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■设计□论文

设计时间

2011.2.28-2011.6.24

主

要

内

容

根据排水自动控制系统的控制要求，主要研究内容包括：

1.开发电气控制系统，运用PLC可编程逻辑控制器控制系统代替传统继电器控制系统。

选择可靠的控制器及附属电气元件，适应井下环境，符合矿用设备的安全标准；

2.根据排水控制的要求，进行PLC硬件和软件的设计，以达到自动轮换工作和“避峰就谷”的目的，使水泵房工作更加高效节能；

3.运用感应式数字水位传感器实现煤泥水水位的测量；

4.建立PLC与电量监测模块之间的通信，使PLC根据各个水泵电机的电量监测数据判断运行状态；

5.研究了PLC控制系统的可靠性设计问题。

目标和要求

煤矿井下排水自动控制系统应达到以下基本要求：

1.完成煤矿井下排水自动控制系统的总体方案设计；

2.实现水仓水位监测和“避峰就谷”的节水方式；

3.保持水泵和排水管路的轮换工作的实现；

4.水泵启动过程的程序实现；

5.故障监测和保护功能实现；

6.PLC和上位监控计算机的通信。

教

研

室

意

见

教研室主任（签字）：

年月日

系

部

审

批

系（部、院）负责人（签字）：

年月日（单位公章）

注：

由指导教师填写本表，经系部审批同意后确定题目，本表由系部归档保存。

基于PLC控制的龙门式起重机电气控制系统设计

根据龙门式起重机电气控制要求，主要完成内容如下：

1.轮式龙门起重机的设计包括总体结构、起升和小车机构、行走机构，电气控制系统、馈电和照明系统等多项设计计算；

2.龙门起重机的电气控制系统起重机各机构负载特点的分析；

3.电动机容量的计算，以及对各调速方法原理的分析；

4.控制系统软件、硬件的设计。

1.起升机构的同步问题。

起升机构采用了双吊钩同步起升，采取Y-△变压调速来保证同步。

起升电机为Y-△启动，稳定运行时为三角形接法，当PLC检测到两边运行高度相差超出允许范围，则控制起升快的电动机变成Y形接法，速度降低，直到两边实现同步，又变回△接法；

2.小车机构的同步问题。

采用双小车同步运行，两小车之间无机械连接，采用开环控制，PLC检测两小车运行的偏差，根据偏差值对两电动机的速度进行调节，使其一直保持同步；

3.行走机构多轮独立转向及协调控制问题。

行走机构采用静液压闭式油路驱动系统，在正常的前进后退运行的同时还要实现多轮独立转向，在需要转向时，操作员通过转向手柄进行操作，PLC根据指令计算各轮实际需转过的角度，控制比例阀通过液压缸驱动各轮实现转向功能。

