控制系统分析与设计方法

❶ 控制系统分析与设计的编辑推荐

《控制系统分析与设计》密切结合工程实际，从应用角度全面系统论述控制系统的建模、分析、设计、实现和调试等问题。在介绍理论方法的同时，适当介绍工程实用方法，例如控制系统的飞升曲线建模方法、控制系统工程综合方法等。理论深度适中，强调实际工程应用，尤其突出物理概念、基本理论与实际应用之间的有机联系。
在传统方法的基础上，介绍控制系统的非线性补偿、重复控制、滑模变结构控制、自抗扰控制等，以及伺服控制系统的干摩擦及其改善措施、传缓陆动间隙对伺服系统的影响及其补偿、机械谐振对伺服系统的影响及其补偿等实际控制系统的典型问题及解决方法、控制系统的电磁兼容和可靠性等问题。
通过具有代表性的多个典型实例，介绍自动控制系统的构成原理、设计和分析方法。《控制系统分析与设计》所举的工程槐兆实例具有典型性、代表性，兼顾传统技术与新铅哪租技术的应用，例如天线指向/跟踪伺服系统（高精度系统）、火炮方位伺服系统（模拟系统+典型非线性）、飞行仿真伺服系统（数字系统）等。

❷ 控制系统分析与设计的目录

第1章控制系统导论
1.1引言
1.2自动控制系统的分类
1.2.1开环控制、闭环控制和复合控制
1.2.2恒值控制、程序控制和伺服控制
1.2.3数字控制系统
1.3控制系统的组成
1.4控制系统分析与设计步骤
第2章控制系统的数学模型
2.1连续控制系统的数学模型
2.1.1控制系统的运动方程式
2.1.2非线性方程的线性化
2.1.3连续系统的传递函数
2.1.4控制系统的状态空间方程
2.2离散控制系统的数学模型
2.2.1信号采样与保持
2.2.2离散系统的数学描述
2.3控制系统的工程建模方法
2.3.1时域建模的飞升曲线法
2.3.2频域建模方法
2.3.3相关分析建模方法
习题
第3章控制系统的稳定性与结构分析
3.1控制系统稳定性概念
3.1.1线性系统的稳定性--BIBO稳定性
3.1.2Lyapunov稳定性
3.2控制系统的稳定性分析
3.2.1Lyapunov第一法
3.2.2Lyapunov第二法--稳定性分析的直接法
3.2.3线性系统的Lyapunov稳定性分析
3.3线性连续系统的稳定性判据
3.3.1Routh稳定判据
3.3.2Hurwitz稳定判据
3.3.3Nyquist稳定判据
3.4控制系统的相对稳定性
3.4.1相对稳定性的定义
3.4.2稳定裕度的计算
3.5控制系统的鲁棒稳定性
3.5.1鲁棒性的基本概念
3.5.2参数不确定系统的鲁棒稳定行嫌性
3.6线性离散系统的稳定性分析
3.7线性系统的结构分析--可控性和可观测性
3.7.1线性系统的可控性
3.7.2线性系统的可观测性
习题
第4章控制系统的综合与校正
4.1控制系统的性能指标
4.1.1典型输入信号
4.1.2控制系统的稳态性能和系统的型别
4.1.3控制系统的时域性能指标
4.1.4控制系统的闭环频域指标
4.1.5控制系统的开环频域指标
4.2基本校正方式和控制规律
4.2.1校正方式
4.2.2基本控制规律
4.2.3校正装置
4.3串联校正
4.3.1串联超前校正
4.3.2串联滞后校正
4.3.3串联滞后?超前校正
4.4期望频率特性校正法
4.4.1期望频率特性设计
4.4.2常用期望频率特性
4.4.3工程设计法
4.5反馈校正
4.6复合校正
4.7数字控制器设计
4.7.1数字PID控制实现及其改进措施
4.7.2数字控制器的连续设计方法
4.7.3数字控制器的离散设计方法
习题
第5章伺服系统的工程实现
5.1伺服系统组成及其分类
5.1.1伺服系统的组成
5.1.2伺服系统的分类
5.2伺服电动机
5.3伺服系统检测与信号转换
5.3.1伺服系统的位移检测
5.3.2伺服系统的信号转换电路
5.3.3自整角机/旋转变压器?数字转换器(SDC?RDC)
5.3.4数字?自整角机/旋转变压器转换器(DSC/DRC)
5.4伺服系统的稳态设计
5.4.1负载分析计算
5.4.2执行电动机选择
5.4.3检测装置、信号转换线路、放大装置及电源设计与选择
5.4.4利用铭牌数据和经验公式推导伺服系统的传递函数
5.5伺服系统的电磁兼容性
5.5.1电磁干扰模型分析
5.5.2抑制电磁干扰的方档改手法
5.5.3伺服系统电磁兼容设计
5.6伺服系统的可靠性
5.6.1可靠性特征量
5.6.2伺服系统的可靠性设计
习题
第6章伺服系统的非线性控制
6.1伺服系统的干摩擦及其改善
6.1.1低速不平稳性
6.1.2减小低速跳动的措施
6.2传动间隙对伺服系统的影响及其补偿
6.2.1传动间隙对伺服系统性能的影响
6.2.2消歼首除间隙影响的措施
6.3机械谐振对系统的影响及其补偿
6.3.1传动轴变形造成的机械谐振
6.3.2消除机械谐振的补偿措施
6.4伺服系统的非线性补偿
6.4.1非线性速度阻尼
6.4.2非线性积分器和非线性PI调节器
6.4.3自抗扰控制
6.4.4多模控制技术
6.5伺服系统的重复控制
6.5.1重复控制原理
6.5.2重复控制系统的稳定性
6.5.3重复控制器设计
6.6伺服系统的滑模变结构控制
6.6.1滑模变结构控制原理
6.6.2二阶系统开关控制
6.6.3滑动模态
习题
第7章控制系统设计举例
7.1永磁同步电机调速系统
7.1.1永磁同步电动机的结构
7.1.2永磁同步电机数学模型
7.1.3永磁同步电机矢量控制策略
7.1.4永磁同步电机调速系统设计
7.1.5基于TMS320LF2407ADSP的永磁同步电机调速系统
7.2星载天线伺服控制系统
7.2.1星载天线负载特性分析与伺服电机选择
7.2.2星载天线伺服控制系统结构设计
7.2.3星载天线伺服系统控制器设计
7.2.4星载天线伺服系统的滑模变结构控制
7.3火炮伺服系统
7.3.1火炮伺服系统的基本组成
7.3.2火炮伺服系统设计
7.4飞行仿真头位跟踪视景伺服系统
7.4.1飞行仿真头位跟踪视景系统的结构
7.4.2飞行仿真伺服系统的原理以及硬件实现
7.4.3飞行仿真伺服系统设计
7.4.4控制程序设计
参考文献
……

