课程设计_最小拍控制.doc

广东工业大学 课 程 设 计（论文）课程名称 最少拍控制系统设计 题目名称 计算机控制技术课程设 学生学部（系） 机电工程系 专业班级 10电气班 学 号 12031001025 学生姓名 梁卫权指导教师 曾美霞 2013年06月18日广东工业大学华立学院课程设计（论文）任务书题目名称最少拍控制系统设计 学生学部（系）机电工程系 专业班级电气工程及其自动化 姓 名 。学 号 00000000000计算机控制技术课程设计任务书一、课题名称最少拍控制系统设计二、课程设计目的课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达到教学目标的重要环节，是综合性较强的实践教学环节，它对帮助学生全面牢固地掌握课堂教学内容、培养学生的实践和实际动手能力、提高学生全面素质具有很重要的意义。计算机控制技术是一门理论性、实用性和实践性都很强的课程，课程设计环节应占有更加重要的地位。计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它需要控制理论、程序设计、硬件电路设计等方面的知识融合。通过课程设计，加深对学生控制算法设计的认识，学会控制算法的实际应用，使学生从整体上了解计算机控制系统的实际组成，掌握计算机控制系统的整体设计方法和设计步骤，编程调试，为从事计算机控制系统的理论设计和系统的调试工作打下基础。三、课程设计内容设计以89C51单片机和ADC、DAC等电路、由运放电路实现的被控对象构成的计算机单闭环反馈控制系统。1. 硬件电路设计：89C51最小系统加上模入电路（用ADC0809等）和模出电路（用TLC7528和运放等）；由运放实现的被控对象。2. 控制算法：最少拍控制。3. 软件设计：主程序、中断程序、A/D转换程序、滤波程序、最少拍控制程序、D/A输出程序等。四、课程设计要求1. 模入电路能接受双极性电压输入（-5V+5V），模出电路能输出双极性电压（-5V+5V）。2. 模入电路用两个通道分别采集被控对象的输出和给定信号。3. 每个同学选择不同的被控对象： 4. 设计无纹波最少拍控制器。被控对象有积分环节的按斜坡输入信号设计控制器，否则按阶跃输入信号设计控制器。5. 定时中断间隔可在10-50ms中选取，采样周期取采样中断间隔的整数倍，可取1000-2000ms，由实验结果确定。6. 滤波方法可选择平均值法，中值法等。有关的设计资料可参考计算机控制实验指导书的相关内容。五、课程设计实验结果1. 控制系统能正确运行。2. 正确整定PID参数后，系统阶跃响应的超调 q，有m=w+dn=v4.2 最小拍无纹波控制的算法实现对于具体的被控对象，如G(s)=5/(0.8s+1)(0.3s+1)，要实现对它的计算机控制算法的设计需要经过一系列的计算。首先广义对象的脉冲传递函数，对于该式，输入速度信号，能满足无纹波控制的要求，且D=0,q=2,v=1,w=1,且j0) k-; EX1 =1; set =ADC_7-128; DEFI=1; EK=cont-set; .从以上程序中我们可以知道，当采样周期到时，首先采样7号端口的数值然后选中6号端口，启动转换，等待200uS后，采样6号端口的数值，需要注意的一点是在6号端口的数据转换完成后也会产生中断信号影响计算机的控制，因此在等待转换之前要先关掉外部中断，等转换完成后再打开。于是两通道都完成采样了。最少拍控制程序开始我们已经计算出最小拍的控制输出和偏差以及之前的控制输出之间的关系是：u(k)=0.593u(k-1)+0.4070u(k-2)+0.6294e(k)-0.4087e(k-1)+0.0293e(k-2)。于是首先定义一些变量YY0、YY1、YY2、YY3、HH1、HH2、HH3，在主函数中赋给他们计算出的相应的数值，然后在中断服务程序里进行计算，对应的程序就是：float KK0 = -0.1896; /系数YY0float KK1 = -0.04109; /系数YY1float KK2 = 0.02798; /系数YY2float KK3 = 0; /系数YY3float PP1 = 1.9572; /系数HH1float PP2 = -0.9145; /系数HH2float PP3 = -0.04276; /系数HH3float G = 1; /增益调整. i = YY0*EK + YY1*EK_1 + YY2*EK_2+YY3*EK_3 ;j = HH1*UK_1 + HH2*UK_2 + HH3*UK_3;UK = G*i + j;滤波程序的介绍为了实现滑动滤波的功能，要定义四个变量来保存采样值M,M_1,N,N_1。程序如下：cont=(ADC_7-128+M+M_1)/3;M_1=M;M=ADC_7-128;.set =(ADC_7-128+N+N_1)/3;N_1=N;N=ADC_7-128;通过滑动的方法，每次计算偏差EK时取本次和前两次的采样值取平均的方法，实现了滤波的功能，并且通过变量M,M_1,N,N_1的递推实现滑动的效果。