基于PLC控制的T68镗床设备数控系统的设计

根据镗床设备数控系统控制要求，主要完成内容如下：

1.介绍我国机床行业的现状分析，提出运用PLC对普通机床进行改造的设想；

2.提出PLC控制系统设计的原则，针对T68镗床设备，完善继电器控制电路移植成PLC梯形图的规则；

3.分析T68锉床电气控制系统的控制要求，统计系统的输入点和输出点，共有输入点15个，输出点7个；

4.选用了日本三菱公司生产的FXZN一48MR可编程序控制器，设计满足锉床控制要求的逻辑代数，完成梯形图；

5.为了提高控制系统的稳定性，对PLC控制系统进行抗干扰设计。

1.提出T68键床控制系统改造总体技术方案；

2.PLC选型及1/0分配，三菱公司主机为FXZN-48MR-001型（24点输入/24点输出继电器型），选择PLC机型时，要留有一定的余量；

3.利用继电器控制电路设计PLC的梯形图时，先要低速启动。

当低速启动一段时间后，才能转化为高速运行，在编程时要正确使用定时器的常闭和常开的区别；

4.T68铿床的花盘进给和主轴进给有机械和电气上的连锁机构，防止误操作引起2个方向同时进给，保留机械连锁，硬件线路的连锁，通过PLC的程序实现连锁。

基于单片机控制的教室智能照明控制系统的设计

根据教室智能照明控制系统的要求，主要完成内容如下：

1.了解教室照明光强的标准；

2.调研教室灯光照明需求以及环境光强弱与开、关灯的关系；

3.研究传感器的分布与安放问题，是否一灯一个传感器或多灯公用传感器；

4.研究灯光控制器电源问题；

5.研究控制器参数值设定的要求及方案；

6.研究人工设置参数、掉电保存参数；

7.研究使用遥控器控制灯光控制器技术。

研究的教室灯光控制系统能用于现有教室照明系统的改造，实现对照明系统的人性化智能管理，提高用电效率；

实现自动、手动灯光控制相兼容，以降低成本;

通过反复试验和改进，最终达到可靠性、实用性、推广性较好的目标。

具体如下：

1.照明回路的控制回路与控制器本身的节能问题；

2.传感器与教室灯配合安装的问题；

3.环境光参数输入采集问题；

4.人存在传感器参数输入采集问题；

5.开灯/关灯的自动与手动兼容措施。

基于单片机的大学生公寓智能化电气系统的设计

根据大学生公寓智能化电气系统的要求，主要完成内容如下：

1.研究基于PIC单片机的防盗、防火报警系统以及节能系统。

该智能报警系统主要包括用户端防盗、防火报警系统、节能控制系统、温度及时间显示系统；

2.设计用户端防盗、防火报警系统包括探测器、自动报警器、电源自动切换等组成部分，并引入模块化设计思想；

3.设计探测器部分和显示部分，做到分时复用；

4.完成各种探测器原理图和部分PCB图，进行了元器件的选择、分立元件面包板模拟、编程调试；

5.本系统所要实现的功能主要包括：

对入室盗窃实现自动检测和自动报警；

对意外情况实现紧急呼救；

对住宅的火灾自动检测和自动报警，对温度和时间的显示，节能模式等。

1.实现大学生公寓安全防范系统的设计和用户端自动报警器的架构设计；

2.在防火探测器的设计中，采用了多元探测技术，弥补了单一探测器探测信号少、探测误差较大的不足，降低了系统的误报率；

3.系统探测器的各个输出量都是开关量，信号线容易受到外界的干扰，在硬件上设置滤波电路，在软件上加入了延时和采取多次巡检程序，减少系统误报；

4.提出节能模式。

针对学生公寓“长明灯”、“长流水”的问题，通过传感器的探测，传送给单片机进行判断操作，进入节能状态。

基于单片机控制的凸轮磨床自适应控制器的设计

根据磨床自适应控制器的控制要求，主要完成内容如下：

1.介绍凸轮加工过程，建立了凸轮磨削加工的系统数学模型，给出磨削力和砂轮转速之间的数量关系；

2.通过直接测量、等效计算等方法，标定凸轮磨床系统数学模型的全部参数；

3.检测砂轮转速，根据凸轮磨削系统模型及凸轮加工要求设计控制器，给出控制器的相关参数；

4.以MSP430F423单片机为处理器，设计凸轮磨床磨削力自适应控制器；

5.设计控制器的电源供电模块、速度显示模块、串口通信模块、实时采集检测模块；

6.对现有的开放式凸轮磨削数控系统进行了功能上的改进。

1.通过对磨削系统的力学分析建立系统的数学模型，给出系统数学模型所需的全部参数，建模思路与过程；

2.设计PID控制器和模糊控制器，对两种控制器分别进行研究。

给出PID调节参数与系统时间域性能指标间的关系；

3.总结控制器的模糊控制规则表，编写单片机模糊控制语句，并对模糊控制器进行了仿真研究；

4.设计基于MSP430F423单片机的磨削力自适应控制器的总体结构和硬件电路结构，在单片机上实现了采样信号的输入处理、液晶显示、通讯、A/D转换等功能，给出了MSP430F423单片机适应控制器的语言程序。