❸ 有哪些建立控制系统数学模型的方法

在控制系统的分析和设计中,首先要建立系统的数学模型.控制系统的数学模型是描述系统内部物理量(或变量)之间关系的数学表达式.在静态条件下(即变量各阶导数为零),描述变量之间关系的代数方程叫静态数学模型；而描述变量各阶导数之间关系的微分方程叫数学模型.如果已知输入量及变量的初始条件,对微分方程求解就可以得到系统输出量的表达式,并由此可对系统进行性能分析.因此,建立控制系统的数学模型是分析和设计控制系统的首要工作
建立控制系统数学模型的方法有分析法和实验法两种.分析法是对系统各部分的运动机理进行分析,根据它们所依据的物理规律或化学规律分别列写相应的运动方程.例如,电学中有基尔霍夫定律,力学中有牛顿定律,热力学中有热力学定律等.实验法是人为地给系统施加某种测试信号,记录其输出响应,并用适当的数学模型去逼近,这种方法称为系统辨识.近几年来,系统辨识已发展成一门独立的学科分支,本章重点研究用分析法建立系统数学模型的方法.
在自动控制理论中,数学模型有多种形式.时域中常用的数学模型有微分方程、差分方程和状态方程；复数域中有传递函数、结构图；频域中有频率特性等.

❹ 在经典控制理论时期,分析和设计自动化控制系统的主要方法是什么分别基于什么样的原理和思想方法

看看网络的解释：

经典控制理论主要研究系统运动的稳定性、时间域和频率域中系统的运动特性（见过渡过程、频率响应）、控制系统的设计原理和校正方法（见控制系统校正方法）。经典控制理论包括线性控制理论、采样控制理论、非线性控制理论（见非线性系统理论）三个部分。早期，这种控制理论常被称为自动调节原理，随着以状态空间法为基础和以最优控制理论为特征的现代控制理论的形成（在1960年前后），开始广为使用现在的名称。

控制理论的形成远比控制技术的应用要晚。古代，罗马人家里的水管系统中就已经应用按反馈原理构成的简单水位控制装置。中国北宋元初年（1086～1089）也已有了反馈调节装置──水运仪象台。但是直到1787年瓦特离心式调速器在蒸汽机转速控制上得到普遍应用，才开始出现研究控制理论的需要。

1868年，英国科学家J.C.麦克斯韦首先解释了瓦特速度控制系统中出现的不稳定现象，指出振荡现象的出现同由系统导出的一个代数方程根的分布形态有密切的关系，开辟了用数学方法研究控制系统中运动现象的途径。英国数学家E.J.劳思和德国数学家A.胡尔维茨推进了麦克斯韦的工作，分别在1875年和1895年独立地建立了直接根据代数方程的系数判别系统稳定性的准则（见代数稳定判据）。

1932年，美国物理学家H.奈奎斯特运用复变函数理论的方法建立了根据频率响应判断反馈系统稳定性的准则（见奈奎斯特稳定判据）。这种方法比当时流行的基于微分方程的分析方法有更大的实用性，也更便于设计反馈控制系统。奈奎斯特的工作奠定了频率响应法的基础。随后，H.W.波德和N.B.尼科尔斯等在30年代末和40年代进一步将频率响应法加以发展，使之更为成熟，经典控制理论遂开始形成。

