電容傳感器； l 設計一測量轉(zhuǎn)換電路，將電容傳感器的電容變化值轉(zhuǎn)換成1-5V電壓輸出； l 液位顯示。 13、 紅外測距儀(指導教師：劉曉東)??? l 以紅外線性器件設計一紅外輻射源輻射強度測量電路； l 標定紅外輻射和距離關系； l 系統(tǒng)工作滿足一般測距要求。 14、 電子秤(指導教師：劉曉東)???? l 利用稱重傳感器設計測量電路，設計應變片檢測電路中的相敏檢波器、變換電橋； l

9、對電子稱進行標定； l 系統(tǒng)工作滿足電子秤一般要求。 15、 簡易電阻測試儀(指導教師：劉曉東)??? l 手動分檔100Ω、1kΩ、10kΩ、10MΩ； l 3位數(shù)碼管顯示； l 測試精度5%； 16、 電容數(shù)字測量儀(指導教師：劉曉東)??? l 設計電容數(shù)字測量儀電路，測量并顯示電容大小 l 測量電容范圍為100pf~50F l 系統(tǒng)工作滿足電容測量一般要求。 17、 光電式速度計(指導教師：張蓮)??? l 利用光電式傳感器設計速度計量系統(tǒng)； l 具有計數(shù)功能； l 系統(tǒng)工作滿足速度計一般要求。 18、 磁電式速度計(指導教師：張蓮)??? l 利用磁電式

10、傳感器設計速度測量系統(tǒng)； l 具有計數(shù)功能； l 系統(tǒng)工作滿足速度計一般要求。 19、 直流電機驅(qū)動器設計(指導教師：張蓮)???? l 直流電機H橋驅(qū)動電路設計（不能采用集成電路）； l 基于PI控制的閉環(huán)PWM調(diào)速軟件設計； l 設計按鍵實現(xiàn)電機加減速、反轉(zhuǎn)功能； 20、 熱電偶冷端自動補償溫度計(指導教師：熊文)???? l 選擇一常溫熱電偶，對其作簡單的標定； l 利用熱電阻設計一自動冷端補償電路； l 系統(tǒng)工作滿足溫度計一般要求。 21、 基于單片機的多路數(shù)據(jù)采集(指導教師：熊文)???? l 設計八路模擬信號自動采集與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)； l 以單片機作為下位機

11、，能夠完成模擬電壓信號采集和A/D轉(zhuǎn)換。設計出與上位機的通訊電路和通信程序，把采集數(shù)據(jù)傳遞到上位機； l PC機作為上位機，設計上位機接口程序，并可以在上位機上顯示采集到的數(shù)據(jù)。 4、 進度安排 時間 項目 學時數(shù) DAY1 總體方案設計 12H DAY2 DAY3 軟、硬件設計及仿真 24H DAY4 DAY5 DAY6 DAY7 申領元器件并進行軟、 硬件調(diào)試 30H DAY8 DAY9 DAY10 DAY11 DAY12 撰寫設計報告 12H DAY13 DAY14 DAY15 答辯與總結(jié) 6H 5、 設計報告 設

12、計報告需獨立完成，格式符合要求，文字（不含圖形、程序）不少于3000字，圖形繪制規(guī)范。其基本格式如下： l 封面（參見附頁） l 摘要 l 目錄 l 正文 l 參考文獻 其中，正文應包括以下內(nèi)容： 1、 概述 1、 所做題目的意義 2、 本人所做的工作 3、 系統(tǒng)主要功能 2、 硬件電路設計及描述 1、 闡述方案選擇及設計思想。 針對一種方案論述，闡述采用該方案的理由，說明它的優(yōu)勢；或者提出兩種以上方案，通過比較它們的優(yōu)缺點，確定一種方案。 2、 繪制原理框圖，描述各功能單元之間的邏輯關系。 將硬件設計按功能劃分為若干部分或單元，每一部分用一個方框表示，將各部分之

