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第1篇：自動化控制畢業論文范文

關鍵詞：電力拖動自動控制系統；課程；實驗；改革

中圖分類號：TN921-4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 02-0000-02

電氣工程和自動化專業的發展由來已久，但是為了適應21世紀的社會需求和國家教育模式的改革，需要對高等學校的教育模式改革，培養出具有全面的知識體系和創新能力以及高素質的綜合性人才。電子技術和計算機控制技術以及改造的能力等是電氣工程及自動化專業的學生必須具備的能力，為其以后從事與電氣工程專業相關的工作和研究打下基礎。為了培養出全面的高素質綜合性人才，就需要對現有的教學模式進行改革。

一、課程難度剖析

在學習電力拖動自動控制系統時，學生必須了解直流電動機的工作原理和直流電動機系統中的電磁量以及機械量之間的相互轉換關系；了解可控直流電源的產生方法，知道在控制系統中，可以根據控制對象來控制某一控制量的算法和衡量控制系統性能的基本指標；掌握單片機的原理等。而要實現學生對上面的知識的掌握，就要學習很多的知識，如自動控制理論和電機以及計算機控制技術等多門學科，所以，電力拖動自動化控制系統的知識面很廣，要求的專業基礎背景高。而這對于學生來說，都是很難的課程，且要在學校這段有限的時間學會，學透是很不容易的。

二、教學內容的改革，加強工程的應用

電氣工程和自動化專業的課程教學內容主要是課程教學與實驗以及課程設計。課程教學的目標是以電機作為對象和電力電子功率變換器為弱電控制強電的媒介，以及自動控制理論為分析和設計的基礎來掌控運動控制系統的控制規律和設計方法。把課程的設計和綜合實驗結合起來，可以鞏固課程的理論知識，提高學生的操作能力。為了加強工程的運用，可以通過加強位置控制系統和張力控制系統以及數字控制系統來增加工程的運用。位置控制系統即位置隨動系統，在使用這個系統時，可以將應用廣泛的伺服電機控制系統和數字控制結合起來介紹驅動器的工作原理和參數設置，為以后參加工作打好基礎。張力控制系統在加工帶材和線材的過程中，保持卷的進出的張力，使帶材卷的整齊和緊致。數字控制系統包括數字控制的硬件電路和軟件流程。

三、教學方法的探討

課程教學的環節包括課堂教授和學生自學以及實驗等，在教授理論課時，可以運用多媒體教學在其中加入動態演示的圖像，讓學生對內容更容易理解；在教授對交流和直流控制的軟件系統時，就可以結合仿真軟件，通過在課堂上建立起模型和課堂以及課后的仿真，使學生更加了解對系統的控制。而對于培養應用型的人才，由于學生沒有真正的參加過工作，所以沒有經驗，這就使得學生對于課堂學習的知識不夠理解或不感興趣。這些問題教師在備課時都需要考慮到，如為了提高學生的興趣，可以在教授電力拖動系統時增加其應用背景。在教學過程中逐漸改變學生的態度和思想，使其不在抱著應付考試的心態去學習，而是發自內心的真正喜歡這門學科。

四、加強實驗教學中的工程實踐能力

（一）理論與實驗結合

“電力拖動自動控制系統”是一門在實際生活中運用廣泛的課程，所以它的教學方式不應該僅僅局限于理論知識的學習，還應該將理論與實驗相結合，增加學生的應用能力。在上實驗課程時，應該讓學生自己動手操作，根據實驗的目的擬定實驗的路線和選擇合適的儀器儀表以及確定實驗的步驟，然后進行數據的測試，并根據得出的數據進行分析。還有就是在上實驗課時，可以盡量讓學生掌握一些電氣測量的方法和實驗設計以及工程的運用結合。在學生實驗的過程中，可以加深學生對理論知識的理解，對于實驗時獲得的數據，可以為學生以后寫畢業論文時提供依據。

（二）課程設計強化實踐能力

課程設計的目的在于培養學生的自主理解能力，將課程上所學到的理論知識與實踐技能相結合，解決工程問題。在課程設計課上，可以選擇幾個與工程運用相關的主題，如變頻器控制交流電動機調速的應用和設計PWM控制直流電動機調速系統設計以及無刷直流電動控制器設計等。在這些主題中，由學生選擇其中的一個，然后進行分組來完成，并且提出相應的要求，如系統設計方案論證和系統指標測試以及硬件開發等。限定學生完成課程設計的時間在3周以內，而且設計的內容要包括根據題目設計相應的電路和參考文獻以及顯示輸出電路等。在這一系列的過程中，學生及掌握了系統開發設計的流程和方法，也提高了自己的操作能力和創新能力。

五、結束語

專業教學長期探討的問題包括如何有效的激發學生學習的興趣和積極性以及引導學生學會自主學習和思考。本文就結合電力拖動自動控制的實際教學情況，通過分析其面臨的問題，改革教學內容和教學方法以及實踐環節，提高了學生學習的積極性和操作技能以及創新的能力，提高了學生的綜合素質。

參考文獻：

[1]李新德，郝立，孟正大.電力拖動與運動控制系統課程教學方法探討[J].電氣電子教學學報，2010（06）.

