控制系统综合设计课程任务书2014.pdfVIP

《控制系统综合设计》

程设计指导书

《控制系统综合设计》程设计

一、程设计要求

通过设计，要求学生在指导老师的指导下，独立完成所分担的题设计内容。包括：

正确选择方案。正确进行器件的选择，软硬件设计及调试；根据题设计要求进行必要

的实验、调试；绘制相应的原理图；编制软件程序，实现相应的功能；编写设计说明书；

参加答辩。

设计要求包括：

（1）初步掌握控制系统的分析、设计的基本方法。完成控制系统结构原理图的绘制，

完成一份课程设计说明书。

（2）掌握控制系统的组成、特性、体系结构、互连协议、工业现场实现等理论；

（3）掌握控制系统所需软、硬件平台，即单片机、PLC等控制器和控制局域网总线、

以太网总线等各种总线的总线标准，完成基于不同总线的现场节点结构和系统设计；要

求能初步应用各类编程软件开发工具进行总线和节点的开发。

二、程设计题目

（一）基于组态的工业以太网总线温度控制系统设计

1．系统模型

基于以太网总线，构建分布式电烤箱温控系统，采用片机、PC、控制软件编程技

术，实现电烤箱温控系统设计。以工业以太网教学实验开发平台为基础，利用组态软件

编写一上位机软件，模拟调试以现场总线为基础的热电偶温度检测模块与数字量输出模

块的控制。其中热电偶温度检测功能模块为只读数据，数字输出为可配置数据。利用功

能模块检测温度，通过数字输出通道来控制继电器开关，实现温度控制。

2．综合设计实现的基本功能

控制烤箱温度，量程范围0～100℃,超调量不超过5％。

3．综合设计的具体要求

（1）温度传感器选用J型热电偶；设计出温度检测的硬件控制系统，给出硬件系统

的电路原理图。

（2）实现热电偶温度检测系统软件设计，量程范围0～100℃，采用组态软件进行分

布式电烤箱温度控制系统监控软件设计，完成系统整体集成，调试运行。

（二）锅炉计算机温度控制系统的设计

设计任务：

1、要求锅炉温度保持在95-100℃，最高温度不得超过100℃，最低温度不能低于

95℃；

2、温度控制采用数字控制算法，参数检测不能保证在所要求温度范围时，进行报

警；

3、由加热元件实现加温；

4、对锅炉的温度参数进行检测并要求实时显示锅炉温度，显示位数4位；

5、温度参数由传感器进行检测，经变送器处理后，转换成0～5V标准信号，送A/D

转换器进行A/D转换，计算机每隔一定时间采样一次，采满5次后进行中滤波，经数

据变换后，显示参数的实际；

6、以LED数码管实现显示；

7、将温度检测与给定进行比较，得到偏差，将偏差经数字PID运算得到输出控

制，经D/A芯片进行D/A转换后输出控制电压或电流，以控制锅炉温度；

8、从P1口各引脚输出报警信号，点亮发光二极管，实现报警。

（三）基于工业以太网总线的直流(DC)电机调速系统设计

1．系统模型

典型的DC电机通过改变输入电压来改变电机在负载条件下的转动角速度。以单片机

控制系统核心部分，片机主要完成采集数据并将数据送给PC机进行相应处理，电机转

速信号的采集均由单片机系统自行完成，然后通过现场总线将转速信号实时地传送给PC

机进行处理。

以工业以太网教学实验开发平台为基础，利用组态软件编写一上位机软件，模拟实

现以现场总线为基础的直流(DC)电机调速系统设计。利用功能模块输出电压变化，改变

电机转速；电机的起、停控制由功能模块完成。

2．综合设计实现的基本功能

控制直流电机的启停、改变输入电压（0-10V）来改变电机转速，测量直流电机的转

速。

3．综合设计的具体要求

（1）构建直流(DC)电机调速系统硬件框架，给出硬件系统的电路原理图。

（2）根据系统设计要求实现的功能利用组态软件进行系统性能设计。

（四）医疗激光器功率控制系统设计

设计任务：

1、利用51系列单片机实现对激光器发射功率的控制，以实现改变激光器发射功率

等级的目的；

2、为达到配合LED或LCD和用户之间进行交互，完成键盘电路设计及程序设计；

3、为达到改变激光器的功率等级，完成数字电位器的驱动设计；

4、为实现检测激光器所在环境的温度，完成数字温度计如DS1820的程序设计；

5、为用以显示