基于单片机的太阳能热水器模糊控制系统的设计

1.实现模糊控制器的设计及算法，设计具有模糊控制的太阳能热水系统，由AT89551单片机及其扩展电路组成模糊控制器；

2.模糊控制程序通过查表将温度误差及误差变化率的精确值模糊化，进而查找根据经验和多次实验结果编写的模糊控制规则表，得到模糊控制输出，并将其反模糊化，以调节电加热功率，使水温保持恒定；

3.分析模糊控制的设计方法和模糊控制系统的单片机实现；

4.研究算法在基于单片机的模糊控制上的应用，对控制对象建立数学模型后，利用MATLAB进行仿真比较。

5.分析太阳能加热与电加热的关系，以单片机为核心对模糊控制器进行设计，包括硬件与软件的实现。

1.了解模糊控制原理与模糊控制器的结构，采用模糊PID算法来控制具有纯滞后、时变性的控制对象；

2.分析有纯滞后过程的特性，研究时滞过程一些基本方法，着重于利用模糊控制改进纯滞后、参数时变等特性；

3.考虑优化过程的特点，增强自适应模糊控制系统的稳定性；

4.在温度进行自适应模糊控制的过程中，用自适应控制算法优化模糊控制器，客观地反映温度变化的情况；

5.本文利用了MATLAB软件研究模糊控制器的控制性能。

基于模糊PID控制的水温与流量控制系统的设计

根据水温与流量控制系统的控制要求，主要完成内容如下：

1.实现自调整模糊控制器与规则自适应模糊控制器设计，分别探讨了比例参数的自调整模糊控制和规则，自适应模糊控制两种方法；

2.把模糊控制和PID相结合和在模糊控制中引入智能积分器，消除稳态误差，提高控制精度；

3.模糊控制在水温与流量控制系统中的应用，探讨模糊控制器本身的解耦特性；

4.借助MATLAB软件的SIMULINK工具箱，仿真设计热水器水温和流量模糊控制系统。

1.研究模糊控制器非线性本质的框架结构及其同常规控制策略的联系，揭示模糊控制器工作的实质和机理；

2.研究模糊控制器的优化设计问题。

模糊控制器源于采用启发式直觉推理，其本身的推理方式难于保证控制效果的最优；

3.在理论研究中规则本身非线性问题及实际应用中模糊控制器的规则自学习和自动获取问题；

4.将模糊控制同其它领域的理论研究方法相结合，特别是“软计算”方法，如人神经网络、进化算法、混沌理论等；

5.模糊控制的稳态误差的消除，也就是智能积分器的研究问题。

如何适时，适量又不引起系统振荡是设计智能积分器要考虑的主要因素。

基于模糊PID控制的智能导引车控制系统的设计

以16位单片机MC9S12DG128B为核心控制单元，配以CCD摄像头作为道路检测方案进行检测路径信息，对智能车进行实时控制。

智能小车所采取的模糊控制与经典的PID控制相结合来实现小车对速度的控制和转向舵机的控制。

具体的研究内容主要包括：

1.根据要求设计小车硬件电路方案，详细的介绍各个模块的功能；

2.根据PID控制、模糊控制以及模糊PID控制算法的原理，给出模糊控制器的设计步骤；

3.智能车软件结构设计，运用模糊控制理论分别对智能小车的方向和速度进行控制。

根据智能导引车控制系统的控制要求如下：

1.硬件设计。

系统采用了FREESCALE公司的S12系列芯片，减少外围芯片的数量，提高了主板电路的可靠性和抗干扰性；

2.道路识别模块。

采用了CCD摄像头作为检测道路信息的方案在图像处理方面采用了边缘检测的方法，提取出跑道中心线位置，得出小车位置，偏移量等信息为模糊控制提供输入；

3.模糊控制器。

模糊控制器是小车内部核心，为了解决舵机延时，对舵机采用模糊控制；

4.为解决了模糊控制精度不高的问题，对电机使用了模糊PID控制。

基于模糊神经网络的变压器故障诊断方法的研究

□设计■论文

1.变压器故障诊断的研究现状，论述变压器和整个电力系统安全与稳定的关系，给出变压器常用的预防性试验方法，并对油中溶解气体法作详细的分析；

2.结合人工神经网络在故障诊断中的应用，采用油中溶解气体分析法的数据作为输入对反向传播神经网络进行训练学习，通过调整权值和闭值，建立故障分析模型，实现对各网络参数的比较确定；