1948年，美国科学家W.R.埃文斯提出了名为根轨迹的分析方法，用于研究系统参数（如增益）对反馈控制系统的稳定性和运动特性的影响，并于1950年进一步应用于反馈控制系统的设计，构成了经典控制理论的另一核心方法──根轨迹法。

40年代末和50年代初，频率响应法和根轨迹法被推广用于研究采样控制系统和简单的非线性控制系统，标志着经典控制理论已经成熟。经典控制理论在理论上和应用上所获得的广泛成就，促使人们试图把这些原理推广到像生物控制机理、神经系统、经济及社会过程等非常复杂的系统，其中美国数学家N.维纳在1948年出版的《控制论》最为重要和影响最大。

经典控制理论在解决比较简单的控制系统的分析和设计问题方面是很有效的，至今仍不失其实用价值。存在的局限性主要表现在只适用于单变量系统，且仅限于研究定常系统。

以频率响应法和根轨迹法为核心的控制理论。[1]频率响应理论对于分析，设计单变量系统来说是非常有效的工具。设计者只需根据系统的开环频率特性，就能够判断闭环系统的稳定性和给出稳定裕量的信息，同时又能非常直观地表示出系统的主要参数，即开环增益与闭环系统稳定性的关系。频率响应法圆满地解决了单变量系统的设计问题。1948年，伊万斯(W. R. Evans)提出了控制系统分析和设计的根轨迹法。

❺ 在经典控制理论时期，分析和设计自动控制系统的主要方法是什么分别基于什么样的原理和思想

经典基于传递函数的物理理解，就是把一套系统知嫌扰的各个部分变成数学模型，就是传递函数，搭旦一般采用时域，频域分析。现代是基于更多的数学方法，主要研究状态量，一般采用时域分者大析

❻ 控制系统分析与设计的介绍

《控制系统分析与设计》系统地介绍了控孙团旅制系统的构成、分析、设计则凳及调试方法。内容主要包括控制系统的组成和性能指标、控制系统或羡的建模方法、稳定性与结构分析、综合与校正、伺服控制系统的静态和动态设计、伺服控制系统的非线性控制、典型控制系统实例分析和设计等。

❼ 水塔水位的PLC控制系统的设计与分析

按钮SB来模拟液位传感器，M1、M2为抽水电动机。
控制要求为：

❽ 对控制系统的基本要求和系统设计的方法有哪些方面

控制系统设计是一个很大的课题.从分类上来说有开环控制系统(如交通灯),闭环反馈控制系统(如温度控制),有模拟控制系统,也有数字控制系统.它们的具体设计要求各有不同.但总体来说,一般控制系统要求
1)满足控制精度和稳定性要求
2)满足响应时间要求
3)有足够的抗干扰和噪声的能力(鲁棒性)
4)容易实现,成本低

