《工业系统驱动与控制》设计题.doc

工业系统驱动与控制综合设计题题目：在某工业系统中，需要一个由计算机精确控制的施力装置，用来对某系统进行力加载试验，请设计一个能够精确控制输出力为180公斤的工业控制系统。请结合本门课所学知识，设计上述控制系统。附录:传感器型号为XYL-1，指标如下：量程：0200kg 工作电压为10V，输出为020mV 传感器是线性的电压/力转换器：输入010V，输出0200kg，满足线性关系。具体要求:画出系统组成框图，并注明各个环节的输入和输出信号的形式；（30分）简单描述系统的工作原理或过程；（15）列出系统及调试所用的仪器设备和主要器件；（10）画出软件流程框图；(15)改写CONTOL_D.C程序，实现控制；（将本课程所用采集卡的位数改为10位，选用13路AD采集通道，2路DA控制输出通道）。（30）【注意事项】将作业完成在A4纸上，手写或者打印均可，请装订后上交，封面写明学院、班级、学号、姓名，作业名称；请各班学委收齐于结课后两周内交给各任课教师； 请勿相互抄袭，否则计0分。期末作业工业系统驱动与控制设计题一、系统总体框图采集卡工控机实际输出FKP eaaeKI 电压/力转换器ruD/A-yKD de/dtXYL-1放大器bbA/D偏差信号 e 数字量 期望量 r 数字量 被控量 F 模拟量控制信号 u 数字量 反馈信号 y 数字量 输出信号 aa 模拟量 中间信号 bb 模拟量 二、工作原理和工作过程1) 要利用到电压/力转换器将9V的电压转换为180kg的力，令期望量r的为（E64)H，即可最终得到180kg的力。在转换过程中可以采用闭环PID控制方式，先由期望量与实际的反馈信号相减的到偏差信号，偏差信号经工控机计算处理后得到控制信号。在合适的PID参数下，由控制信号可以快速输出180kg的力。2) 工控机部分，主要进行PID控制，令期望量r为9V对应的数字量(E64)H，与即时的反馈信号y相减得到偏差信号e，对e进行比例运算，积分运算和微分运算并相加得到控制信号u。该部分所以信号均为数字量。在实际运行中， PID控制中的三个系数需要不断进行调试才可以得到很快的转换速度。3) 采集卡部分，进行数模转换和模数转换。在工控机部分中，均使用数字量信号；在其他电路中，使用模拟量信号。采集卡部分对两个部分进行互相转换。4) 其他电路为传感器和电压/力转换部分。传感器部分对力进行实时测量，首先通过传感器将0200kg转换为020mV范围的电压，再通过放大器将020mV放大至010V之间。电压/力转换部分，将010V的电压值转换为0200kg的力。三、主要器件和仪器设备示波器 端子板 放大器采集控制卡 直流稳压电源 电压/力转换器工业控制计算机 传感器XYL-1 四、软件流程框图开始kp,ki,kd赋值检测反馈信号y(k)计算偏差e(k)=r-y(k)初始化图形方式，绘坐标系计算控制信号u(k)u(k)=KPe(k)+KIe(n) Ts+KD(e(k)-e(k-1)/Ts输出控制信号u(k)计算绝对偏差积分IAE显示IAE绘u(k),e(k),y(k),r 波形延时值Ts， k=k+1计算各变量初值写数据文件结束 工 业 系 统A/DD/A满足结束条件？N Y五、程序重点和修改程序的部分介绍在/* */里边和相关范围，改成了厚黑色主要改变在control函数，可是要求参数180公斤在parameter函数#include #include #include #include #include #include #include #include #include #define BASE_ADDRESS 0x220int sum=0; /*定义全局变量并初始化sum */int r400,y400,yy400;e400,c400,u400;float ext_in1010,w1010,meane10,sigmae10,meanc10,sigmac10;double net,temp,tempee,tempe10,tempc10;int iad,ida;int w_mark,con_mark,flex,curve;int t,sample_time,amplitude,init_v;int i,j=1,n,rate_mark;float tf,fai,fre,umin=-2047,umax=2047;float Ke=1.,eta,eta_min,eta_max,atek,Eng;float eta_R,iae;long int randseed=568731L;char *string;char w_filename30;void graph_r(int *t,int *r, int *y, int *e, int *c,int *u) int xmax, ymax, xmin, ymin; float dx, dy, u_max, r_max; int i, j; int xx, yy; int gdrive, gmode; char str30; *c=*c; *t=*t; detectgraph(&gdrive, &gmode); if (gdrive0) printf(There is not graphics displayern); exit(1); initgraph(&gdrive, &gmode, e:turboc2.0); cleardevice(); setbkcolor(7); xmin = 19; rectangle(0, 