6 实验与结果分析6.1 仿真结果为了验证计算数据是否正确，首先，我们利用已有的最小拍控制的Simulink可仿真模型6.1.1单位阶跃信号的Simulink仿真模型系统输出如图所示数字控制器输出:6.1.2单位速度信号的Simulink仿真模型单位速度信号如图所示系统输出如图所示数字控制器输出6.2仿真模型上机结果分析当输入信号为单位阶跃信号时，按照最小拍控制策略设计的数字控制器，实现输入经过一拍后，在采样时刻系统稳态误差为零，输出跟踪输入但在采样点间，系统输出有纹波存在。当输入信号为单位速度信号时，按照最小拍控制策略设计的数字控制器，实现输入经过两拍后，在采样时刻系统稳态误差为零，输出跟踪输入，但在采样点间，系统输出有纹波存在。综上所述，被控对象稳定且不包含纯滞后环节，按最少拍原则设计数字控制器，虽然设计方法直观简单，又便于在计算机上实现，但也存在着缺点。系统输出在采样点间存在纹波，最少拍设计是保证在采样点上稳态误差为零，而在采样点之间系统输出可能存在波动，其原因在于数字控制器的输出经过两拍后不为零或为常值，而是出于振荡收敛。系统适应性差，最少拍原则是根据某种典型输入信号设计的，对其它输入信号不一定是最少拍，甚至可能产生很大的超调和静差。控制幅值的约束最少拍设计实质上是时间最优调节系统，在此过程中，对数字控制器的输出没有做任何约束，但实际上控制机构所能提供的能量是有限，所以采用最少拍原则设计的计算机控制系统，由于被控对象存在饱和特性，系统响应输出不一定满足最少拍目的。从图上的效果来看是能够满足控制的要求的，所计算的数据是正确的。7 小结与体会在本次设计的过程中，我发现很多的问题，给我的感觉就是很难，很不顺手，看似很简单的电路，连接起来也很困难，因为我们要查找模块，选择电阻和电容。还要将电脑中的程序载入模块，调试运行。在调试的过程中，遇到的问题更多，调试的过程是一个让人思考的过程，也是熟悉稳态方法和实践动手的好机会，顺着模块的顺序依次排查接线，出现问题，想出各种可能的情况，测试解决。通过这次的课程设计，锻炼了我的动手实践能力，让我有机会将课本所学的知识与实际相结合。切身体会到动手能力的重要。同时电路的设计修改也是我将知识整理融汇的过程，在某些课设涉及的地方我的理解更加深入了。今后随着学习的深入，还会有更加深入的理论方法，相信到时候我可以学会更多知识，将所学的知识学以致用。经过此次的课程设计，我对所学过的知识在应用方面有了初步认识，并且学到很多扩展方面的知识，且再对课题的仿真过程当中，能够熟练的使用Simulink软件。通过查资料了解了课本上没学到的知识，也知道了AT89C52与我们所学的80C51引脚，内部结构以及用途上的差别。还选择了ADC0809作为A/D转换器， DAC0832作为本系统的D/A转换器。通过模拟量经过输入通道进入A/D转换器进行转换，传输到单片机内，通过编程，对所录入的模拟信号进行编程，实现外扩电路的显示，以及D/A转换后传输给执行器进行控制。经过此次的课程设计，我对所学过的知识在应用方面有了初步认识，并且学到很多扩展方面的知识，且再对课题的仿真过程当中，能够熟练的使用Simulink软件。通过查资料了解了课本上没学到的知识，也知道了AT89C52与我们所学的80C51引脚，内部结构以及用途上的差别。还选择了ADC0809作为A/D转换器， DAC0832作为本系统的D/A转换器。通过模拟量经过输入通道进入A/D转换器进行转换，传输到单片机内，通过编程，对所录入的模拟信号进行编程，实现外扩电路的显示，以及D/A转换后传输给执行器进行控制。参 考 文 献1 于海生主编，微型计算机控制技术，北京：清华大学出版社，19992 张艳兵等编著，计算机控制技术，北京：国防工业出版社，20083 张毅刚主编，单片机原理及应用，北京：高等教育出版社，20044 陈涛编著，单片机应用及C51程序设计，北京：机械工业出版社，20085 楼然苗, 李光飞编著, 单片机课程设计指导, 北京: 北京航空航天大学出版社, 2007 7 控制、电子技术类杂志、报刊心得体会通过这次的课程设计，锻炼了我的动手实践能力，让我有机会将课本所学的知识与实际相结合。切身体会到动手能力的重要。同时电路的设计修改也是我将知识整理融汇的过程，在某些课设涉及的地方我的理解更加深入了。今后随着学习的深入，还会有更加深入的理论方法，相信到时候我可以学会更多知识，将所学的知识学以致用。经过此次的课程设计，我对所学过的知识在应用方面有了初步认识，并且学到很多扩展方面的知识，且再对课题的仿真过程当中，能够熟练的使用Simulink软件。通过查资料了解了课本上没学到的知识，也知道了AT89C52与我们所学的80C51引脚，内部结构以及用途上的差别。还选择了ADC0809作为A/D转换器， DAC0832作为本系统的D/A转换器。通过模拟量经过输入通道进入A/D转换器进行转换，传输到单片机内，通过编程，对所录入的模拟信号进行编程，实现外扩电路的显示，以及D/A转换后传输给执行器进行控制。经过此次的课程设计，我对所学过的知识在应用方面有了初步认识，并且学到很多扩展方面的知识，且再对课题的仿真过程当中，能够熟练的使用Simulink软件