控制系统设计论文

关键词： 光敏电阻 单片机 设计 控制

本文一共涵盖3篇精选的论文范文,关于《控制系统设计论文(精选3篇)》的相关内容，希望能给你带来帮助!摘要：车床是自动化程度较高的一种机电加工设备。传统车床一般采用的是继电器逻辑控制方式。因其接触控制点多，电子控制系统出现故障率很高，检修时检修周期长。PLC是一种微型计算机技术与传统的控制技术相结合的产物，它克服了在复杂的机械接触及传统的控制系统接线中，继电器触点可靠性低、能耗高、灵活性差等缺点。成为当前数控车床的必要部件之一。

第一篇：控制系统设计论文

智能窗帘控制系统的设计

【摘要】以AT89S52单片机为控制核心，以光敏电阻为传感器件，以步进电机为执行器件。通过单片机实现了半自动控制、自动控制、定时控制的相互转换，具有较强的实用价值。

【关键词】单片机;智能窗帘;控制;电机

1.引言

随着科技的不断进步，在以人为本的理念指导下，智能窗帘作为物联网智能家居的一环，向着人性化和舒适化为发展方向。本设计通过分析自动窗帘的现状和发展，采用步进电机为执行原件，以光敏电阻和雨滴传感器作为传感原件，AT89S52单片机作为控制芯片，辅助键盘和显示，实现自动窗帘的多项智能项目。

2.系统总体构成

总体硬件包括：单片机及其外围电路、信号采集电路、检测电路、键盘与显示电路以及步进电机控制电路等模块。单片机外围电路提供各种模块所需的5V电源和时钟模块;信号检测后是模拟信号，经过比较器比较后输出数字信号给单片机进行控制。

3.系统硬件组成与实现设计

选用89S52为主控芯片，通过其灵活的输入/输出口设置，由光敏与雨滴传感器检测外界的环境参数，经放大、滤波调理后输入到A/D转换器，并通过采样保持电路，确保转换结果的正确性。键盘模块主要作用是通过按键向单片机输入指令，控制步进电机的正反转动方向，从而控制窗帘的开与关。液晶显示模块主要用来显示智能窗帘控制系统的各种状态信息。系统硬件组成图如图1所示。

3.1 步进电机模块

步进电机作为执行原件是机电一体化的关键产品之一，本设计采用的步进电机是混合式步进电机。步进电机28BYJ-48型四相八拍电机，电压为DC5V—DC12V。当对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动[1]。每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或者两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转子转过一定的角度(一个步距角)。步进电机控制系统电路如图2所示。

3.2 时钟电路模块

本设计需要窗帘在给定的时间自动的开和关，所以需要用到定时器，而为了保证单片机与外界时钟一致，要用到一个实时时钟电路。这里实用的是DS1302时钟芯片来完成这项功能。DS1302芯片和AT89S52单片机的接口电路如图3所示。

3.3 传感控制模块设计

传感器控制电路是由运算放大器组成比较电路，在运算放大器同相输入端用两个电阻分压，得到的电压值作为基准电压，在反相输入端则用光敏电阻对光和湿度变化采集，由于光敏电阻具有根据光照强度阻值变化的特点，雨滴传感器根据是否有水滴阻值变化的特点，可以得到反向输入端的电压值[2]。然后将得到的两组电压值进行比较，比较后的信号经过A/D转换送入单片机AT89S52的P35和P36接口，单片机处理后输出命令控制电机正转或者反转，以实现通过光照和雨滴控制窗帘的开关功能[3]。

4.系统软件设计

系统软件设计主要包括显示子程序，键盘子程序，时钟程序，步进电机控制程序设计及部分构成。主程序构成无限循环，主要完成单片机初始化，关中断，菜单显示内容初始化，按键控制，电机运行，计时等功能。主程序软件设计流程图如图5所示。

5.结语

本系统是在改进现有其他控制器不足的基础上，添加了定时元器件电路，用户可以自己设定开关时间，使窗帘的自动化性能得到进一步提升。再加上手动控制，使得本系统更加人性化。

参考文献

[1]楼然苗，李光飞.51系列单片机设计实例[M].北京：航空航天大学出版社，2003.

[2]郁有文，常健，程继红.传感器原理及工程应用[M].西安：电子科技大学出版社，2008.