0, 639, 479); rectangle(19, 39, 619, 439); line(19,239,619,239); r_max = 10; dx = 2; dy= -200./r_max;/* draw Y axis */ for (i=0; i12; i+) yy = 39+i*40; line(xmin, yy, xmin+3, yy); sprintf(str,%-4d,(10-i*2); outtextxy(xmin-18), yy-3, str); /* draw X axis */ for (i=1; i6; i+) xx= xmin+100*i; line(xx, 239, xx, 236); sprintf(str,%-5d,50*i); outtextxy(xx-6, 243, str); /* draw Y curve */ setcolor(BLUE); line(450,300,500,300); outtextxy(520,297,y); moveto(xmin, 239); for (i=0; in+1; i+) xx= i* dx+ xmin; yy= (*(y+i) )* dy/409.+ 239; lineto(xx, yy); /* draw r curve */ setcolor(YELLOW); moveto(xmin, 239); for (i=0; in+1; i+) xx= i* dx+ xmin; yy= (*(r+i) )* dy/409.+ 239; lineto(xx, yy); line(450,320,500,320); outtextxy(520,317,r);/* draw u curve */ setcolor(RED); moveto(xmin, 239);/* u_max = sort_max(u);*/ u_max = 4096; for (i=0; in+1; i+) xx= i* dx+ xmin; yy= -(*(u+i) )* 200./u_max+ 239; lineto(xx, yy); line(450,340,500,340); outtextxy(520,337,u);/* draw e curve */ setcolor(WHITE); moveto(xmin, 239);/* u_max = sort_max(u);*/ u_max=2047; for (i=0; i8)&0x0f; lbyte=Outputdata&0xfc;/*低八位中最后两位不用，则精度为10位*/ outportb(2*(channel-1)+BASE_ADDRESS+4,lbyte); outportb(2*(channel-1)+BASE_ADDRESS+5,hbyte); return;/* * * FUNCTION AD(channel,gain,trigger_moder) TYPE int* * AD Gain is can be selected in 0,1,2,4,8; InputData=OInputData/Gain; */int AD(channel)unsigned short int channel; unsigned short int DRDY; int hbyte,lbyte; outportb(BASE_ADDRESS+10,channel); outportb(BASE_ADDRESS+9,0); outportb(BASE_ADDRESS+11,1); DRDY=1; outportb(BASE_ADDRESS+12,1); while(DRDY!=0) DRDY=inportb(BASE_ADDRESS+5)&0x10; hbyte=inportb(BASE_ADDRESS+5)&0x0f; lbyte=inportb(BASE_ADDRESS+4)&0xfc; return(hbyte8)+lbyte);/* void create_datafile(char *filename) */ void create_datafile(void) FILE *fp; if (fp = fopen(d.dat, w+)= NULL) perror(n cannot open data file); exit(0); fprintf(fp,Sample_time= %d n,sample_time); fprintf(fp, n= %d n,n); fprintf(fp, Amplitude= %d n,amplitude); fprintf(fp, IAE= %6.3f n,iae); fprintf(fp, n r y e c u n); for (i=0; i4095)ui=4095; /*限制最大控制电压*/If(ui0)ui=0; /*限制最小控制电压*/ ida=ui; DA(2,ida); /*用2路DA通道*/* show the time */ itoa(i,string,10); gotoxy(20,20); cputs(string);void parameter(void) DA(2,0); iae=0; n=400; i=0; iad=0; e0=0; amplitude=9; /*目标为180kg时，电压设为9V*/ amplitude=amplitude*4095/10.0; for (i=0; in+1; i+) r