❾ 控制系统的原则设计包括有哪些

电气原理图设计 为满足生产机械及工艺要求进行的电气控制电路的设计 电气工艺设计 为电气控制装置的制造,使用,运行,维修的需要进行的生产施工设计 第一节 电气控制设计的原则和内容 一,电气控制设计的原拍戚则 1)最大限度满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求 2)在满足要求的前提下,使控制系统简单,经济,合理,便于操作,维修方便,安全可靠 3)电器元件选用合理,正确,使系统能正常工作 4)为适应工艺的改进,设备能力应留有裕量 二,电气控制设计的基本内容 1.电气原理图设计内容 1) 拟定电气设计任务书 2)选择电力拖动方案和控制方式 3)确定电动机的类型,型号,容量,转速 4)设计电气控制原理图 5)选择电器元件及清单 6)编写设计计算说明书 2. 电气工艺设计内容 1)设计电气设备的总体配置,绘制总装配图和总接线图 2)绘制各组件电器元件布置图与安装接线陵团图,标明安装方式,接线方式 3)编写使用维护说明书 第二节 电力拖动方案的确定和电动机的选择 一,电力拖动方案的确定 1,拖动方式的选择 2,调速方案的选择 3,电动机调速性质应与负载特性相适应 二,拖动电动机的选择 (一)电动机选择的基本原则 1)电动机的机械特性应满足生产机械的要求,与负载的特性相适应 2)电动机的容量要得到充分的利用 3)电动机的结构形式要满足机械设计的安装要求,适合工作环境 4)在满足设计要求前提下,优先采用三相异步电动机 (二)根据生产机械调速要求选择电动机 一般---三相笼型异步电动机,双速电机 调速,起动转矩大---三相笼型异步电动机 调速高---直流电动机,变频调速交流电动机 (三)电动机结构形式的选择 根据工作性质,安装方式,工作环境选择 (四)电动机额定电压的选择 (五)电动机额定转速的选择 (六)电动机容量的选择 1,分析计算法: 此外,还可通过对长期运行的同类生产机械的电动机容量进行调查,并对机械主要参数,工作条件进行类比,然后再确定电动机的容量. 第三节 电气控制电路设计的一股要求 一,电气控制应最大限度地满足生产机械加工工艺的要求 设计前,应对生产机械工作性能,结构特点,运动情况,加工工艺过程及加工情况有充 分的了解,并在此基础上设计控制方案,考虑控制方式,起动,制动,反向和调速的要求, 安置必要的联锁与保护,确保满足生产机械加工工艺的要求. 二,对控制电路电流,电压的要求 应尽量减少控制电路中的电流,电压种类,控制电压应选择标准电压等级.电气控制电 各常用的电压等级如表10-2所示. 三,控制电路力求简单,经济 1.尽量缩短连接导线的长度和导线数量 设计控制电路时,应考虑各电器元件的安装 立置,尽可能地减少连接导线的数量,缩短连接导线的长度.如图10-l. 2.尽量减少电器元件的品种,数量和规格 同一用途的器件尽可能选用同品牌,型号的产品,并且电器数量减少到最低限度. 3.尽量减少电器元件触头的数目.在控制电路中,尽量减少触头是为了提高电路运行 的可靠性.例如图10-2a所示. 4.尽量减少通电电器的数目,以利节能与延长电器元件寿命,减少故障.如图10-3a所示. 四,确保控制电路工作的安全性和可靠性 1.正确连接电器的线圈 在交流控制电路中,同时动作的两个电器线圈不能串联,两个电磁线圈需要同时吸合时其线圈应并联连接,如图10-4b所示. 在直流控制电路中,两电感值相袭汪陵差悬殊的直流电压线圈不能并联连接. 2正确连接电器元件的触头 设计时,应使分布在电路中不同位置的同一电器触头接到电源的同一相上,以避免在电器触头上引起短路故障. 3防止寄生电路 在控制电路的动作过程中.意外接通的电路叫寄生电路. 4.在控制电路中控制触头应合理布置. 5.在设计控制电路中应考虑继电器触头的接通与分断能力. 6,避免发生触头"竞争","冒险"现象 竞争:当控制电路状态发生变换时,常伴随电路中的电器元件的触头状态发生变换.由于电器元件总有一定的固有动作时间,对于一个时序电路来说,往往发生不按时序动作的情况,触头争先吸合,就会得到几个不同的输出状态,这种现象称为电路的"竞争". 冒险:对于开关电路,由于电器元件的释放延时作用,也会出现开关元件不按要求的逻辑功能输出,这种现象称为"冒险". 7.采用电气联锁与机械联锁的双重联锁. 五,具有完善的保护环节 电气控制电路应具有完善的保护环节,常用的有漏电保护,短路,过载,过电流,过电压,欠电压与零电压,弱磁,联锁与限位保护等. 六,要考虑操作,维修与调试的方便 第四节 电气控制电路设计的方法与步骤 一,电气控制电路设计方法简介 设计电气控制电路的方法有两种,一种是分析设计法,另一种是逻辑设计法. 分析设计法(经验设计法):根据生产工艺的要求选择一些成熟的典型基本环节来实现这些基本要求,而后再逐步完善其功能,并适当配 置联锁和保护等环节,使其组合成一个整体,成为满足控制要求的完整电路. 逻辑设计法:利用逻辑代数这一数学工具设计电气控制电路. 在继电接触器控制电路中,把表示触头状态的逻辑变量称为输人逻辑变量,把表示继电 器接触器线圈等受控元件的逻辑变量称为输出逻辑变量.输人,输出逻辑变量之间的相互关 系称为逻辑函数关系,这种相互关系表明了电气控制电路的结构.所以,根据控制要求,将 这些逻辑变量关系写出其逻辑函数关系式,再运用逻辑函数基本公式和运算规律对逻辑函数 式进行化简,然后根据化简了的逻辑关系式画出相应的电路结构图,最后再作进一步的检查 和优化,以期获得较为完善的设计方案. 二,分析设计法的基本步骤 分析设计法设计电气控制电路的基本步骤是: l)按工艺要求提出的起动,制动,反向和调速等要求设计主电路. 2)根据所设计出的主电路,设计控制电路的基本环节,即满足设计要求的起动,制动, 反向和调速等的基本控制环节. 3)根据各部分运动要求的配合关系及联锁关系,确定控制参量并设计控制电路的特殊 环节. 4)分析电路工作中可能出现的故障,加入必要的保护环节. 