[3]张友德，赵志英，涂时亮.单片微型机原理、应用与实验[M].上海：复旦大学出版社，2006.

作者：张振福 张春艳

第二篇：车床电气控制系统设计

摘 要：车床是自动化程度较高的一种机电加工设备。传统车床一般采用的是继电器逻辑控制方式。因其接触控制点多，电子控制系统出现故障率很高，检修时检修周期长。PLC是一种微型计算机技术与传统的控制技术相结合的产物，它克服了在复杂的机械接触及传统的控制系统接线中，继电器触点可靠性低、能耗高、灵活性差等缺点。成为当前数控车床的必要部件之一。

关键词：车床;数控化改造;PLC

1 车床工艺控制流程设计

立式机床系统中需要对主轴、刀架、横梁进行控制。总体的工艺流程如图1.1所示：

图1.1车床控制总体工艺流程

在车床中在工艺上需要完成的控制操作：

(1)主轴控制：主轴驱动系统是在车床控制系统中完成主运动的动力装置。在主轴的控制中主要完成主轴的旋转运动，旋转运动需要进行主轴的启动控制、主轴的转速控制和主轴的电动调整，采用了数

(2)隨动系统控制，随动系统依据输入控制指令信号进行调整的控制系统，在输入指令的引导下能够获取精确的位置数据、速度数据。

(3)刀架控制，是完成对刀架位置、进刀角度、进刀速度和进刀方向的控制，其中进刀角度进刀方向的控制决定了加工工艺实现的准确性，刀架位置决定了工件加工设计的完成度。

(4)横梁控制是完成对横梁运动的调整、判断和操作。横梁在车床系统起到对加工器件位置的调整，通过横梁运动包括上下移动、松紧控制和位置移动，完成器件位置的精确调整，横梁控制将直接决定其他控制系统是否开始工作的时间，一般横梁控制是在电路准备时开始，在其它控制进行前完成的控制任务。

2 车床PLC硬件电路设计

整个系统由主电路和控制电路两部分组成。主电路包括液压泵电动机、工作台(主轴)电动机、垂直刀架快移电动机、垂直刀架进给电动机、侧刀架快移电动机、侧刀架进给电动机、横梁升降电动机。主电路控制元件主要包括交流接触器、熔断器、低压断路器、刀开关和热继电器等电气元器件。

2.1控制电路设计

在车床PLC系统中主要需要对刀具设备、能耗制动设备和星-三角启动电路进行设计，具体设计内容如下。

(1)能耗制动设备控制电路设计

在本设计中能耗制动控制电路采用了主接触器KM1、能耗制动接触器KM2、热继电器FR、电动机M，这些器件通过下面电路设计进行了连接，完成了对能耗制动电路的连接和控制。能耗制动控制电路图如图2.1所示。

过程分析：首先连接SB1，主接触器KM1线圈通电，主电路接通，电机开始工作。电动机停止控制，断开SB2，使主接触器线圈断电，切断主电路，同时，能耗制动接触器KM2和时间继电器KT作用。电动机进入能耗制动。经过一段时间后，电动机速度变得很低，在预定延迟△T后，电机停止，然后让能耗制动接触器KM2和时间继电器KT释放，断开电源能耗制动电路。电动机能耗制动过程结束。

图2.1能耗制动设计电路图

(2)星-三角启动电路设计

星三角启动控制在车床启动控制中属于一种低压启动控制，在本设计中需实现对电流和电压的控制，采用了使用启动电流指示1/3的初始三角形连接的方法，这种启动方法具有结构简单，价格低廉的特点，为了实现低电压启动需要对工作电路使用的器件进行合理的选择，在本系统设计的星三角起动主电路包括以下设备：隔离开关、熔丝，QS、接触器KM，三角形接触器KM△、星形接触器KMY和电机M。本设计中星-三角启动电路设计如图2.2所示。

图2.2星-三角启动电路图

(3)电路结构中器件设计

在车床数控化改造中为了提高控制系统的可靠性和安全性，对电路中采用了以下器件。

1)接触器，在正常情况下，主要采用频繁接通或断开直，主电路和控制电路的交换容量和电气设备，远程控制，主要控制对象是电动机，也可用于控制其他电力负载，如电热水器，电焊机，电容器和照明等。总体上接触器具有以下特点：具有工作频率高，使用寿命长，工作可靠，性能稳定，成本低，维修简单等优点，主要用于控制电机，电气设备，电焊机，电容器等。

