针头自动校位装置的结构设计

㈠ 校直机的工作原理

自动校直机是针对轴杆类产品在热处理后发生弯曲变形而设计的自动检测校直装置，它是一种集机械、电气、液压、气动、计算机测控分析为一体的高科技产品，具有优良技术性能，集中体现在测量精度高，生产节拍快，工件适应能力强等优点，对轴杆类工件的纯圆截面、D型截面以及齿轮或花键的分度圆等部位的径向跳动可实现准确测量。
轴类校直，主动回转中心和从动回转中心的顶尖将工件夹持后，顶尖有调速电机驱动旋转，通过工件传到从动回转中心顶尖，同时，与可动支撑相连的测量装置检测工件表面的全跳动量（TIR），从动回转中心的光电编码器测量工件表面的全跳动量方向，计算机根据这些数据判断工件最大弯曲位置和方向，发出指令使工件最大弯曲点朝上时工件停止转动，并结合TIR幅值及设定的参数计算修正量，实现对工件的精确修正，工件夹持与放松，可动支撑位的选择，工件台得移动及冲头快慢速给进等动作均有PLC实现管理。
（一）、承载机架
JE系列轴类自动校直机按主机结构形式可分为C型和门型两种。C型校直机主机采用开放式框架结构，该机型的特点是结构简单、占地面积较小（将电控柜装于主机内）、对超长（≥900mm）工件适应性好、在大吨位产品方面有较大优势。门型校直机主机采用封闭式框架结构，该机型的特点是有外观匀称、结构紧凑、主机刚性好、油缸移动速度快、校直效率较高、油缸移动惯性小、定位误差小、易于上线安装于自动流水线等特点，该架构一般多用于校直较短工件和吨位较小的校直机，选用自动上下料机构即可实现全自动校直。
这两种机型在使用上没有偏重，任何行业都可以选用，差别在于实际工作的要求，例如：设计吨位比较大可以选择C型机，工件超长的可以选C型机，而对校直工作效率要求较高，工件又不是很长，就可以选用门型机。在工作方式上，C型校直机采用压头机构位置固定，通过电机驱动齿轮齿条机构控制移动工作台的方式来切换工件轴向校直点，；而门型校直机是采用工作台固定，通过电机驱动滚珠丝杠副控制移动压头机构的方式来切换工件轴向校直点，压头移动速度快、系统惯量小，切换工件轴向校直点时门型机的定位优于C型机。当校直点左右有足够空间时，两种机型差别不大。
C型校直机和门型校直机的工作台上定位和夹紧部件均采用积木式设计，以适应各种可动支承、测量单元、摩擦驱动装置、顶尖式回转中心的安装与调整，同时也方便了易损零部件的维修与更换，更有利于用户对新产品零部件校直工序的切换与扩展。
机械系统关键部件采用日本THK、ORIENTAL、NISSEI、德国ROHM等世界著名公司的产品，校直机运行精度保持性能长久。
（二）、液压控制系统
泵站、液压阀组、执行油缸，液压控制回路等组成了校直机的液压系统。由于液压系统的关键部件采用的是日本YUKEN、意大利ATOS、台湾NORTHMAN等世界著名公司的产品，保证了液压系统工作的精确性、稳定性、可靠性。在校直机待机工作时，独到的节能卸荷方式设计更适合于我国广阔的地区气候差异，保证了自动校直机能在任何地区以较合适的工作温度连续运行。
（三）、气动控制单元
气动三联件、压力继电器、集装阀组以及执行气缸组成的气动控制回路，构成了校直机的气动单元。气动单元主要是控制并执行工件的夹紧、定位、分选和运送等动作，在每个执行气缸上都有位置检测开关用于向系统反馈动作执行情况，便于动作流程的控制以及故障诊断与排查。气动元件主要选用日本SMC、德国FESTO和台湾SHAKO等世界著名公司的产品，动作灵敏可靠，寿命长。
（四）、工件径跳检测单元
机械杠杆式的测量放大机构、高精度的位移和角度传感器、精密的速度控制电机以及测量探头构成了工件径跳检测单元。测量探头可以采用超硬圆棒式测量挺杆、全开或半开包容式测量片以及高精度标准齿轮等多种方式，分别对轴杆类工件的纯圆截面、D型截面以及齿轮或花键的分度圆等部位的径向跳动实现准确测量。复杂周密的设计保证了测量的精确性、实用性。
（五）、可编程控制中心（PLC）
可编程控制中心是校直机的关键组成部分。校直机繁杂有序的动作都是在它的程序控制下执行完成的。PLC与计算机处理系统相互通讯并协调控制各执行部件有序的进行夹紧、测量、校直部位选择、加压实施修正等动作。系统采用日本OMRON系列可编程控制器（也可根据用户要求选用日本MITSUBISHI、德国SIEMENS等公司的产品），电气操作和执行元件主要采用日本MITSUBISHI、FUJI、OMRON、MATSUSHITA、法国SCHNEIDER等公司的产品，工作稳定可靠。
（六）、计算机处理系统
超高精度的数据采集系统、安全可靠的输入输出系统、带大屏幕彩色液晶显示器的工业一体化工作站、高专业水准的软件包，全中文的人机交互界面，丰富多彩的图文显示、可打印的数据统计输出等构成了校直机的计算机处理系统。
软件设计方面，我们在借鉴了国外各专业厂家的先进经验的基础上，增加了我们独特的校直理念，其中点振式修正大大加快了校直速度。向量分解式修正是专门针对带有D形截面或表面局部淬火的工件（如转向器齿条）而开发设计的。这一类工件通常由于外形的不规则或各个方向上热处理不均匀，导致其不同的方向上机械特性存在差异，如果使用传统的校正方式很难达到产品的技术要求。向量分解式修正可以在不同的方向上建立不同的修正模型进行校正，出色的解决了这类工件难于校直的问题。
在软件实现上，我们采用的是C++ BUILDER 6.0 编程，C语言应用在工业控制领域的卓越表现使得我们的软件包在代码的执行速度和稳定性方面表现出色。全中文的人机交互界面更加符合中国人的使用习惯，同时使操作人员更加容易理解掌握。详尽的在线电子图文帮助系统可使初学者迅速掌握操作要领。可任意扩展的工件参数存储，满足了一机多用的要求。完善的故障自诊断系统可使操作人员迅速排查设备故障。测量动态波形显示可以非常直观的发现工件的圆度误差、毛刺、凹坑等工件表面缺陷。最为难能可贵的是我们拥有对整套系统的再开发能力和技术队伍，甚至可以针对特殊工件和用户提出的合理要求进行专门的设计，达到与用户在技术上的互动，以便于出色地发挥设备的功能和效率。
国内研制历史