5)综合审查,仔细检查电气控制电路动作是否正确 关键环节可做必要实验,进一步 3.设计控制电路的特殊环节 第五节 常用控制电器的选择 一,接触器的选择 一般按下列步骤进行: 1.接触器种类的选择:根据接触器控制的负载性质来相应选择直流接触器还是交流接触器;一般场合选用电磁式接触器,对频繁操作的带交流负载的场合,可选用带直流电磁线圈的交流按触器. 2.接触器使用类别的选择:根据接触器所控制负载的工作任务来选择相应使用类别的接触器.如负载是一般任务则选用AC—3使用类别;负载为重任务则应选用AC-4类别,如果负载为一般任务与重任务混合时,则可根据实际情况选用AC—3或AC-4类接触器,如选用AC—3类时,应降级使用. 3.接触器额定电压的确定: 接触器主触头的额定电压应根据主触头所控制负载电路的额定电压来确定. 4.接触器额定电流的选择 一般情况下,接触器主触头的额定电流应大于等于负载或电动机的额定电流,计算公式为 式中I.——接触器主触头额定电流(A); H ——经验系数,一般取l～1.4; P.——被控电动机额定功率(kw); U.——被控电动机额定线电压(V). 当接触器用于电动机频繁起动,制动或正反转的场合,一般可将其额定电流降一个等级来选用. 5.接触器线圈额定电压的确定: 接触器线圈的额定电压应等于控制电路的电源电压.为保证安全,一般接触器线圈选用110V,127V,并由控制变压器供电.但如果控制电路比较简单,所用接触器的数量较少时,为省去控制变压器,可选用380V,220V电压. 6.接触器触头数目: 在三相交流系统中一般选用三极接触器,即三对常开主触头,当需要同时控制中胜线时,则选用四极交流接触器.在单相交流和直流系统中则常用两极或三极并联接触器.交流接触器通常有三对常开主触头和四至六对辅助触头,直流接触器通常有两对常开主触头和四对辅助触头. 7.接触器额定操作频率 交,直流接触器额定操作频率一般有600次/h,1200次/h等几种,一般说来,额定电流越大,则操作频率越低,可根据实际需要选择. 二,电磁式继电器的选择 应根据继电器的功能特点,适用性,使用环境,工作制,额定工作电压及额定工作电流来选择. 1.电磁式电压继电器的选择 根据在控制电路中的作用,电压继电器有过电压继电器和欠电压继电器两种类型. 表10-3列出了电磁式继电器的类型与用途. 交流过电压继电器选择的主要参数是额定电压和动作电压,其动作电压按系统额定电压的1.l-1.2倍整定. 交流欠电压继电器常用一般交流电磁式电压继电器,其选用只要满足一般要求即可,对释放电压值无特殊要求.而直流欠电压继电器吸合电压按其额定电压的0.3-0.5倍整定,释放电压按其额定电压的0.07-0.2倍整定. 2.电磁式电流继电器的选择 根据负载所要求的保护作用,分为过电流继电器和欠电流继电器两种类型. 过电流继电器:交流过电流继电器,直流过电流继电器. 欠电流继电器:只有直流欠电流继电器,用于直流电动机及电磁吸盘的弱磁保护. 过电流继电器的主要参数是额定电流和动作电流,其额定电流应大于或等于被保护电动机的额定电流;动作电流应根据电动机工作情况按其起动电流的1.回一1.3倍整定.一般绕线型转子异步电动机的起动电流按2.5倍额定电流考虑,笼型异步电动机的起动电流按4-7倍额定电流考虑.直流过电流继电器动作电流接直流电动机额定电流的1.1-3.0倍整定. 欠电流继电器选择的主要参数是额定电流和释放电流,其额定电流应大于或等于直流电动机及电磁吸盘的额定励磁电流;释放电流整定值应低于励磁电路正常工作范围内可能出现的最小励磁电流,一般释放电流按最小励磁电流的0.85倍整定. 3.电磁式中间继电器的选择 应使线圈的电流种类和电压等级与控制电路一致,同时,触头数量,种类及容量应满足控制电路要求. 三,热继电器的选择 热继电器主要用于电动机的过载保护,因此应根据电动机的形式,工作环境,起动情况,负载情况,工作制及电动机允许过载能力等综合考虑. 1.热继电器结构形式的选择 对于星形联结的电动机,使用一般不带断相保护的三相热继电器能反映一相断线后的过载,对电动机断相运行能起保护作用. 对于三角形联结的电动机,则应选用带断相保护的三相结构热继电器. 2.热继电器额定电流的选择 原则上按被保护电动机的额定电流选取热继电器.对于长期正常工作的电动机,热继电器中热元件的整定电流值为电动机额定电流的0.95-1.05倍;对于过载能力较差的电动机,热继电器热元件整定电流值为电动机额定电流的0.6一0.8倍. 对于不频繁起动的电动机,应保证热继电器在电动机起动过程中不产生误动作,若电动机起动电流不超过其额定电流的6倍,并且起动时间不超过6S,可按电动机的额定电流来选择热继电器. 对于重复短时工作制的电动机,首先要确定热继电器的允许操作频率,然后再根据电动机的起动时间,起动电流和通电持续率来选择. 四,时间继电器的选择 1)电流种类和电压等级:电磁阻尼式和空气阻尼式时间继电器,其线圈的电流种类和电压等级应与控制电路的相同;电动机或与晶体管式时间继电器,其电源的电流种类和电压等级应与控制电路的相同. 2)延时方式:根据控制电路的要求来选择延时方式,即通电延时型和断电延时型. 3)触头形式和数量:根据控制电路要求来选择触头形式(延时闭合型或延时断开型)及触头数量. 4)延时精度:电磁阻尼式时间继电器适用于延时精度要求不高的场合,电动机式或晶体管式时间继电器适用于延时精度要求高的场合. 5)延时时间:应满足电气控制电路的要求. 6)操作频率:时间继电器的操作频率不宜过高,否则会影响其使用寿命,甚至会导致延时动作失调. 五,熔断器的选择 1.一般熔断器的选择:根据熔断器类型,额定电压,额定电流及熔体的额定电流来选择. (1)熔断器类型:熔断器类型应根据电路要求,使用场合及安装条件来选择,其保护特性应与被保护对象的过载能力相匹配.