计算机控制系统课设(基于模拟对象的数字控制系统的设计)

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1、内蒙古工业大学课程设计说明书摘要随着数字控制器用来调节模拟对象被越来越多的应用在工业生产中，并在现代工业生产中发挥着越来越重要的作用。本课设提出了基于模拟对象的数字控制系统的设计。通过对模拟对象进行数学建模，并根据要达到的控制性能指标设计控制策略，在MABLAB中进行仿真，并通过力控组态软件实现运行，取得了较好的控制效果。通过本课程设计，可以加深对模拟对象的分析、建模、仿真已及利用组态软件来实现的理解，熟悉和掌握控制系统设计的方法，对提高学生观察、分析和解决问题能力有很大帮助。关键词：模拟对象，MABLA

2、B，串联校正，数字控制系统，控制策略，力控内蒙古工业大学课程设计说明书目录第一章概述11.1题目背景及应用意义11.2本文内容及工作安排1第二章系统组成及被控对象分析22.1系统组成22.2被控对象分析3第三章控制策略设计及仿真研究43.1控制策略设计43.2仿真研究8第四章控制策略实现104.1组态环境下控制策略编程实现104.2运行结果分析14第五章总结15参考文献16内蒙古工业大学课程设计说明书第一章概述1.1题目背景及应用意义我们组设计的题目是基于模拟对象数字控制系统的设计与实践。数字控制器应用非

3、常灵活，且能使系统变得稳定，并且易于集成优化，能够实现先进的控制技术，因此，选择数字控制器来调节模拟对象被越来越多的应用在工业生产中，并在现代工业生产中发挥着重要的作用。根据模拟对象数字控制系统的组成、工作原理，通过对模拟对象建立数学模型。根据所给的被控对象的动态性能指标分析控制算法，设计所需要的控制器，来实现性能指标的要求。基于模拟对象数字控制系统的实验主要由计算机、多功能数据采集卡和模拟对象电路板组成。在实物应用之前先通过计算机模拟的仿真，再在仿真过程中发现不足之处并予以改进，把设计方案完善，使仿真设

4、计达到要求即可，然后我们就可以进行实物上的实验。1.2本文内容及工作安排我们组设计的主要内容大体分为几个部分：被控对象的数学建模、控制器的设计、计算机的模拟仿真、控制算法设计、实物运行。第一章主要是关于模拟对象数字控制系统的背景和应用意义，还有就是阐述本文的具体内容和工作安排情况。第二章主要是了解系统的组成和被控对象的分析，较为基础，为后面的数学建模奠定基础，这也是本设计的最为重要的一部分。第三章主要是控制策略的设计及仿真研究，进行截图和性能分析。第四章主要说明控制策略是如何在实物上实现的。第五章主要是总

5、结一下在实验过程中的心得体会。诸如所学到的东西，所遇到过的问题并如何处理还有一些参考文献中的知识。14内蒙古工业大学课程设计说明书第二章系统组成及被控对象分析2.1系统组成本设计的实验装置主要由计算机、多功能数据采集卡和模拟对象电路板组成。1.计算机用来完成控制策略的仿真研究和实现、输入输出数据显示和曲线绘制、过程动态组态等。2.多功能数据采集卡主要从模拟对象电路板实时采集数据送入计算机，并把经过计算机内部控制策略计算所得的控制量转换后送给模拟对象电路板。3.模拟对象电路板采用运算放大器和阻容元件组成的实

6、验对象，可以组成两路单输入单输出模拟系统或完全解耦的双输入双输出模拟系统。需提供12V电源。其中模拟对象电路板的原理图如图2-1：图2-1电路板原理图14内蒙古工业大学课程设计说明书如上图所示，系统的主要组成部分为输入信号、反馈信号、比较限幅环节、电平转换环节、控制对象等几个部分。输入信号：通过控制开关，给系统输入阶跃信号。反馈信号：通过反馈信号调节系统的稳定性。比较限幅环节：将输入信号和反馈信号比较作为输入，通过电位器限制输出电压，对电路板起保护作用。电平转换环节：将模拟信号转换为电平信号，其输出作为被

7、控对象的输入。被控对象：要控制的目标。2.2被控对象分析被控对象原理图如图2-2：图2-2被控对象原理图由原理图可知被控对象由积分、惯性两个环节组成，其传函如下：积分：，,惯性：，,，被控对象：14内蒙古工业大学课程设计说明书第三章控制策略设计及仿真研究3.1控制策略设计被控对象传递函数为：闭环传递函数为：化为标准型：可以得到对应的，超调相角裕度穿越频率调节时间采用串联超前校正，校正参数则校正环节传递函数为：校正后传递函数为：14内蒙古工业大学课程设计说明书3.2仿真研究校正以前阶跃响应曲线以及波特图如下

8、：图3-1校正前阶跃响应曲线图3-2校正前波特图14内蒙古工业大学课程设计说明书校正以后阶跃响应曲线以及波特图如下：图3-3校正后阶跃响应曲线图3-4校正后波特图由图可知校正前后的相角裕度有很大提高。14内蒙古工业大学课程设计说明书在simulink工具盒中进行仿真：图3-5simulink截图图3-6响应曲线图中绿色的是不加校正环节得到的响应曲线，蓝色的是加校正环节得到的响应曲线，由图可以看出，系统的性能有了很大的提高。14