㈡ 全自动液压校直机的工作台部分怎么工作的是靠液压系统，还是靠的电机带动减速机工作的

网络
校直机是对汽车及其他机械行业广泛应用的各种轴类零件在热处理过程中产生变形，而进行校直的设备。
工作原理
自动校直机是针对轴杆类产品在热处理后发生弯曲变形而设计的自动检测校直装置，它是一种集机械、电气、液压、气动、计算机测控分析为一体的高科技产品，具有优良技术性能，集中体现在测量精度高，生产节拍快，工件适应能力强等优点，对轴杆类工件的纯圆截面、D型截面以及齿轮或花键的分度圆等部位的径向跳动可实现准确测量。 轴类校直，主动回转中心和从动回转中心的顶尖将工件夹持后，顶尖有调速电机驱动旋转，通过工件传到从动回转中心顶尖，同时，与可动支撑相连的测量装置检测工件表面的全跳动量（TIR），从动回转中心的光电编码器测量工件表面的全跳动量方向，计算机根据这些数据判断工件最大弯曲位置和方向，发出指令使工件最大弯曲点朝上时工件停止转动，并结合TIR幅值及设定的参数计算修正量，实现对工件的精确修正，工件夹持与放松，可动支撑位的选择，工件台得移动及冲头快慢速给进等动作均有PLC实现管理。
（一）、承载机架 JE系列轴类自动校直机按主机结构形式可分为C型和门型两种。 门型校直机
C型校直机主机采用开放式框架结构，该机型的特点是结构简单、占地面积较小（将电控柜装于主机内）、对超长（≥900mm）工件适应性好、在大吨位产品方面有较大优势。门型校直机主机采用封闭式框架结构，该机型的特点是有外观匀称、结构紧凑、主机刚性好、油缸移动速度快、校直效率较高、油缸移动惯性小、定位误差小、易于上线安装于自动流水线等特点，该架构一般多用于校直较短工件和吨位较小的校直机，选用自动上下料机构即可实现全自动校直。 这两种机型在使用上没有偏重，任何行业都可以选用，差别在于实际工作的要求，例如：设计吨位比较大可以选择C型机，工件超长的可以选C型机，而对校直工作效率要求较高，工件又不是很长，就可以选用门型机。 C型机架自动校直机
在工作方式上，C型校直机采用压头机构位置固定，通过电机驱动齿轮齿条机构控制移动工作台的方式来切换工件轴向校直点，；而门型校直机是采用工作台固定，通过电机驱动滚珠丝杠副控制移动压头机构的方式来切换工件轴向校直点，压头移动速度快、系统惯量小，切换工件轴向校直点时门型机的定位优于C型机。当校直点左右有足够空间时，两种机型差别不大。 C型校直机和门型校直机的工作台上定位和夹紧部件均采用积木式设计，以适应各种可动支承、测量单元、摩擦驱动装置、顶尖式回转中心的安装与调整，同时也方便了易损零部件的维修与更换，更有利于用户对新
产品零部件校直工序的切换与扩展。 机械系统关键部件采用日本THK、ORIENTAL、NISSEI、德国ROHM等世界著名公司的产品，校直机运行精度保持性能长久。 （二）、液压控制系统 泵站、液压阀组、执行油缸，液压控制回路等组成了校直机的液压系统。由于液压系统的关键部件采用的是日本YUKEN、意大利ATOS、台湾NORTHMAN等世界著名公司的产品，保证了液压系统工作的精确性、稳定性、可靠性。在校直机待机工作时，独到的节能卸荷方式设计更适合于我国广阔的地区气候差异，保证了自动校直机能在任何地区以较合适的工作温度连续运行。 （三）、气动控制单元 气动三联件、压力继电器、集装阀组以及执行气缸组成的气动控制回路，构成了校直机的气动单元。气动单元主要是控制并执行工件的夹紧、定位、分选和运送等动作，在每个执行气缸上都有位置检测开关用于向系统反馈动作执行情况，便于动作流程的控制以及故障诊断与排查。气动元件主要选用日本SMC、德国FESTO和台湾SHAKO等世界著名公司的产品，动作灵敏可靠，寿命长。