13、間的邏輯關系用帶方向的線連接起來（表示信息流向等）。 3、 簡述工作原理。 結(jié)合原理框圖，用文字和圖形（如波形圖等）將工作原理闡述清楚。 4、 繪制原理電路圖，描述各元器件之間的實際連接關系。 電路圖要注意詳盡。應畫出各元器件之間的所有引腳，至少應畫出本設計中所使用到的元器件的引腳（包括電源和接地），應畫出各元器件之間的所有連接關系（包括電源線，地線的連接，以及電源濾波電容等）；標出所有元器件編號和型號。這里的編號指的是在圖中對元器件的編號，如電容編號 C1、C2、…；電阻編號 R1、R2、…；集成芯片編號 U1、U2、…；開關編號 K1、K2、…；指示燈編號 LED1、LED2、…等

14、。標出所有引腳序號和名稱；標出元件的標稱值，如電容的容量，電阻的阻值等。畫電路圖應注意規(guī)范，最好用電路CAD軟件繪制。另外，若使用課程沒有學過的器件，還需對它們的功能進行單獨說明。 5、 繪制元器件清單列表。 元器件清單中應列出數(shù)量，如有金額更好。元器件的編號和型號，應與原理電路圖一致。 3、 軟件設計流程及描述 1、 繪制系統(tǒng)模塊層次結(jié)構(gòu)圖 軟件總體設計方案應遵循結(jié)構(gòu)化程序設計思想，自頂向下，逐步求精。將系統(tǒng)功能劃分為多個模塊，通過模塊層次結(jié)構(gòu)圖闡述系統(tǒng)各個組成模塊的層次結(jié)構(gòu)和功能關系。 2、 程序流程圖 軟件的設計思路用流程圖描述可以一目了然。流程圖的繪制要力求規(guī)范，如處理為

15、矩形框，判斷為棱形框等。流程圖不易太粗，要能清楚地描述軟件思路，并且以文字說明來闡述軟件工作原理。 3、 源程序代碼 報告應給出完整的程序清單，并加以注釋，個別較重要的程序還要特別加以說明，例如體現(xiàn)關鍵功能的程序段，使用了某些技巧的程序段，有獨到之處或有所創(chuàng)新的程序段等。 4、 測試 課程設計題目均未給出性能指標要求，需自行測試。要求寫出測試方法、測試設備、實測數(shù)據(jù)，最后給出系統(tǒng)指標。 5、 總結(jié) 以上各部分，硬件電路設計和軟件程序設計部分為報告的重點，但并非所有題目都是軟硬兼施，應根據(jù)實際題目和實際方案來側(cè)重詳略。 6、 考核方法 本課程設計考核方式為考查，考核結(jié)果為五級

16、計分制，分數(shù)在90~100為優(yōu)秀，80~89為良好，70~79為中等，60~69為及格，59以下為不及格。 考核成績記錄表參見附頁（封面）。主要包括以下內(nèi)容 1、 設計質(zhì)量（50分） 包括硬件的連接、程序固化、硬件調(diào)試（仿真）。要求元器件布局合理，連線規(guī)范、整潔、牢固，硬件調(diào)試（仿真）符合設計要求，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。 總體方案創(chuàng)新性、硬件設計創(chuàng)新性、軟件設計創(chuàng)新性、測試方法創(chuàng)新性?？己藭r要查看原始設計資料和相關記錄，分別進行考核。重點考核擴展部分要求是否完成。 設計報告須獨立完成。格式符合要求，文字不少于3000字，圖形、圖表、圖標規(guī)范。 2、 平時成績（20分） 主要考核考勤、

17、課堂紀律、學習態(tài)度、工作方法等方面。 3、 答辯（30分） 主要考核問答問題情況，要求思路清晰，語言準確、精煉。對于課程設計中的基本問題、相關的基本知識能夠進行解答。其中熟練程度占2/3，答辯中的個人素質(zhì)占1/3。 7、 指導老師及聯(lián)系方式 姓名 電話 E-mail 值守地點 張俊 13617691177 zhangjun_0415@ 第三實驗大樓C-508 張蓮 13368098435 zh_lian@ 第三實驗大樓C-207 周鵬 13320217010 pengzhou@ 第三實驗大樓C-606 劉曉東 15213117676 liu-xd@ 第三實驗大樓C-207 楊佳 13996036560 yangjia116@ 第三實驗大樓C-207 劉成軍 15023753597 lcj_l@ 第三實驗大樓C-406 熊文 13594155387 sjh25009sjh25009@ 第三實驗大樓C-207