具有纯滞后一阶惯性系统的计算机控制系统设计

1、具体内容:1) 自己给出系统的闭环传递函数的表达式2) 自己设定系统性能指标3) 书面设计一个计算机控制系统的硬件布线连接图4 )硬件布线连接图转化为系统结构图5) 选择一种控制算法6) 软件工程知识编写程序流程图7) 在MATLAB下进行编程和仿真，给出单位阶跃函数的输出结 果表8 )进行系统的可靠性和抗干扰性的分析计算机控制系统课程设计第一部分设计任务1课程设计任务题目及要求112课程设计任务对象与设计的分析论证21.2.1 fefj对象的分析与说明21.2.2被控对象传递函数的确定21.2.3系统设计的一敷步嫁和要点 3第二部分设计方案42.1设计方案分析论证42.1.1控制对象特性分析

2、42.1.2算法选择62.1.3控制器设计62.2系统方框图142. 2.1控制系统结构示意图142.2.2件结构框图142.3程序设计流程图 152.3.1主程序流程图152. 3.2温度采集流程图 162.3.3达林算法及其控制量输出流程图 172.4软件实现18第三部分电路设计193.1器件选型193.1.1控制芯片的选择193.1.3 A/D转换器的选择193.1.4 D/A转换器的选择 203.2温度检测电路与整形放大濾波电路203.3 A/D转换电路213.4 D/A转换电路213.5数码管显示电路22第四部分 整机电路图 23第五部分 安装调试及性能检测 245.1系统仿真245

3、.2抗干扰性能分析 255.3元件清单27第六部分心得体会28泰考文枝29附程序30第一部分设计任务1.1课程设计任务题目及要求题目：只有纯滞后一阶惯性系统的计算机控制系统设计要求:1、针对一个具有纯滞后的一阶惯性环节G(s) =Ke-fsTs+1的温度控制系统和给定的系统性能抬标:工程要求相角裕度为30。60。，幅值裕度>6dB要求测量范200七，测屋精度0 5%,分辨率0.TC2、书而设计一个计算机控制系统的硕件布线连接图，并转化为系统结构图:3、选择一种控制算法并借助软件工程知识编写程序流程图：4、用MATLAB和SIMULINK进行仿真分析和验证，对象确定：K=10*log(C*

4、C-sqrt(C)>rand( 'state' Q,T=rand(l).考虑0=0或T/2两种情况。C 为学号的厉 3 位数，如 C=325, K=115 7, T =0 5824, 0 =0 或 049125、进行可靠性和抗干扰性的分析。第1页共36页计篦机控制系统课程i殳计仁2课程设计任务对象与设计的分析论证1.2.1控制对象的分析与说明由所给设计任务可知.本设计的控制对象是一个含有具有大时滞的一阶惯性环节“、Ke'rsG(s)=Ts + 1的系统，而在通常的温度挖制系统中，控制对象往往就可以视作含有一个大纯时延时间的一 阶惯性环节的系统，故本次计算机控制系统

5、设计则可以以一个温度控制系统为例设计：加热 炉温度控制系统。目的是保持被加热液体的温度与设定值尽量一致，当系统出现干扰时能够 较快地恢复到设定值。1.2.2被控对象传递函数的确定根据 K=10*log(C*C-sqit(C), raiidCstate1, C), T=rand(l), 0=0 或 T/2, C 为学号后 3 位数的条件，加上本人的学号为201130613317,故可用MATLAB计算得：» C=317C =317» K=10*log(C*C-sqrt(C)K =115 1763» randCstate'C)» T=rand(l)T

6、 =0 8470G(s) =115.17630.8470s+ 1由要求可得e=O或0.4235115.1763田4叫0.8470S + 1(1)当无纯时延时 &=0.彼控对象传递函数为:(2)当纯时延为172(0=0 4235),被控对象传递函数为：G(S)=针对以上两种情况，需耍分别进行分析，以取得预期效果。第？页共36页计算机控制系统课程i殳计第3页共36页计算机控制系统课程i殳计仁2.3系统设计的一般步骤和要点控制对象的功能和 工作过程的分析系统总体方案设计系统控制匚艺流程图建模：描述控他城和输出扯z间的数学关系:确定控制任务：动公籾静态指标:选抒符法I系统结构包括系统总线的选择