大吨位液压自动校直机(2张)（四）、工件径跳检测单元 机械杠杆式的测量放大机构、高精度的位移和角度传感器、精密的速度控制电机以及测量探头构成了工件径跳检测单元。测量探头可以采用超硬圆棒式测量挺杆、全开或半开包容式测量片以及高精度标准齿轮等多种方式，分别对轴杆类工件的纯圆截面、D型截面以及齿轮或花键的分度圆等部位的径向跳动实现准确测量。复杂周密的设计保证了测量的精确性、实用性。 （五）、可编程控制中心（PLC） 可编程控制中心是校直机的关键组成部分。校直机繁杂有序的动作都是在它的程序控制下执行完成的。PLC与计算机处理系统相互通讯并协调控制各执行部件有序的进行夹紧、测量、校直部位选择、加压实施修正等动作。系统采用日本OMRON系列可编程控制器（也可根据用户要求选用日本MITSUBISHI、德国SIEMENS等公司的产品），电气操作和执行元件主要采用日本MITSUBISHI、FUJI、OMRON、MATSUSHITA、法国SCHNEIDER等公司的产品，工作稳定可靠。 （六）、计算机处理系统 超高精度的数据采集系统、安全可靠的输入输出系统、带大屏幕彩色液晶显示器的工业一体化工作站、高专业水准的软件包，全中文的人机交互界面，丰富多彩的图文显示、可打印的数据统计输出等构成了校直机的计算机处理系统。 软件设计方面，我们在借鉴了国外各专业厂家的先进经验的基础上，增加了我们独特的校直理念，其中点振式修正大大加快了校直速度。向量分解式修正是专门针对带有D形截面或表面局部淬火的工件（如转向器齿条）而开发设计的。这一类工件通常由于外形的不规则或各个方向上热处理不均匀，导致其不同的方向上机械特性存在差异，如果使用传统的校正方式很难达到产品的技术要求。向量分解式修正可以在不同的方向上建立不同的修正模型进行校正，出色的解决了这类工件难于校直的问题。 在软件实现上，我们采用的是C++ BUILDER 6.0 编程，C语言应用在工业控制领域的卓越表现使得我们的软件包在代码的执行速度和稳定性方面表现出色。全中文的人机交互界面更加符合中国人的使用习惯，同时使操作人员更加容易理解掌握。详尽的在线电子图文帮助系统可使初学者迅速掌握操作要领。可任意扩展的工件参数存储，满足了一机多用的要求。完善的故障自诊断系统可使操作人员迅速排查设备故障。测量动态波形显示可以非常直观的发现工件的圆度误差、毛刺、凹坑等工件表面缺陷。最为难能可贵的是我们拥有对整套系统的再开发能力和技术队伍，甚至可以针对特殊工件和用户提出的合理要求进行专门的设计，达到与用户在技术上的互动，以便于出色地发挥设备的功能和效率。
国内研制历史
1994年，我国研制成功了中国第一台轴类自动校直机-研制单位-机械工业部长春试验机研究所。 1999年，精密自动液压校直机获国家机械工业局科技进步二等奖-研制单位-由机械工业部长春试验机研究所和中国第一汽车集团公司 联合研制。 2003年，中国机械工业集团公司长春试验机研究所研制成功ASC-II系列（JE系列前称）自动校直机，彻底改变了我国在校直机领域长期依赖进口技术的局面，确立了自主知识产权的地位。 2007年，中国机械工业集团公司长春试验机研究所成功开发了机电伺服的JJ系列机械式校直机。