2)熔断器，熔断器保护的电器，具有结构简单，使用方便的优点，较低的价格。这是熔体和安装熔体导电性的最主要的部分，除了绝缘座和绝缘管。熔体和保护电路的串行应用。当电路正常，当负载电流低，熔体温度。如果过载或短路故障时，短路电流增加，熔体发热。当熔体温度达到熔点，这将打破，切断故障电路，实现保护电路。

3)低压断路器，低压断路器俗称自动空气开关，在低压配电网络环境中，无论接通和分断正常负荷电流，电机的工作和过载电流，还是短路电流，都可以使用低压断路器作为开关。主要用作低压配电线路的不频繁操作或开关柜的电源开关，在线路，电气设备和电动机保护，当它们发生过流，过载，短路，相，漏电等故障，可以自动切断线路，起到保护作用，应用十分广泛。

4)热继电器，热继电器的工作原理是由流入热元件的电流产生热量，使有不同膨胀系数的双金属片发生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，使控制电路断开，从而使接触器失电，主电路断开，实现电动机的过载保护。继电器作为电动机的过载保护元件，以其体积小，结构简单、成本低等优点在生产中得到了广泛应用。

5)刀开关，可广泛应用于各种低压配电设备，作为电源隔离开关，也可用于频繁的连接和断开的小容量低压配电线路。当刀开关弧罩和杠杆，也可以开启或关闭的额定电流。

6)行程开关，在控制机械设备的行程和限位保护方面，行程开关起到了至关重要的作用。行程开关可广泛应用于各种起重机械和机床，可以控制它的行程，实现以保护对终端位置进行限制。按结构可分为组合式、微型、辊式、直式行程开关。

7)按钮，控制按钮是一种结构简单的手工操作，有广泛的应用，它可以与接触器或继电器配合，自动控制电机实现长距离电气联锁控制电路的实现。按钮的结构通常由控制按钮的按钮帽、复位弹簧、桥式触点和外壳构成，通常由复合材料制成。不同的按钮的设计是为了提供不同操作的便利度，对于不同的操作要求，根据操作结构的设计采用了不同样式的按钮。

3 地址分配设计

在PLC实现对外部设备的控制中需要对外部设备的地址进行控制，PLC系统在编程中需要使用外部设备的地址，通过电路首先需要获取外部设备的I/0地址，然后根据特定的PLC控制器的外部接口要求进行接口地址的分配。

当用户进行PLC系统编程时可能存在没有提供的硬件设备或为了能进行系统功能的扩展进行的设备预留，在这种情况下，就需要采用虚拟设备进行编程，在传统的PLC编程中所有设备的地址是固定的，所以在编程时就需要已经知道了设备的地址，对于不存在的设备是不能进行编程的，或编程后需要对设备的地址进行修改。在软PLC系统中就对该工作方式进行了修改，通过采用了系统中的虚拟硬件设备进行编程，在系统执行编译的时候完成地址的映射，地址映射采用了地址映射表的方式进行了实现，所以当设备的地址发生变化或设备发生了变化，在软PLC系统中都可以通过对地址映射表进行修改来达到添加、删除和调整设备的目的。极大的简化了编程的复杂度，也提高了软PLC的应用范围。

结论

本文完成了车床工艺控制流程设计、PLC硬件电路图设计、I/O地址分配的设计。

参考文献

[1]汤以范.电气与可编程序控制器技术[M].北京：机械工业出版社，2004

[2]王永华.电器—PLC控制技术及应用[M].北京：机械工业出版社，2007

作者：叶露潇　苏升

第三篇：洁净室空调控制系统设计

摘要：本文就洁净室内的空气调节系统进行了设计，并对其控制策略进行了分析，并指出，采用适当的控制策略和程序，可以及时准确地控制温度、湿度、压力等环境参数，从而降低外部环境对生产过程的影响，从而实现节能降耗。

