阻尼因子法最小拍设计.doc

计算机控制课程设计报告题目: 阻尼因子法最小拍设计 姓名: xx 学号: 090230123 2012年7月13日计算机控制课程设计任务书学 号090230123班 级0902301学 生Xx指导教师Xxx题 目阻尼因子最小拍设计设计时间2012年 7 月 6日 至 2012 年 7 月 13 日 共 1 周设计要求设计任务：（按照所选题目内容填写）设单位速度信号输入下的有波纹最小拍系统控制器为 采用阻尼因子法对该控制器进行改进，以增加对不同输入信号的适应性。T=0.5s。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涉及)，使用Protel绘制原理图；3. 编程实现单片机上的控制算法。报告内容: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Protel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：2012年 7月 5 日 阻尼因子法最小拍设计 1 实验目的 通过混合仿真实验，学习并掌握用于具有纯滞后系统的纯滞后补偿（Smith预估控制）的设计及其实现。二实验内容 设单位速度信号输入下的有波纹最小拍系统控制器为 采用阻尼因子法对该控制器进行改进，以增加对不同输入信号的适应性。T=0.5s。 三控制系统仿真1.方案设计 离散的计算机控制系统框图： 其中，为系统输入（单位速度信号），为控制系统的控制器传函，为控制系统的控制对象传函，系统输出。 为了使最小拍系统能够对不同输入信号具有适应性，采用阻尼因子法，即在最小拍控制系统设计的基础上，通过在系统的闭环脉冲传函中引入附加的极点因子（阻尼因子），使系统输出偏差不立即为零，而出现一定的阻尼衰减特性，逐渐归零。这样，系统输出响应的过渡过程时间将会有一定程度的增加，但整个系统的输出响应的响应特性显得比较平稳，对不同输入信号的适应性也会有所改善。阻尼因子法的实质是以延长过渡过程时间为代价，来提高系统对输入信号类型的适应性。它的目标是使系统在输出响应的过渡过程中，纹波、超调量、过渡过程时间等性能综合最佳。引入附加的极点原则： （1）、为满足稳定性要求，； （2）、为尽量不引起系统振荡，； （3）、较大，过渡过程时间延长，对不同输入信号的适应性改善； 较小，过渡过程时间延长，对不同输入信号的适应性改善； 一般情况下，取一个附加极点，则 取，分别确定和，采用Matlab系统仿真，分析仿真结果（如下），得到最佳的值。 通过分析仿真结果（系统在输出响应的过渡过程中，纹波、超调量、过渡过程时间等性能综合最佳），得到最佳附加极点为。2. 闭环传函、误差传函的确定通过 解得：；由解得：3. 控制器的确定通过解得: 差分方程为： 4.采用Matlab系统仿真（1）系统框图为：（1）单位阶跃输入：r(t)=1(t)（a）稳态误差（b）稳态输出 （2）单位速度输入r（t）=t（a） 稳态误差（b） 稳态输出（3）单位加度输入r（t）=12t2（a） 稳态误差（b） 稳态输出4、 电路设计及元件选型控制器部分需要AD转换器，DA转换器，反相器，运算放大器，单片机。1、控制器微控制器选用单片机0851芯片， 性价比高，操作简单，应用广泛。2、AD转换器AD转换器选择ADC0804, ADC0804是一种逐次比较式的8路模拟输入，8路数字输出的A/D转换器。 AD转换器的电路设计 ：(1) 由于只需要一路信号，(2) 单片机的P2.1引脚经过二十分频后与ADC0804的时钟端相连。(3) CS脚为AD转换启动信号，高电平有效，由程序控制，故与单片机的P2.0脚通过非门相连。(4)AD采样值为系统的偏差信号，有正负两种情况，故选择ADC0809的参考电压为正5V。(5)AD转换结束后，INTR脚输出高电平，此时单片机接收INTR信号，读取AD转换的结果，将INTR脚经反相器与单片机的P2.2脚相连。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，高低位依次相连经以上分析，设计AD转换器的接口电路如图所示3、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,它能直接与51单片机相连，其主要特性为：a)分辨率为8位b)电流输出，稳定时间为1sc)可双缓冲输入，单缓冲输入或直接数字输入,单一电源供电 DA转换器的电路设计：(1)参考电压选择+5V，直接与供电电源相连。(2)选择DAC为单缓冲方式，即输入寄存器工作于受控状态，DAC寄存器处于直通状态，由DAC0832的引脚特性，将DAC0832的引脚接发如下：CS：片选端，低电平有效，直接接低电平ILE：数据锁存允许控制端，高电平有效，直接接高电平。