㈢ 求一份自动控制原理的课程设计，就是随便一个自动控制系统的具体设计，各位大侠帮下啊·

摘 要

随着科学技术的不断的向前发展，人类社会的不断进步。自动化技术取得了巨大的进步，自动控制技术广泛应用于制造业、农业、交通、航空及航天等众多产业部门，极大的提高了社会劳动生产率，改善了人们的劳动条件，丰富和提高了人民的生活水平。当今的社会生活中，自动化装置无所不在，自动控制系统无所不在。因此我们有必要对一些典型、常见的控制系统进行设计或者是研究分析。
一个典型闭环控制系统的组成是很复杂的。通常都由给定系统输入量的给定元件、产生偏差信号的比较元件、对偏差信号进行放大的放大元件、直接对被控对象起作用的执行元件、对系统进行补偿的校正元件及检测被控对象的测量元件等典型环节组成。而控制系统设计则是根据生产工艺的要求确定完成工作的必要的组成控制系统的环节，确定环节的参数、确定控制方式、对所设计的系统进行仿真、校正使其符合设计要求。同时根据生产工艺对系统的稳、快、准等具体指标选择合适的控制元件。

原理分析
1.1 信号流图
信号流图是表示线性代数方程的示图。采用信号流图可以直接对代数方程组求解。在控制工程中，信号流图和结构图一样，可以用来表示系统的结构和变量传递过程中的数学关系。所以，信号流图也是控制系统的一种用图形表示的数学模型。由于它的符号简单，便于绘制，而且可以通过梅森公式直接求得系统的传递函数。因而特别适用于结构复杂的系统的分析。
信号流图可以根据微分方程绘制，也可以从系统结构图按照对应的关系得到。
任何线性方程都可以用信号流图表示，但含有微分或积分的线性方程，一般应通过拉氏变换，将微分方程或积分方程变换为s的代数方程后再画信号流图。绘制信号流图时，首先要对系统的每个变量指定一个节点，并按照系统中的变量的因果关系，从左到右顺序排列；然后，用表明支路增益的支路，根据数学方程式将各节点变量正确连接，便得到系统的信号流图。
在结构图中，由于传递的信号标记在信号线上，方框则是对变量进行变换或运算的算子。因此，从系统结构图绘制信号流图时，只需在结构图的信号线上用小圆圈标志出的传递信号，便得到节点；用标有传递函数的线段代替结构图中的方框，便得到支路，于是，结构图也就变换为相应的信号流图了。
1.2 传递函数
线性定常系统的传递函数，定义为零初始条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。
结构图的等效变换和简化
由控制系统的结构图通过等效变换（或简化）可以方便地求取闭环系统的传递函数或系统输出量的响应。实际上，这个过程对应于由元部件运动方程消去中间变量求取系统传递函数的过程。
一个复杂的系统结构图，其方框间的连接必然是错综复杂的，但方框间的基本连接方式只有串联、并联和反馈连接三种。因此结构图简化的一般方法是移出引出点或比较点，交换比较点，进行方框运算将串联、并联和反馈连接的方框合并。在简化过程中应遵循变换前后关系保持等效的原则，具体而言，就是变换前后前向通路中传递函数的乘积应保持不变，回路中传递函数的乘积应保持不变。
串联方框的简化（等效）
传递函数分别为G1(s) 和G2(s) 的两个方框，若G1(s) 的输出量作为G2(s) 的输入量，则G1(s) 与G2(s) 称为串联连接，见图1 – 1 。

图1 – 1 串联方框的简化（等效）
1.3.2 并联方框的简化（等效）
传递函数分别为G1(s) 和G2(s) 的两个方框，如果他们有相同的输入量，而输出量等于两个方框输出量的代数和，则G1(s) 与G2(s) 称为并联连接，
见图1 – 2 。

图1 – 2 串联方框的简化（等效）
1.3.3反馈连接方框的简化（等效）
若传递函数分别为G1(s) 和G2(s) 的两个方框，如图1 – 3 形式连接，则称为反馈连接。“ + ”号为正反馈，表示输入信号与反馈信号相加；“ — ”则表示相减，是负反馈。

图1-3 反馈连接方框的简化（等效 ）
Ф(s)表示闭环传递函数，负反馈时， Ф(s)的分母为1＋回路传递函数，分子是前向通路传递函数。正反馈时， Ф(s)的分母为1－回路传递函数，分子为前向通路传递函数。单位负反馈时，
1.4稳定裕度
控制系统稳定与否是绝对稳定性的问题。而对一个稳定的系统而言，还存在着一个稳定的程度的问题。系统的稳定程度则是相对稳定的概念。相对稳定性与系统的瞬态响应指标有着密切的关系。在设计一个控制系统时，不仅要求它是绝对稳定的，而且还应保证系统具有一定的稳定程度，即具备适当的稳定性。只有这样，才能不致因建立数学模型和系统分析计算中的某些简化处理，或因系统参数变化而导致系统不稳定。
对于一个开环传递函数中没有虚轴右侧零、极点的最小相位系统而论，G K ( jω ) 曲线越靠近 （- 1，j 0）点，系统阶跃相应的震荡就越强烈，系统的相对稳定性就越差。因此，可用G K ( jω ) 曲线对（- 1，j 0）点的靠近程度来表示系统的相对稳定程度。通常，这种靠近程度是以相角裕度和幅值裕度来表示的。
1.4.1 相角裕度
设ωc 为系统的截止频率，A ( ωc ) = | G ( jωc ) H( jω c) | = 1 ,定义相角裕度为
γ =180° +∠G ( jωc ) H( jω c)
相角裕度γ的含义是，对于闭环稳定系统，如果系统开环相频特性再滞后γ度后，则系统将处于临界稳定状态。
1.4.2 幅值裕度
设ωx为系统的穿越频率 ，
φ( ωx ) = ∠ G ( jωx ) H( jω x ) = ( 2k + 1 ) π ; k = 0 , ± 1 , ± 2 ……定义幅值裕度为
h = 1 /|G(jωx)H(jωx)|
幅值裕度h的含义是，对于闭环稳定系统，如果系统开环幅频特性再增大h倍，则系统将处于临界稳定状态，复平面中γ和h的表示如图1-4 所示

图1-4 相角裕度和幅值裕度
1.5 线性系统的校正方法
基于一个控制系统可视为由控制器和被控对象两大部分组成，当被控对象确定后，对系统的设计实际上归结为对控制器的设计，这项工作称为对控制系统的校正。按照校正系统在系统中的连接方式，控制系统校正方式可分为串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正。
1.5.1 串联校正
串联校正装置一般接在系统误差测量点之后和放大器之间，串接于系统前向通路之中，如图1 – 5 。串联校正装置有源参数可调整。

图1 – 5 串联校正
1.5.2 反馈校正
反馈校正装着接在系统反馈通路之中。如图1 – 6 。反馈校正不需要放大器，可消除系统原有部分参数波动对系统性能的影响。

图1 – 6 反馈校正
1.5.3 前馈校正
前馈校正又称顺馈校正，是在系统主反馈回路之外采用的校正方式。前馈校正装置接在系统给定值之后及主反馈作用点之前的前向通路上，如图1 – 7 所示，这种校正方式的作用相当于给定值信号进行整形或滤波后，再送入反馈系统；另一种前馈校正装置接在系统可测扰动作用点与误差测量点之间，对扰动信号进行直接或间接测量，并经变换后接入系统，形成一条附加的对扰动影响进行补偿的通道，如图1 – 8 所示。