关键词：空气调节;控制策略;环境参数;节能降耗

引言：近年来，我国大力发展高科技工业，对工业的生产环境提出了更高的要求。此外，随着各行业对生产环境的需求越来越大，空调控制系统的建设也越来越专业化，各大空调企业也可以针对不同行业的需要，开发出专门的控制器和控制系统，从而形成一个标准化、统一的解决方案。随着相关产业的迅速更新换代，空调行业的发展必然会带动整个行业的发展。

1.洁净室空调系统

洁净室内空气调节系统通常包括冷（热）源设备、冷（热）媒输送设备、空气处理设备、空气分配设备、冷（热）媒输送管道、自动控制设备等。空调系统由两大部分组成：一是空气处理机，二是空调控制。空气处理设备主要由空气热湿处理及空气净化处理所需的设备组成，其中包括：高效过滤器、表冷器、加热器、加湿器、空气净化器、空气调节器，通过空气分布和空气传输管来调节室内外的空气流量，以确保室内的空气质量。空调系统包括：新风混合段、初效过滤段、表冷段、喷淋段、风机段、消声段。洁净室的空调系统与常规空调的设计有很大的区别，即洁净室的温度、湿度、洁净度的要求各不相同。该系统的主要作用是：精确地调整房间的温度和湿度，实现室内的气流流通，确保房间达到所需的清洁级别。在满足工程要求的前提下，在空调控制系统的设计中应注意节约能源，以达到节能目的。

2.系统设计方案

系统根据工艺设计的需要和用户的需要，在满足系统的功能的同时，还要兼顾系统的完整性、易用性和节能控制，并与现场监测工作站相结合，以确保系统的安全和可维护性。

2.1运行模式

按照控制要求和监测点布置，共设置常规操作、工作状态、臭氧消毒和排气四种运行方式。（1）常规操作方式。打开回风阀门，送风机、排风机和排气阀延迟30秒，清洗排气风机和相应管路中的排气阀门不工作，当系统停止时，装置的关闭次序与起动时的顺序相反。（2）工作状态。保持新鲜空气阀门的开度，打开回风阀，送风系统处于低频状态，以保证送风能力在设计的2/2以上，并关闭全部排气和排气阀门。（3）消毒操作方式。关掉新风、排气阀门、全部回风阀门、开启臭氧发生器、送风机进行低频运转，将送风流量降至设计值的2/2，并停止排风扇，进行内部循环，系统按预定的时间进行操作，在灭菌时间结束后，自动进入排风消毒模式。（4）排气。关闭回风阀，打开新风门和排气阀门，各排风扇全部打开，将房间中的臭氧排出，系统根据预定的排风时间进行操作;当消毒排风时间结束后，自动进入正常、值班或停机状态。

2.2工况选择

系统设定了冬季/夏季工作状态的转换。当切换到相应工作状态时，控制系统的设定值与控制逻辑就会被转化成相应的流程。

2.3温/湿度控制

空调机箱中的温度传感器和露点温度传感器分别测量空气的送风温度和露点温度。采用夏季运行工艺，使室内的空气温度、湿度均大于设计值，通过调整冷却器的开度来进行降温、除湿，并在保持湿度的情况下进行等湿加热，以满足夏季的控制需求;冬天，采用冬季工况，送风温度小于设置，通过调整热水阀门的开度，使空气升温，在一定的温度下等温、加湿、调整蒸汽加湿阀的开度，以满足冬季的控制需求。

2.4变频控制

空调箱内装有变频风扇，强电柜内装有变频器，并采用变频方式，将设于送风总管上的速度传感器与 DDC的一路模拟量输入通路相连，监控空气流量;通过计算各房间的压力差值，调整变频调速，对送风机进行运行，使室内压力保持稳定。在工作状态和灭菌状态下，将室内压力差值设置为50%，并使系统处于低频率运行状态，进入节能状态。

2.5安全联锁控制

系统的安全联锁功能，以系统级和设备级的安全联锁为主。系统级的安全联动，主要是为了保证风机、阀门、执行器的连续控制，比如在系统启动前，首先要开启风阀，然后才能启动风机，关闭阀门。

2.6过滤器状态显示和报警

在风机正常开机后，利用微压差开关对滤网两边的压力进行检测，当滤网两端的压差增加，超过一定范围时，微压差开关就会自动闭合，开启信号会由一条 DI通道发送给 DDC控制器，由该控制器发出报警信息。