WR2：DAC寄存器写选通控制端，低电平有效，由于其处于直通状态，故直接接低。XFER：数据传送控制，低电平有效，故直接接地。WR1；第一级输入寄存器写选通控制，低电平有效。其输入为上升沿时，将输入数据锁存到DAC寄存器，故将该脚与单片机P2.5口相连，由程序控制DA转换的时间。(3) DA的八路输入，与单片机的P1口相连，高低位依次对应。经以上分析，设计DA转换器的接口电路如图所示4、系统电路设计设计单片机与AD、DA的接口电路如下图所示 五 采用直接程序法程序流程图如下： 程序如下：#includesbit CS=P20; / AD启动信号sbit ADCLK=P21; / AD时钟信号输出口sbit INTR=P22; / AD转换完成信号sbit DA_W=P25; / DA转换信号sbit DAcs=P23; / DA启动信号unsigned char ad_data ; / AD采样值unsigned char count=0; /定时标记量char e; /定义当前采样值char u,u1; /定义DA输出量char r,r1; /定义中间量char r0=0;char u0=0; /char e0=0; / char e1=0;/前二次采样值和前二次控制值float temp; /设置指针void AD() / AD采样函数 CS =0; /CS 1; / 启动AD转换器，开始转换CS =0; / while(INTR=0); / 转换未结束，空循环ad_data=P1; / 转换结束后，读取AD输出值 void TimeInitial() / 定时器中断初始化函数 IP=0x08; /设置中断优先级，定时器1为高优先级 TMOD=0xee; /定时器1和定时器0均采用方式一 TH0=0x7f; /设置定时器0的初值 TL0=0x0b; / TH1=0xff; /设置定时器1的初值 TL1=0xf6; / EA=1; /开放所有中断 ET0=1; /允许T0溢出中断 TR0=1; /启动定时器0 ET1=1; /允许T1溢出中断 TR1=1; /启动定时器1 void main() /主函数 TimeInitial(); / DAcs=0; /启动信号为0 DA_W=0; P0=0x80; DA_W=1; /控制器初始输出为零 while(1); /空循环，等待中断 void t1(void )interrupt 1 using 1 /定时器0中断函数 TH0=0x3c;/ TL0=0xb0; /重装初值 if (count=5) / count=0; / AD(); /0.5秒后，读取AD采样值 e=ad_data-128; /采样实际偏差值 r1=r0+e1-0.625e0; temp=0.718*u0+4.34*(r1-0.368*r0); /差分方程 if(temp0) /当前输出值大于零 if(temp=127) / u=127; /判断是否溢出，溢出取极值 else u=(char)temp; /控制器输出值 / else /当前输出值小于零 if(temp=-127) / u=-127; /判断是否溢出，溢出取极值 else u=(char)temp; /控制器输出值 / P0=u+128; /DA输出值 r0=r1; u0=u1; /控制量递推赋值 u1=u; e0=e1; /偏差量递推赋值 e1=e; DA_W=0; / DA_W=1; /上升沿DA输出 else count+; /定时不到2次，即不到0.025秒，继续定时 void clk(void) interrupt 3 using 0 / 定时器1中断函数 TH1=0xff; / TL1=0xf6; /重装初值 ADCLK=ADCLK; /产生时钟信号 六设计工作总结及心得体会在课设的第一节课给我们布置任务时，我感觉1、思路不明确，不知道从什么地方入手；2、各科知识无法完全融合。当我静下心来，认真理解题目并规划好做题步骤，就发现原来目标还是很明确的。首先，我把有关计算机控制这门课的基本知识重新复习了一遍，包括阻尼因子法最小拍设计，AD、DA转换，单片机等相关内容。然后我经过多方查阅资料，将课程设计的大体步骤列出。最后将每一步的工作都具体化，就这样一步步完成了课程设计。通过这次计算机控制课程设计，我们不仅更加深刻地理解了阻尼因子法最小拍设计，而且将我们在计算机控制，matlab，protel与单片机课程上所学到的知识相结合，更进一步提高了我们综合运用知识的能力。通过课程设计将所学到的专业知识联系在一起，我们明白了理论知识的重要性和应用范围的宽广，加深了对专业、