图1 – 7 前馈校正1 图1 – 8 前馈校正2
1.5.4 复合校正
复合校正方式是在反馈控制回路中，加入前馈校正通路，形成一个有机整体，如图1 – 9 所示。

图1 – 9 复合校正
1.6 期望对数频率特性设计方法
期望特性设计方法是在对数频率特性上进行的，设计的关键是根据性能指标绘制出所期望的对数幅频特性。而常用的期望对数频率特性又有二阶期望特性、三阶期望特性及四阶期望特性之分。
1.6.1 基本概念
系统经串联校正后的结构图如图所示。其中G0(s)是系统固有部分的传递函数，Gc(s)是串联校正装置的传递函数；显然，校正后的系统开环传递函数为
G(s) = Gc(s) G0(s)
取频率特性，有
G(jω) = Gc(jω) G0(jω)
对上式两边取对数幅频特性，则
L(ω) =Lc(ω) + L0(ω)
式中，L0(ω)为系统固有部分的对数幅频特性；
Lc(ω)为串联校正装置的对数幅频特性；
L(ω)为系统校正后的所期望得到的对数幅频特性，称为期望对数幅频特性。
上式表明：一旦绘制出期望对数幅频特性L(ω)，将它与固有特性L0(ω)相减，即可获得校正装置的对数幅频特性Lc(ω)。在最小相位系统中，根据Lc(ω)的形状即可写出校正装置的传递函数，进而用适当的网络加以实现，这就是期望频率特性设计法的大致过程。
1.6.2 典型的期望对数频率特性
通常用到的典型期望对数频率特性有如下几种；
1.6.2.1 二阶期望特性
校正后系统成为典型的二阶系统，又称为 Ⅰ 型二阶系统，其开环传递函数为
G(s) = Gc(s) G0(s) = K /s (Ts +1 ) = ωn2 / s ( s + 2§ωn ) = ( ωn/( 2§))/(s(1/(2§ωn) s+1))
式中，T = 1 / 2§ωn , 为时间常数；K = ωn/ 2§ ,为开环传递函数。
相应的频率特性表达式是
G ( jω ) = ( ωn/( 2§))/(jω(1/(2§ωn) jω+1))
按上式给出的二阶期望对数频率特性如图 1 – 10 所示，其截止频率
ωc = K =ωn/ 2§
转折频率ω2 = 1 / T = 2§ωn 。 两者之比为
ω2 /ωc = 4 § 2
工程上常以 § = 0.707 时的二阶期望特性作为二阶工程最佳特性。此时，二阶系统的各项性能指标为
σ % = 4.3 %
ts = 4.144 T
由渐进特性 ：ωc =ω2 / 2 , γ = 63.4° ;
由准确特性 ：ω2 = 0.455ω2 ，γ = 65.53°

图 1 – 10 二阶期望对数频率特性
1.6.2.2 三阶期望特性
校正后系统成为三阶系统，又称为 Ⅱ型三阶系统，其开环传递函数为
G（s）= K ( T1 s + 1 ) / s2 (T2 s + 1 )
式中，1 / T1 <√K < 1 / T2 。相应的频率特性表达式为
G ( jω ) = K ( jT1ω + 1 ) / (jω)2 (jT2ω + 1 )
三阶期望对数幅频特性如图 1 – 11 所示。其中 ω 1 = 1 / T1 ，ω2 =1 / T2。
由于三阶期望特性为Ⅱ型系统，故稳态速度误差系数Kv = ∞ ,而加速度误差系数Ka = K。
三阶期望特性的瞬态性能和截止频率ωc 有关，又和中频段的宽度系数h有关。
h = ω2 /ω1 = T1 / T2
在h值一定的情况下，一般可按下列关系确定转折频率ω1和ω2：
ω1 = 2ωc /h+1 , ω2 = 2hωc /h+1

图 1 – 11 三阶期望对数幅频特性
1.6.2.3 四阶期望特性
校正后系统成为三阶系统，又称为 Ⅱ型三阶系统，其开环传递函数为
G（s）= K ( T2 s + 1 ) / s (T1 s + 1 ) (T3 s + 1 ) (T4 s + 1 )
相应的频率特性表达式为
G（jω）= K (jT2 ω + 1 ) / jω(jT1 ω + 1 ) (jT3 ω + 1 ) (jT4 ω + 1 )
对数幅频特性如图 1 – 12 所示。

图 1 – 12 对数幅频特性
其中截止频率ωc 、中频段宽度h可由要求的调节时间ts 和最大起调量σ% 确定，即
ωc ≥ (6 ～ 8)/ts h ≥ σ+64 / σ- 16
近似确定ω2 和ω3 如下：
ω2 = 2ωc /h+1 , ω3 = 2hωc /h+1
四阶期望对数幅频特性由若干段组成，各段特性的斜率依次为-20dB/dec、-40dB/dec、-20dB/dec、-40dB/dec、-60dB/dec。若以-20dB/dec作为1个斜率单位，则-40dB/dec可用2表示，-60dB/dec可用3表示。于是，各段的斜率依次为1、2、1、2、3，这就是工程上常见的所谓1-2-1-2-3型系统。其中：
低频段：斜率为-20dB/dec，其高度由开环传递函数决定。
中频段：斜率为-20dB/dec，使系统具有较好的相对稳定性。
低中频连接段、中高频连接段和高频段：这些对系统的性能不会产生终于影响。因此，在绘制时，为使校正装置易于实现，应尽可能考虑校正前原系统的特性。也就是说，在绘制期望特性曲线时，应使这些频段尽可能等于或平行于原系统的相应频段，连转折频率也应尽可能取未校正系统相应的数值。