对于容量较小的照明和电动机,一般是考虑它们的过载保护,可选用熔体熔化系数小的熔断器,对于容量较大的照明和电动机,除过载保护外,还应考虑短路时的分断短路电流能力,若短路电流较小时,可选用低分断能力的熔断器,若短路电流较大时,可选用高分断能力的RLI系列熔断器,若短路电流相当大时,可选用有限流作用的Rh及RT12系列熔断器. (2)熔断器额定电压和额定电流:熔断器的额定电压应大于或等于线路的工作电压,额定电流应大于或等于所装熔体的额定电流. (3)熔断器熔体额定电流 1)对于照明线路或电热设备等没有冲击电流的负载,应选择熔体的额定电流等于或稍 大于负载的额定电流,即 IRN≥IN 式中IRN——熔体额定电流(A); IN——负载额定电流(A). 2)对于长期工作的单台电动机,要考虑电动机起动时不应熔断,即 IRN≥(1.5~2.5)IN 轻载时系数取1.5,重载时系数取2.5. 3)对于频繁起动的单台电动机,在频繁起动时,熔体不应熔断,即 IRN≥(3~3.5)IN 4)对于多台电动机长期共用一个熔断器,熔体额定电流为 IRN≥(1.5~2.5)INMmax+∑INM 式中INMmax——容量最大电动机的额定电流(A); ∑INM——除容量最大电动机外,其余电动机额定电流之和(A). (4)适用于配电系统的熔断器:在配电系统多级熔断器保护中,为防止越级熔断,使上,下级熔断器间有良好的配合,选用熔断器时应使上一级(干线)熔断器的熔体额定电流比下一级(支线)的熔体额定电流大1-2个级差. 2.快速熔断器的选择 (l)快速熔断器的额定电压:快速熔断器额定电压应大于电源电压,且小于晶闸管的反向峰值电压U.,因为快速熔断器分断电流的瞬间,最高电弧电压可达电源电压的1.5-2倍.因此,整流二极管或晶闸管的反向峰值电压必须大于此电压值才能安全工作.即 UF≥KI URE 式中UF-一硅整流元件或晶闸管的反向峰值电压(V); URE——快速熔断器额定电压(V); KI——安全系数,一般取1,5-2. (2)快速熔断器的额定电流:快速熔断器的额定电流是以有效值表示的,而整流M极管和晶闸管的额定电流是用平均值表示的.当快速熔断器接人交流侧,熔体的额定电流为 IRN≥KI IZmax 式中IZmax——可能使用的最大整流电流(A); KI——与整流电路形式及导电情况有关的系数,若保护整流M极管时,KI按表10-4 取值,若保护晶闸管时,KI按表10-5取值. 当快速熔断器接入整流桥臂时,熔体额定电流为 IRN≥1.5IGN 式中IGN——硅整流元件或晶闸管的额定电流(A). 六,开关电器的选择 (一)刀开关的选择 刀开关主要根据使用的场合,电源种类,电压等级,负载容量及所需极数来选择. (1)根据刀开关在线路中的作用和安装位置选择其结构形式.若用于隔断电源时,选用无灭弧罩的产品;若用于分断负载时,则应选用有灭弧罩,且用杠杆来操作的产品. (2)根据线路电压和电流来选择.刀开关的额定电压应大于或等于所在线路的额定电压;刀开关额定电流应大于负载的额定电流,当负载为异步电动机时,其额定电流应取为电动机额定电流的1.5倍以上. (3)刀开关的极数应与所在电路的极数相同. (二)组合开关的选择 组合开关主要根据电源种类,电压等级,所需触头数及电动机容量来选择.选择时应掌握以下原则: (1)组合开关的通断能力并不是很高,因此不能用它来分断故障电流.对用于控制电动机可逆运行的组合开关,必须在电动机完全停止转动后才允许反方向接通. (2)组合开关接线方式多种,使用时应根据需要正确选择相应产品. (3)组合开关的操作频率不宜太高,一般不宜超过300次/h,所控制负载的功率因数也不能低于规定值,否则组合开关要降低容量使用. (4)组合开关本身不具备过载,短路和欠电压保护,如需这些保护,必须另设其他保护电器. (三)低压断路器的选择 低压断路器主要根据保护特性要求,分断能力,电网电压类型及等级,负载电流,操作频率等方面进行选择. (1)额定电压和额定电流:低压断路器的额定电压和额定电流应大于或等于线路的额定电压和额定电流. (2)热脱扣器:热脱扣器整定电流应与被控制电动机或负载的额定电流一致. (3)过电流脱扣器:过电流脱扣器瞬时动作整定电流由下式确定 IZ≥KIS 式中IZ——瞬时动作整定电流(A); Is——线路中的尖峰电流.若负载是电动机,则Is为起动电流(A); K考虑整定误差和起动电流允许变化的安全系数.当动作时间大于20ms时,取 K=1.35;当动作时间小于 20ms时,取 K=1.7. (4)欠电压脱扣器:欠电压脱扣器的额定电压应等于线路的额定电压. (四)电源开关联锁机构 电源开关联锁机构与相应的断路器和组合开关配套使用,用于接通电源,断开电源和柜 门开关联锁,以达到在切断电源后才能打开门,将门关闭好后才能接通电源的效果,实现安 全保护. 七,控制变压器的选择 控制变压器用于降低控制电路或辅助电路的电压,以保证控制电路的安全可靠.控制变压器主要根据一次和二次电压等级及所需要的变压器容量来选择. (1)控制变压器一,二次电压应与交流电源电压,控制电路电压与辅助电路电压相符合. (2)控制变压器容量按下列两种情况计算,依计算容量大者决定控制变压器的容量. l)变压器长期运行时,最大工作负载时变压器的容量应大于或等于最大工作负载所需要的功率,计算公式为 ST≥KT ∑PXC 式中ST——控制变压器所需容量(VA); ∑PXC——控制电路最大负载时工作的电器所需的总功率,其中PXC为电磁器件的吸持功 率(W); KT一一一控制变压器容量储备系数,一般取1.1-1.25. 2)控制变压器容量应使已吸合的电器在起动其他电器时仍能保持吸会状态,而起动电器也能可靠地吸合,其计算公式为 ST≥0.6 ∑PXC +1.5∑Pst 式中 ∑Pst_同时起动的电器总吸持功率(W). 第六节 电气控制的施工设计与施工 一,电气设备总体配置设计 组件的划分原则是: l)将功能类似的元件组成在一起,构成控制面板组件,电气控制盘组件,电源组件等. 2)将接线关系密切的电器元件置于在同一组件中,以减少组件之间的连线数量. 