3.空调系统的控制策略

3.1PID控制算法

PID控制器是比例积分微分控制器，它将偏差的比例、积分和微分的线性结合形成控制量，使控制系统能够快速地对外部干扰做出反应，使其达到稳定的目的。PID控制器因其结构简单、可靠性高而被广泛地用于冶金、机械、化工、电力等领域，目前已有90%以上的控制电路采用 PID结构。通过对 PID控制器的参数进行整定，根据控制系统的设计需求，并根据现场条件，确定其最优操作参数。

3.2湿度控制

3.2.1温/湿度解耦

本工程的洁净室温/湿度控制要求：夏季温度为20～2℃，冬天为22～2℃，相对湿度为50～60%。通过调节表冷区的开度、电加热器及蒸汽加湿阀的开度，达到了系统的控制目标。表冷段的开度对室内的空气温度、相对湿度都有一定的影响，温度与相对湿度呈耦合关系，温度越高，相对湿度越小，而温度越低，相对湿度越大。温/湿度的耦合关系使其难以控制，为了准确地控制温/湿度，必须对无尘室的温度/湿度进行分离。通常，解耦过程中，首先要保证清洁室内的露点温度，然后进行温度控制，间接地控制室内的相对湿度。无论在什么条件下，在等绝对湿度线上，露点温度都是不变的。由此得出，在相同大气压力下，通过温度和相对湿度计算出的露点温度是唯一的。按照系统控制的需要，将无尘室设定温度22℃、相对湿度55%的露点溫度设定为12.55℃，并在此基础上对无尘室进行控制，以确保无尘室的温/湿达到控制要求。

3.2.2露点控制

在温、湿分离的基础上，为了达到控制室内的相对湿度，必须确保室内的露点温度能够得到稳定的控制。采用此方法对表冷区的冷水盘管和加湿区的蒸汽加湿阀进行了控制。该方法通过回风温度和回风湿度来描述室内的空气状况，由于在相同大气压力下，通过相对湿度和温度计算出的露点温度是唯一的，通过干燥和相对湿度，可以求出露点温度，并通过 PID控制器来确定。通过 PID控制器的 PID操作，将其输出信号送至水阀执行器或蒸气阀门执行器。在夏季运行时，向冷水盘管的水阀执行器输出控制信号，通过水阀的作用来进行降温和除湿，将无尘室的露点温度调整到预定的温度/湿度;冬天，利用等温加湿的热力过程对空气进行加热，这时空气的露点温度必须小于设定值，然后向加湿区的蒸汽加湿阀输出控制信號，以控制加湿阀的动作，将露点温度调至预设值，以确保温度/湿度同时满足控制要求。

3.3温度控制

在保持露点温度的条件下，通过控制温度，既能达到温度和湿度的要求，又能达到设计要求。在此基础上，对系统进行温度控制的变量是回风温度，即通过调节冷热水阀的开度和电加热器的档位来实现。夏季运行时，因冷却盘管调整露点温度，导致送风温度下降，需要利用电热器进行辅助加热，冬天运行时，利用热水盘管加热空气，电加热装置增加加热速率，实现传热。在夏季运行时，系统首先进行冷却、除湿、再进行等湿加热，而在冬季运行时，系统会先进行加热，再进行等热加湿，从而达到对系统温度的控制。在调温过程中，通过测量回风管中的温度传感器，将回风温度送至 PID控制器， PID控制器进行计算，然后将控制信号输入到热水盘管或电热器中，通过调节水阀的开度和加热范围来对空气进行加热。

结束语

随着现代工业、尖端科技、生物制药工业的迅速发展，对洁净室内空气调节设备的需求量每年都在增长。在工业领域，为适应工业生产的需求，必须保证一个与生产过程相适应的温度/湿度，同时又具有一定的稳定性。在空调系统的设计中，对产品的品质、规范的管理起着关键作用。

参考文献

[1]武丽英， 张晓强. 洁净室空调控制系统设计[J]. 现代建筑电气， 2020， 11（7）：5.

[2]安志聪. 电子工业洁净厂房净化空调自控系统设计[J]. 建筑电气， 2021， 40（9）：7.

作者：刘志强