具体分析及计算过程
2.1 画信号流图
信号流图如图2 – 1 所示

G1 (s) = 4 ，G2 (s) = 10 ,
G3 (s) = 2.0 / (0.0.25 s+1) , G4 (s) = 2.5 / s(0.1 s+1)
图2 – 1 小功率随动系统信号流图
2.2 求闭环传递函数
系统的开环传递函数为
G（s） = G1 (s) G2 (s) G3 (s) G4 (s)
= 200 / s (0.025 s + 1 ) (0.1 s + 1)
= 200 / ( 0.0025 s3 + 0.125 s2 + s )
则系统的闭环传递函数为
Ф = 200 / ( 0.0025 s3 + 0.125 s2 + s + 200 )
求开环系统的截至频率
G（s） = 200 / s (0.025 s + 1 ) (0.1 s + 1)
相应的频率特性表达式为
G（jω） = 200 / jω (0.025 jω + 1 ) (0.1 jω + 1)
由|G（jω）|= 1 可得截止频率 ωc = 38 s-1
求相角裕度
将ωc = 38 s-1带入G（jω），可得
相角裕度γ= 180°+（0°- 90°- arctan1/0.95- arctan1/3.8）=-28.3°

求幅值裕度
令G（jω）的虚部等于0.可得穿越频率ωx=20 s-1
此时，G（jω）=A(ω)=0.0833,则幅值裕度h=1/ A(ω)=12

设计串联校正装置
绘制未校正系统的对数幅频特性，程序如下
num=200;
den=[0.0025,0.125,1,0];
sys=tf(num,den);
[mag,phase,w]=bode(num,den);
[gm,pm,wcg,wcp]=margin(mag,phase,w);
margin(sys)
未校正系统的对数幅频特性如图2 – 2 所示，其低频特性已满足期望特性要求

图2 – 2 未校正系统的对数幅频特性
计算期望特性中频段的参数：
ωc ≥ (6 ～ 8)/ts = (6 ～ 8)/ 0.5 = 12 ～ 16（rad s-1）
h ≥ σ+64 / σ- 16 =25 + 64 / 25- 16 = 9.89
取ωc = 20 rad s-1 ，h = 10。
计算ω2 ，ω3 ：
ω2 = 2ωc /h+1=≅ 2ωc / h = 2×20 / 10 = 4
ω3 = 2hωc / h + 1 ≅ 2 × 20 = 40
由此可画出期望特性的中频段，如图2 – 3所示。
根据期望对数频率特性设计方法，可以画出期望对数幅频特性曲线，如图2 – 3。

图2 – 3 期望对数幅频特性曲线
将L ( ω )减去L 0( ω )（纵坐标相减）即得L c( ω )，L c( ω )即为系统中所串进的校正装置的对数幅频特性，如图2 – 4 所示。

图2 – 4 校正装置的对数幅频特性
根据其形状特点，可写出校正装置的传递函数为
Gc(s) = ( 0.25s + 1 ) ( 0.1s + 1 ) / ( 2.5s + 1 ) ( 0.01s + 1 )
要获得上式所描述的传递函数，既可用无源校正网络实现，又可用有源校正网络实现。
采用无源滞后------超前网络
无源滞后------超前网络如图2 – 5

图2 – 5 无源滞后------超前网络
其传递函数Gc（s）=(( T1 s + 1 ) ( T2 s + 1 ))/(( T1 s / β + 1 ) ( βT2s + 1 ))
比较上式与校正装置的传递函数可得
T2 s = R2 C2 = 0.25 , βT2 = 2.5
T1 s = R1 C1 = 0.1 , T1 / β = 0.01
如选C1 =0.33μF，C2=5μF，则可算得
R1=0.1/0.33×10-6=3000kΩ
R2=0.25/5×10-6=50 kΩ
系统校正后的结构图如图2 – 6 所示

图2 – 6 系统校正后的结构图
采用有源校正网络
由于运算放大器组成的有源校正网络同时兼有校正和放大作用，故图2 – 7 中的电压放大和串联校正两个环节可以合并，且由单一的有源网络实现。如图2 – 7 所示的网络中，当R5≫R3时，导出的传递函数为
G ( s ) = - Z2 ( Z2 + Z4 ) / Z1 Z4 )
式中，
Z 1 = R1 ；Z2 = R 5 + R 2 / R 2 C 1 s + R2
Z 3 = R3 ；Z4 = R 4 + 1/ C 2 s
再经一级倒相后，网络的传递函数可表示成
G(s)=(R2+R5)/R1 (R2R5/(R2+R5) C1s+1)/(R2C1s+1) ((R3+R4)C2s+1)/(R4C2s+1)

图2 – 7 有源校正网络
电压放大与校正环节合并后的传递函数为
10 Gc（s）=10×( 0.25s + 1 ) ( 0.1s + 1 ) / ( 2.5s + 1 ) ( 0.01s + 1 )
比较以上两式，并选C1=10μF, C2=20μF，则可求得校正网络的参数如下：
R 2 C 1=2.5，故R 2=250kΩ
R 4 C 2=0.01，故R 4=500kΩ
（R 3+ R 4）C2=0.1, 故R 3=4.5kΩ
R2R5/(R2+R5) C1= 0.25，故R 5=28kΩ
(R2+R5)/R1=10，故R 1=28kΩ
取R 0=R 1=28kΩ。则系统校正后的结构图如图2 – 8 所示。