3.研究TNFIN为代表的神经模糊系统在变压器故障诊断中的应用，模糊规则通过学习样本直接获取；

4.以模糊神经网络为核心，充分利用变压器各类状态信息，将油中溶解气体分析与电气试验等故障相关信息结合，并充分借鉴现场的运行、诊断和维修经验知识，提出基于信息融合技术的分层的、可靠的、开放的变压器综合故障诊断模型。

1.结合变压器故障诊断的实际情况，借助于信息融合理论，确定故障的具体部位，形成了一种新的分层式变压器综合故障诊断模型；

2.采用模糊数学和神经网络理论研制成的模糊神经网络融合了模糊系统的推理能力和神经网络的自学习能力，可有效的压缩神经网络的输入空间，去除冗余信息，提高网络的训练速度和判断准确率；

3.以TNFIN模型为核心，充分利用变压器各类状态信息，将油中溶解气体分析与电器试验等故障相关信息结合，并充分借鉴现场的运行、诊断和维修经验知识，建立了基于D-S证据理论信息融合故障诊断模型。

基于模糊神经网络的电气火灾报警系统的研究

1.电气火灾报警系统进行整体规划和结构设计；

2.系统硬件电路主要包括探测器部分和控制器部分。

以C8051F020单片机为核心的控制器部分包括电源电路、时钟基准电路、存储器电路、液晶显示电路、键盘电路、声光报警器电路；

3.以P89LPC932A1单片机为核心的探测器部分硬件电路的设计，包括电气故障参数信息的提取、处理和发送。

实现了火灾报警、故障报警信息的实时监控及信号的传输；

4.系统算法设计。

针对火灾对象的发生过程以及特征参数，提出一种用模糊神经网络构造的火灾预报模型。

在此基础上构建火灾自动探测算法；

5.系统的软件编制。

1.设计电气火灾报警系统的控制器。

具有操作人员管理、报警信息查询、探测器管理、预报警、火警处理、通讯等功能，并采用LCD显示器进行报警系统所需各种信息显示；

2.完成火灾报警探测器的设计。

采用PHILIPS公司的低功耗P89LPC932A1单片机设计，实现了对火灾信息的检测和传送；

3.实现火灾报警控制系统的软件设计，包括多任务实时操作系统、交互式人机界面、液晶屏、传感器、火灾探测器等硬件驱动及应用程序等；

4.将模糊神将网络算法应用于火灾报警系统，解决了传统火灾探测中存在的误报、漏报、智能化低等缺点。

自适应PID烘缸温度控制系统的设计

自适应PID烘缸温度控制系统的设计主要包括：

1.运用自适应PID控制、智能专家系统等先进的控制思想结合最新工业数据采集技术、数据库技术、多媒体技术、计算机多线程技术等，完成对十个通道的数据采集和现场模拟，实现了对十个烘缸温度的自动监测；

2.根据现场工艺特点，结合计算机中的控制模型，实现对十个烘缸温度的自动控制，不需要人工的干预；

3.系统中所有的温度参数、阀门开度等数据实时在现场模拟显示；

4.对现场的模拟图配有相应的文本图和柱状图等；

5.根据系统管理的需要，增设自动交接班登记、功能权限设置。

为了实现温度控制要求，温度自动控制系统在检测控制、参数设定以及系统安全等方面应满足以下要求：

1.检测控制。

1）系统自动检测十个烘缸温度，并实时显示；