3)强电与弱电控制相分离,以减少干扰. 4)为求整齐美观,将外形尺寸相同,重量相近的电器元件组合在一起. 5)为便于检查与调试,将需经常调节,维护和易损元件组合在一起. 电气设备的各部分及组件之间的接线方式通常有: l)电器控制盘,机床电器的进出线一般采用接线端子. 2)被控制设备与电气箱之间为便于拆装,搬运,尽可能采用多孔接插件. 3)印刷电路板与弱电控制组件之间宜采用各种类型接插件. 总体配置设计是以电气控制的总装配图与总接线图的形式表达出来的,图中是用示意方式反映各部分主要组件的位置和各部分的接线关系,走线方式及使用管线要求.总体设计要使整个系统集中,紧凑;要考虑发热量高和噪声振动大的电气部件,使其离开操作者一定距离;电源紧急控制开关应安放在方便且明显的位置. 二,电气元器件布置图的设计 电气元器件布置图是指将电气元器件按一定原则组合的安装位置图.电气元器件布置的依据是各部件的原理图,同一组件中的电器元件的布置应按国家标准执行. 电柜内的电器可按下述原则布置: l)体积大或较重的电器应置于控制柜下方. 2)发热元件安装在柜的上方,并将发热元件与感温元件隔开. 3)强电弱电应分开,弱电部分应加屏蔽隔离,以防强电及外界的干扰. 4)电器的布置应考虑整齐,美观,对称. 5)电器元器件间应留有一定间距,以利布线,接线,维修和调整操作. 6)接线座的布置:用于相邻柜间连接用的接线座应布置在柜的两侧;用于与柜外电气 元件连接的接线座应布置在柜的下部,且不得低于200mrn. 一般通过实物排列来确定各电器元件的位置,进而绘制出控制柜的电器布置图.布置图 是根据电器元件的外形尺寸按比例绘制,并标明各元件间距尺寸,同时还要标明进出线的数 量和导线规格,选择适当的接线端子板和接插件并在其上标明接线号. 三,电气控制装置接线图的绘制 根据电气控制电路图和电气元器件布置图来绘制电气控制装置的接线图.接线图应按以 下原则来绘制: 1)接线图的绘制应符合GB6988.3—1997《电气技术用文件的编制 第3部分:接线图 和接线表》中的规定. 2)电气元器件相对位置与实际安装相对位置一致. 3)接线图中同一电器元件中各带电部件,如线圈,触头等的绘制采用集中表示法,且 在一个细实线方框内. 4)所有电器元件的文字符号及其接线端钮的线号标注均与电气控制电路图完全相符. 5)电气接线图一律采用细实线绘制,应清楚表明各电器元件的接线关系和接线去向,其连接关系应与控制电路图完全相符.连接导线的走线方式有板前走线与板后走线两种,一般采用板前走线.对于简单电气控制装置,电器元件数量不多,接线关系较简单,可在接线图中直接画出元件之间的连线.对于复杂的电气装置,电器元件数量多,接线较复杂时,一般采用走线槽走线,此时,只要在各电器元件上标出接线号,不必画出各元件之间的连接线. 6)接线图中应标明连接导线的型号,规格,截面积及颜色. 7)进出控制装置的导线,除大截面动力电路导线外,都应经过接线端子板.端子板上 各端钮按接线号顺序排列,并将动力线,交流控制线,直流控制线,信号指示线分类排开. 四,电力装备的施工 (一)电气控制柜内的配线施工 1)不同性质与作用的电路选用不同颜色导线:交流或直流动力电路用黑色;交流控制 电路用红色;直流控制电路用蓝色;联锁控制电路用桔黄色或黄色;与保护导线连接的电路 用白色;保护导线用黄绿双色;动力电路中的中线用浅蓝色;备用线用与备用对象电路导线 颜色一致. 弱电电路可采用不同颜色的花线,以区别不同电路,颜色自由选择. 2)所有导线,从一个接线端到另一个接线端必须是连续的,中间不许有接头. 3)控制柜常用配线方式有板前配线,板后交叉配线与行线槽配线,视控制柜具体情况 而定. (二)电柜外部配线 丨)所用导线皆为中间无接头的绝缘多股硬导线. 2)电柜外部的全部导线(除有适当保护的电缆线外)一律都要安放在导线通道内,使 其有适当的机械保护,具有防水,防铁屑,防尘作用. 3)导线通道应有一定裕量,若用钢管,其管壁厚度应大于1——;若用其他材料,其壁 厚应具有上述钢管相应的强度. 4)所有穿管导线,在其两端头必须标明线号,以便查找和维修. 5)穿行在同一保护管路中的导线束应加人备用导线,其根数按表10-6的规定配置. (三)导线截面积的选用 导线截面积应按正常工作条件下流过的最大稳定电流来选择,并考虑环境条件.表107 列出了机床用导线的载流容量,这些数值为正常工作条件下的最大稳定电流.另外还应考虑 电动机的起动,电磁线圈吸合及其他电流峰值引起的电压降. 五,检查,调整与试运行 主要步骤: 1.检查接线图:在接线前,根据电气控制电路图即原理图,仔细检查接线图是否准确 无误,特别要注意线路标号与接线端子板触点标号是否一致. 2.检查电器元件 对照电器元件明细表,逐个检查所装电器元件的型号,规格是否相 符,产品是否完好无损,特别要注意线圈额定电压是否与工作电压相符,电器元件触头数是 否够用等. 3.检查接线是否正确 对照电气原理图和电气接线图认真检查接线是否正确.为判断 连接导线是否断线或接触是否良好,可在断电情况下借助万用表上的欧姆档进行检测. 4.进行绝缘试验 为确保绝缘可靠,必须进行绝缘试验.试验包括将电容器及线圈短 接;将隔离变压器二次侧短路后接地;对于主电路及与主电路相连接的辅助电路,应加载 2.skV的正弦电压有效值历时1分钟,试验其能否承受;不与主电路相连接的辅助电路,应 在加载2倍额定电压的基础上再加 IkV,且历时 1分钟,如不被击穿方为合格. 5.检查,调整电路动作的正确性 在上述检查通过后,就可通电检查电路动作情况. 通电检查可按控制环节一部分一部分地进行.注意观察各电器的动作顺序是否正确,指示装 置指示是否正常.在各部分电路工作完成正确的基础上才可进行整个电路的系统检查.在这 个过程中常伴有一些电器元件的调整,如时间继电器,行程开关等.这时,往往需与机修钳 工,操作人员协同进行,直至全部符合工艺和设计要求,这时控制系统的设计与安装工作才 算全面完成.