[2]洪乃剛，洪小平，黃松清.電力電子和電力拖動系統虛擬實驗的開發和應用[J].實驗室研究與探索，2010（05）：338-339.

[3]錢曉耀，陳衛民，蔡慧.“電力拖動自動控制系統”課程教學改革探討[J].中國電力教育，2011（07）：61-62.

第2篇：自動化控制畢業論文范文

【關鍵詞】步進電機，加減速控制，規律

中圖分類號：F407文獻標識碼： A

一、前言

近年來，我國步進電機工程雖然取得了飛速發展，但依然存在一些問題和不足需要改進，在十八屆三中全會深化改革精神指引下，加快實體經濟發展推動產業轉型升級的新時期，加強對步進電機加減速控制規律的掌控，推進步進電機在實體工業經濟尤其是自動化設備中的應用，對步進電機技術的提高有著重要意義。

二、步進電機的概述

步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。由于脈沖信號數與步距角的線性關系，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點，使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單。

步進電機作為控制執行元件，是自動化設備的關鍵部件之一, 廣泛應用在各種自動化控制系統和精密機械等領域。例如，在儀器儀表、數控機床設備、木工機械、物流設備以及計算機的設備中（如打印機和繪圖儀等），凡需要對轉角進行精確控制的情況下，使用步進電機最為理想。隨著微電子和計算機技術的發展，步進電機的需求量與日俱增，在各個國民經濟領域都有應用。

步進電機只能夠由數字信號控制運行的，當脈沖提供給驅動器時，在過于短的時間里，控制系統發出的脈沖數太多，也就是脈沖頻率過高，將導致步進電機堵轉。要解決這個問題，必須采用加減速的辦法。就是說，在步進電機起步時，要給逐漸升高的脈沖頻率，減速時的脈沖頻率需要逐漸減低。這就是我們常說的“加減速”方法。步進電機轉速度，是根據輸入的脈沖信號的變化來改變的。從理論上講，給驅動器一個脈沖，步進電機就旋轉一個步距角（細分時為一個細分步距角）。實際上，如果脈沖信號變化太快，步進電機由于內部的反向電動勢的阻尼作用，轉子與定子之間的磁反應將跟隨不上電信號的變化，將導致堵轉和丟步。所以步進電機在高速啟動時，需要采用脈沖頻率升速的方法，在停止時也要有降速過程，以保證實現步進電機精密定位控制。

三、步進電機的技術現狀

步進電動機出現于上世紀，它是一種可以自由回轉的電磁鐵，動作原理和今天的反應式步進電動機沒有什么區別，也是依靠氣隙磁導的變化來產生電磁轉矩。在本世紀初，步進電動機的技術得到了長足的進步，到了80年代后，由于廉價的微型單片機以多功能的姿態出現，步進電動機的控制方式更加靈活多樣。原來的步進電機控制系統采用分立元件或者集成電路組成的控制回路，不僅調試安裝復雜，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改變控制方案就一定要重新設計電路。單片機則通過軟件來控制步進電機，更好地挖掘出電動機的潛力。因此，用微型單片機控制步進電機已經成為了一種必然的趨勢，也符合數字化的時代趨勢。對于步進電動機國外早已發展高性能的混合式結構，我國混合式步進電機90年代才開始發展，混合式電機的使用量近年也在不斷增長。由于長期使用磁阻式電機，使得兩種機型并存，造成與國外的差距加大。在高性能、高技術含量電動機方面，如無刷直流電動機、交流伺服電動機、直線電機等差距更大一些。這主要是由于我國電子技術落后，投入不足和人才短缺。

四、步進電機加減速控制規律

（一）指數型加減速優化控制方法

對于步進電機來說，如果想得到最快的加減速過程，就需要在每個頻率下輸出相應的最大轉矩，即電機以最大的加速度來運行，就可以得到最快的加減速曲線。

（二）算法的修正與改進

由上面的理論方法得到的理論加減速曲線，在實際系統的應用中情況并不好，對于負載比較大的系統，所需的加減速臺階數過多，過程非常復雜，消耗了大量的系統資源，同時步進電機也出現了明顯的失步情況，分析其原因在于每個速度只運行一步，還沒有完全穩定就運行到更高的速度了，所以造成了系統的不穩定。因此，曲線需要進行一定的修正，通過步進電機加減速實驗尋找其中的規律，提供合理的制定優化曲線的方法。