图2 – 8 系统校正后的结构图

3绘制校正前后系统的bode图
3.1 绘制未校正系统的对数幅频特性
未校正系统的对数幅频特性如图2 – 2。程序如下
num=200;
den=[0.0025,0.125,1,0];
sys=tf(num,den);
[mag,phase,w]=bode(num,den);
[gm,pm,wcg,wcp]=margin(mag,phase,w);
margin(sys)

3.2 绘制校正系统的对数幅频特性
校正系统的对数幅频特性，如图2 – 3 。程序如下
num=[0.025,0.35,1];
den=[0.025,2.51,1];
sys=tf(num,den);
[mag,phase,w]=bode(num,den);
[gm,pm,wcg,wcp]=margin(mag,phase,w);
margin(sys)
3.3 绘制校正后系统的对数幅频特性
校正后系统的对数幅频特性如图2 – 4 。程序如下：
num=[50,200];
den=[0.000625,0.08775,2.535,1,0];
sys=tf(num,den);
[mag,phase,w]=bode(num,den);
[gm,pm,wcg,wcp]=margin(mag,phase,w);
margin(sys)

总结
课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。
在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。

㈣ 校直机都有哪些结构组成

1、承载机架
JE系列轴类自动校直机按主机结构形式可分为C型和门型两种。C型校直机主机采用开放式框架结构，该机型的特点是结构简单、占地面积较小（将电控柜装于主机内）、对超长（≥900mm）工件适应性好、在大吨位产品方面有较大优势。门型校直机主机采用封闭式框架结构，该机型的特点是有外观匀称、结构紧凑、主机刚性好、油缸移动速度快、校直效率较高、油缸移动惯性小、定位误差小、易于上线安装于自动流水线等特点，该架构一般多用于校直较短工件和吨位较小的校直机，选用自动上下料机构即可实现全自动校直。
C型校直机和门型校直机的工作台上定位和夹紧部件均采用积木式设计，以适应各种可动支承、测量单元、摩擦驱动装置、顶尖式回转中心的安装与调整，同时也方便了易损零部件的维修与更换，更有利于用户对新产品零部件校直工序的切换与扩展。
2、液压控制系统
泵站、液压阀组、执行油缸，液压控制回路等组成了校直机的液压系统。由于液压系统的关键部件采用的是日本YUKEN、意大利ATOS、台湾NORTHMAN等世界著名公司的产品，保证了液压系统工作的精确性、稳定性、可靠性。在校直机待机工作时，独到的节能卸荷方式设计更适合于我国广阔的地区气候差异，保证了自动校直机能在任何地区以较合适的工作温度连续运行。
3、气动控制单元
气动三联件、压力继电器、集装阀组以及执行气缸组成的气动控制回路，构成了校直机的气动单元。气动单元主要是控制并执行工件的夹紧、定位、分选和运送等动作，在每个执行气缸上都有位置检测开关用于向系统反馈动作执行情况，便于动作流程的控制以及故障诊断与排查。气动元件主要选用日本SMC、德国FESTO和台湾SHAKO等世界著名公司的产品，动作灵敏可靠，寿命长。
4、工件径跳检测单元
机械杠杆式的测量放大机构、高精度的位移和角度传感器、精密的速度控制电机以及测量探头构成了工件径跳检测单元。测量探头可以采用超硬圆棒式测量挺杆、全开或半开包容式测量片以及高精度标准齿轮等多种方式，分别对轴杆类工件的纯圆截面、D型截面以及齿轮或花键的分度圆等部位的径向跳动实现准确测量。复杂周密的设计保证了测量的精确性、实用性。
5、可编程控制中心
可编程控制中心是校直机的关键组成部分。校直机繁杂有序的动作都是在它的程序控制下执行完成的。PLC与计算机处理系统相互通讯并协调控制各执行部件有序的进行夹紧、测量、校直部位选择、加压实施修正等动作。
6、计算机处理系统
超高精度的数据采集系统、安全可靠的输入输出系统、带大屏幕彩色液晶显示器的工业一体化工作站、高专业水准的软件包，全中文的人机交互界面，丰富多彩的图文显示、可打印的数据统计输出等构成了校直机的计算机处理系统。

㈤ 谁知道自动控制原理的课程设计怎么弄啊

电机参数：
Ke=0.6v/rpm
Ra=7.5Ω
La=14.25mH
Ja=0.00458kg•m•sec2
Jf=0.0085 kg•m•sec2
性能指标：
Wc≥50rad/s
γ≥゜
Θ'max=840mm/sec
Θ"max=3700mm/sec
输出比例系数k=170
ess≤6.35mm
 设计步骤：
1. 未校正系统的开环传递函数：
首先对电机参数进行处理，即把它们都转化成国际制单位，如下：
Ke=0.6v/rpm=5.73V/rad•sec-1
Ra=7.5Ω
La=14.25mH=0.01425H
Ja=0.00458kg•m•sec2=0.0449 kg•m2
Jf=0.0085 kg•m•sec2=0.833 kg•m2
然后把电机参数代入以上电机传递函数中得系统的开环传递函数为：
 由图1-2所示G(s)的幅值曲线和相角曲线，可以看出相位裕量等于89.5゜，这表明系统不稳定。
增加一个滞后校正装置，改变了bode图的相位曲线。因此，在规定的相位裕量中，必须允许有5゜到12゜的相位用来补偿相位曲线的变化。而性能指标要求相位裕量不低于45゜。因此，为了能在不减少K值的情况下，获得45゜的相位裕量，滞后校正装置必须提供必要的相角。可以假设需要的最大相位滞后量Фm近似为-40゜（考虑留有5゜的裕量）。
......