❿ PLC控制系统设计的一般步骤是什么

设计PLC应用系统时，首先是进行PLC应用系统的功能设计，即根据被控对象的毁含码功能和工艺要求，明确系统必须要做的工作和因此必备的条件。然后是进行PLC应用系统的功能分析，即通过分析系统功能，提出PLC控制系统的结构形式，控制信号的种类、数量，系统的规模、布局。最后根据系统分析的结果，具体的确定PLC的机型和系统的具体配置。
PLC控制系统设计可以按以下步骤进行。
1．熟悉被控对象，制定控制方案 分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，确定被控对象对
PLC控制系统的控制要求。
2．确定I／O设备
根据系统的控制要求，确定用户所需的输入(如按钮、行程开关、选择开关等)和输出设备(如接触器、电磁阀、信号指示灯等)由此确定PLC的I／O点数。
3．选择PLC 选择时主要包括PLC机型、容量、I／O模块、电源的选择。
4．分配PLC的I／O地址
根据生产设备现场需要，确定控制按钮，选择开关、接触器、电磁阀、信号指示灯等各种输入输出设备的型号、规格、数量；根据所选的PLC的型号列出输入／输出设备与PLC输入输出端子的对照表，以便绘制PLC外部I／O接线图和编制程序。
5．设计软件及硬件进行PLC程序设计，进行控制柜（台）等硬件的设计及现场施工。由于程序与硬件设计可同时进行，因此，PLC控制系统的设计周期可大老吵大缩短，而对于继电器系统必须先设计出全部的电气控制线路后才能进行施工设计。
6．联机调试
联机调试是指将模拟调试通过的程序进行在线统调。开始时，先不带上输出设备（接触器线圈、信号指示灯等负载）进行调试。利用编程器的监控功能，采分段调试的方法进行。各部分都调试正常后，纤哪再带上实际负载运行。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部分程序即可，全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改则应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。
7．整理技术文件 包括设计说明书、电气安装图、电气元件明细表及使用说明书等。