1、最優加減速趨勢

首先，需要知道電機在什么樣的加減速趨勢下，可以用最短的時間完成加減速過程。所以，對于同一個負載，應用不同趨勢的加減速曲線，觀察哪種方式下運行最快。必須獲得采用加速較快的指數曲線趨勢所用的時間、采用負載所對應的理論的加減速趨勢所用的時間和采用加速較慢的指數曲線趨勢所用的時間。通過實驗，我們發現對于負載來說按照理論上的優化曲線趨勢下運行，比其它加減速趨勢所用時間短，所以我們可以認為：雖然完全應用理論上的加減速曲線會有很多缺點，但是有理論求取的加減速趨勢是非常合理的，帶來了很好的快速性。這里需要說明的是：為了保證步進電機正常運行，在應用這些曲線時進行了低頻修正―增加低頻運行時的步數，直到電機正常運行為止。

2、實驗規律

雖然按照低頻修正后理論上的加減速曲線運行，電機運行速度非常快，但是也存在一定的問題，加減速臺階過多，非常的復雜，給系統帶來了一定的負擔；系統缺乏連續性，負載的少量增加，就會導致系統無法正常運行；沒有很好的規律性，對于不同的負載，設定加減速過程不方便。為了減少運行臺階，對于理論計算得到的加減速曲線中的某些速度臺階，步進電機就直接跳過去，到下一個速度臺階。我們通過實驗發現了這樣的規律：選取理論上的優化曲線中的一些臺階作為運行曲線，電機仍可以正常運行，但是要增加每個速度臺階的步數，同時所用的使電機正常運行的最小時間也將增長。電機運行臺階數越多，使電機正常運行的最小時間也就越少。

同時，我們通過實驗也發現：時間隨著所取臺階數的減少而增長，但是對于加速過程和減速過程的影響是不同的。隨著索取臺階數的減少，加速過程所用時間明顯增加，減速過程所用時間變化則較小。

（三）提出新優化方法

通過實際工作中的經驗，歸納出了一種升降速曲線的優化方法：電機的加減速趨勢采用理論計算得到的指數加減速曲線趨勢，上升和下降的臺階數分別取相應的理論優化曲線的一半，然后每個上升臺階走5步，每個下降臺階走3步，這樣就可以保證電機正常運行，而且有較快的速度，同時減少了運行的臺階數(見圖1)，使曲線更簡單，同時即使負載有少量的變化，電機也可以正常運行，使系統性能更好。

（四）勻加減速控制

在步進電機升速過程中,勻加減速運動是加速度保持一恒定值不變,速度以線性規律上升。該種加速方法快速性較好,但由于速度呈線性上升或下降規律,不完全符合步進電機的速度變化規律,所以該種加減速控制方法效果不是十分理想。通過勻加減速控制實驗,步進電機處于負載狀態下可以按預期的目標升降速,但是出現過沖量大、穩定性差、噪音大的現象。所以在短距離的步進電機加減速控制中不適合采用該方法。

（五）加速度控制

由于步進電機轉動時,電機各相繞組的電感將形成一個反電勢,在升速過程中,頻率越高,反電勢越大。在其作用下,電機隨頻率 (或速度)增大而相電流減小,從而導致輸出力矩下降。所以,若步進電機升降速曲線不合理,會造成失步或堵轉現象,從而直接影響到整機的精度與穩定性。所以，必須要經過嚴格的理論計算與大量的實驗來確定最佳的加減速控制方案。由于步進電機為單片機主控,指數曲線在實際軟件編程中比較麻煩,所以采用離散逼近法獲得理想的升降速曲線,將事先算好的數據存貯在ROM內,在工作過程中直接讀取。步進電機以“突跳頻率”啟動,并按指數規律上升。在步進電機速度變化過程中,速度不是連續變化,而是按分檔階梯變化,每一個速度階梯的運行時間都不同。隨著速度的上升,對應速度階梯運行時間也呈上升趨勢,即隨著速度的上升,對應階梯運行脈沖數也隨之增加，電機升降速曲線圖見圖2。

五、結束語

隨著步進電機技術的不斷發展與完善，步進電機加減速控制規律將會得到更多管理者的重視，在市場競爭日趨激烈的背景下，步進電機加減速控制規律將會發揮著越來越重要的作用。

參考文獻

[1]劉亞東，李從心，王小新．步進電機速度的精確控制［J］．上海交通大學學報，2001