㈥ 自动控制原理课程设计 设计题目： 串联滞后校正装置的设计

一、理论分析设计
1、确定原系统数学模型；
当开关S断开时，求原模拟电路的开环传递函数个G(s)。
c)；(c、2、绘制原系统对数频率特性，确定原系统性能：
3、确定校正装置传递函数Gc(s)，并验算设计结果；
设超前校正装置传递函数为：
，rd>1
)，则：c处的对数幅值为L(cm，原系统在=c若校正后系统的截止频率

由此得：

由 ，得时间常数T为：

4、在同一坐标系里，绘制校正前、后、校正装置对数频率特性；
二、Matlab仿真设计（串联超前校正仿真设计过程）
注意：下述仿真设计过程仅供参考，本设计与此有所不同。

利用Matlab进行仿真设计（校正），就是借助Matlab相关语句进行上述运算，完成以下任务：①确定校正装置；②绘制校正前、后、校正装置对数频率特性；③确定校正后性能指标。从而达到利用Matlab辅助分析设计的目的。
例：已知单位反馈线性系统开环传递函数为：

≥450，幅值裕量h≥10dB，利用Matlab进行串联超前校正。≥7.5弧度/秒，相位裕量c要求系统在单位斜坡输入信号作用时，开环截止频率
c)]、幅值裕量Gm(1、绘制原系统对数频率特性，并求原系统幅值穿越频率wc、相位穿越频率wj、相位裕量Pm[即
num=[20];
den=[1,1,0];
G=tf(num,den); %求原系统传递函数
bode(G); %绘制原系统对数频率特性
margin(G); %求原系统相位裕度、幅值裕度、截止频率
[Gm,Pm,wj,wc]=margin(G);
grid; %绘制网格线（该条指令可有可无）
原系统伯德图如图1所示，其截止频率、相位裕量、幅值裕量从图中可见。另外，在MATLAB Workspace下，也可得到此值。由于截止频率和相位裕量都小于要求值，故采用串联超前校正较为合适。

图1 校正前系统伯德图
2、求校正装置Gc(s)（即Gc）传递函数
L=20*log10(20/(7.5*sqrt(7.5^2+1))); =7.5处的对数幅值Lc%求原系统在
rd=10^(-L/10); %求校正装置参数rd
wc=7.5;
T= sqrt(rd)/wc; %求校正装置参数T
numc=[T,1];
denc=[T/ rd,1];
Gc=tf(numc,denc); %求校正装置传递函数Gc
(s)（即Ga）3、求校正后系统传递函数G
numa=conv(num,numc);
dena=conv(den,denc);
Ga=tf(numa,dena); %求校正后系统传递函数Ga
4、绘制校正后系统对数频率特性，并与原系统及校正装置频率特性进行比较；
求校正后幅值穿越频率wc、相位穿越频率wj、相位裕量Pm、幅值裕量Gm。
bode(Ga); %绘制校正后系统对数频率特性
hold on; %保留曲线，以便在同一坐标系内绘制其他特性
bode(G,':'); %绘制原系统对数频率特性
hold on; %保留曲线，以便在同一坐标系内绘制其他特性
bode(Gc,'-.'); %绘制校正装置对数频率特性
margin(Ga); %求校正后系统相位裕度、幅值裕度、截止频率
[Gm,Pm,wj,wc]=margin(Ga);
grid; %绘制网格线（该条指令可有可无）
校正前、后及校正装置伯德图如图2所示，从图中可见其：截止频率wc=7.5；
)，校正后各项性能指标均达到要求。相位裕量Pm=58.80；幅值裕量Gm=inf dB(即
从MATLAB Workspace空间可知校正装置参数：rd=8.0508，T=0.37832，校正装置传递函数为 。

图2 校正前、后、校正装置伯德图
三、Simulink仿真分析（求校正前、后系统单位阶跃响应）
注意：下述仿真过程仅供参考，本设计与此有所不同。

线性控制系统校正过程不仅可以利用Matlab语句编程实现，而且也可以利用Matlab-Simulink工具箱构建仿真模型，分析系统校正前、后单位阶跃响应特性。
1、原系统单位阶跃响应
原系统仿真模型如图3所示。

图3 原系统仿真模型
系统运行后，其输出阶跃响应如图4所示。

图4 原系统阶跃向应曲线
2、校正后系统单位阶跃响应
校正后系统仿真模型如图5所示。

图5 校正后系统仿真模型
系统运行后，其输出阶跃响应如图6所示。

图6 校正后系统阶跃向应曲线
3、校正前、后系统单位阶跃响应比较
仿真模型如图7所示。

图7 校正前、后系统仿真模型
系统运行后，其输出阶跃响应如图8所示。

图8 校正前、后系统阶跃响应曲线
四、确定有源超前校正网络参数R、C值
有源超前校正装置如图9所示。

图9 有源超前校正网络

当放大器的放大倍数很大时，该网络传递函数为：
（1）
其中 ， ， ，“-”号表示反向输入端。
该网络具有相位超前特性，当Kc=1时，其对数频率特性近似于无源超前校正网络的对数频率特性。
根据前述计算的校正装置传递函数Gc(s)，与（1）式比较，即可确定R4、C值，即设计任务书中要求的R、C值。
注意：下述计算仅供参考，本设计与此计算结果不同。

如：由设计任务书得知：R1=100K，R2=R3=50K，显然
令
T=R4C