最小拍控制系统设计——计算机控制系统课程设计.doc

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1、《计算机控制》课程设计报告题目:最小拍控制设计:学号:2014年7月4日《计算机控制》课程设计任务书学号班级学生指导教师题目最小拍控制设计设计时间2014年6月27日至2014年7月4日共1周设计要求设计任务：设单位反馈线性定常离散系统的连续部分和零阶保持器的传递函数分别为，，采样周期T=0.05s，设计数字控制器，要求系统在单位阶跃输入时实现最小拍无波纹控制。方案设计：1.完成控制系统的分析、设计；2.选择元器件，完成电路设计，控制器采用MCS-51系列单片机(传感器、功率接口以及人机接口等可以暂不

2、涉及)，使用Proteus绘制原理图；3.编程实现单片机上的控制算法。报告容：1.控制系统仿真和设计步骤，应包含性能曲线、采样周期的选择、数字控制器的脉冲传递函数和差分方程；2.元器件选型，电路设计，以及绘制的Proteus原理图；3.软件流程图，以及含有详细注释的源程序；4.设计工作总结及心得体会；5.列出所查阅的参考资料。指导教师签字：系（教研室）主任签字：2014年6月27日方案设计：一、题目分析设单位反馈线性定常离散系统的连续部分和零阶保持器的传递函数分别为，，采样周期T=0.05s，设计数字

3、控制器，要求系统在单位阶跃输入时实现最小拍无波纹控制。二、控制系统设计1、被控对象特性图1被控对象整体框图图2被控对象波特图图3被控对象波特图图4被控对象Nyquist图图5被控对象输出曲线图2、采样周期T的选择当取采样周期T=0.05s时，经过理论验证，两拍后系统无波纹，达到无波纹输出时t=0.10s，满足控制器要求。3、无波纹最小拍控制器的计算（1）带零阶保持器的广义被控对象为通过matlab，z变换程序为np=[0010];dp=[110];hs=tf(np,dp);hz=c2d(hs,0.05

4、)结果为Transferfunction:0.01229z+0.01209----------------------------z^2-1.951z+0.9512Samplingtime:1即（1）（2）无波纹最小拍控制器D（z）根据G(z)，对于单位阶跃r（t）=1（t），m=1。考虑到广义对象，则闭环脉冲传递函数为由，得系数，则系统脉冲传函为误差脉冲传函为由得设计的控制器为（2）4、无波纹最小拍控制系统框图图6控制系统整体框图5、无波纹最小拍控制系统Matlab仿真通过Matlab观察阶跃输入响

5、应曲线如下图7控制系统阶跃图由图7可见，2拍后输出跟上输入，可实现最小拍控制，T=0.05s满足要求。图8控制系统波特图图9控制系统Nyquist图6、无波纹最小拍控制系统simulink仿真图10控制系统仿真图仿真结果为：（１）系统输入及系统输出曲线c(t)图形如下：图11控制系统输出响应图（2）系统误差e（t）曲线如下：图12控制系统误差曲线图（3）控制器输出u（k）曲线如下：图13控制系统控制器输出曲线图通过仿真曲线看出：控制器D（z）满足设计要求，系统在第二拍之后系统达到无差，最后控制器输出恒

6、定（u（k）=0），因此系统输出不会产生波纹，调节时间为。将得系统的差分方程为：（3）三、硬件电路设计及元件选型控制器部分由AD转换器，DA转换器和AT89C51单片机组成。模数转换芯片采用ADC0808，数模转换芯片采用DAC0832。图14系统结构总图1、AD转换器由于用proteus进行仿真，但在它的库里没ADC0809的仿真模型，而有ADC0808的，故AD转换器选ADC0808。ADC0808是一种逐次比较式的8路模拟输入，部具有锁存功能，故不需要加地址锁存器。ALE脚为地址锁存信号，高电平

7、有效，三根地址线固定接地，由于地址信号已经固定，故将ALE接高电平。系统只需要一路信号，选择IN-0通道作为输入。START脚为AD转换启动信号，高电平有效，程序控制。AD采样值为系统的偏差信号，故选择ADC0808的为5V。由于ADC0808的时钟所限，AD转换器的时钟信号，由单片机P0.1脚产生，将CLOCK脚接单片机的P0.1。单片机晶振选12MHz，对其40分频，产生300khz的时钟信号。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。设计将其接单片机P

8、0.2脚由程序读入，判断AD是否转换完成。AD转换结果由P1口读入，故将AD转换器的输出与单片机P1口相连，由于ADC0808的高位是OUT1，故将其输出与P1口反向依次相连。OE为ADC0808数据端输出控制口，当为高电平时，送出转换后的数据给P1口。设计AD转换器的接口电路如图所示：图15AD转换器的接口电路2、DA转换器DA转换器选择DAC0832,DAC0832是具有两个输入数据寄存器的8位DAC,可以直接与51单片机相连。参考电压，直接与供电电