7、:内空何分配：系统牧件.应用程序.待扩允:< 4 I/O分配：模拟/；-、： I/O、川允:模姒环I/O通逍的配風屮断.資询处评方式的硝定;£即组构计控系统廉理描述图.包括信巧流程图 I （接含控IH对鏡的匸艺渝程hr给定fii方式线路方案匚地址分配滤波环节信号标准化p技术拒标采样信号开关就、模拟嵌I/O 通道设计元器件芯片选择和测试画应用程序流程图编制源程序、调试 和仿真J偉法步膿内心:参数区控制殳输出如MDS. TTL落件逻弭电讥I/O电流、输入/输出能力.以及绘冲器的选择NY达到预期11的?布线和安裝写 EPPROMfr 机箱设计、布线走向，电路板设计调试磧件Y硬件冇错?

8、烤接板配眾系统试运行Y投入运行完成控制訂的?第#页共36页计算机控制系统课程设计第二部分设计方案2.1设计方案分析论证2.1 J控制对象特性分析(1)当没有纯时延时,即 e=o 时，G(s) =115,17630.8470s+ 110第5页共36页计算机控制系统课程设计用MATLAB绘出其波特图: 程序为：num= 115.1763den=0.8470 1g=tf (num, den); margin (g);grid on;num =115.1763den =0.84701.0000波特图为:60Bode DiagramGm = Inf, Pm = 90.5 deg lat 136 rad/

9、s)4020mp) apruc6e 乏(6ep) aseqa10第#页共36页计算机控制系统课程设计10第#页共36页计算机控制系统课程设计由上图可知，系统幅值裕度为无穷(Inf).但相角裕度为9O 5deg.不满足系统要求。10第#页共36页计算机控制系统课程设计1151763严3匂0.8470s+ 10576-1.152-1.728-2.30410'2 10_1 10° 101 102 101Frequency (rad/s(2)当0= 0 4235时，有较大纯时延，G(s) =用MATLAB绘岀其波特图: 程序为：num=115.1763 den=0 8470 1g=t

10、f(num,den, 1 iodelay1, 0 4235);margin (g);grid on;num =115.1763den =0.84701.0000波特图为:Bode DiagramGm = 0 0801 dB (at 137 rad/s), Pm = 31.1 deg (at 136 rad/s) 6040200-200由上图可知，晞值裕度为00801dB<6dB,相角裕度为31 ldeg>也不满足题冃要求。故 需对对象进行合理控制使其工作符合要求。综上所述，而对0=0和0=0.4235的情况分别进行设计。2.1.2算法选择 最小拍无纹波：即故少调整时间系统，在给定某

11、种典型输入（如单位阶跃输入、单位速 度输入或单位加速度输入）条件下，通过设计一个控制规律使得闭环系统输出几有最快 的响应速度，且输出的采样点之间没有纹波.在满足系统的快速性、准确性、稳定性和 可实现性条件下，设计出来的数字调节器可以实现无静差的稳定状态。但是眾少拍系统 存在着周限性：对输入信号类型的适应性差：©对系统参数的变化敏感：控制作用 易超出允许的控制范围。 Dalin算法：在控制系统设计中，纯滞厉往往是影响系统动态特性的不利因素，如在热 匸和化工的许多匸业生产过程中，其被控对象模型的不确定性、参数随时间的漂移性和 含有较大的纯滞后，如果要求控制系统在最少拍内达到稳态，则不但不

12、能达到预期的效 果，反而会引起系统产生大的超调或振荡。而事实上，对这类系统的控制要求，快速性 是次要的，而主要耍求系统没有超调或很少的超调。达林算法就是一种专门针对工业生 产过程中含有纯滞后控制对象的直接数字设计算法。 对温度控制系统的婆求，主要是保证炉温按规定的温度工艺曲线变化，超调小或者无超 调，稳定性好，不振荡，对系统的快速性要求不高。而Dalin算法的设计H标是对带时延 的一阶或二阶惯性环节工业对象，设计一个数字调节器，使得整个闭环系统的传递函数 为具有纯时延特性的一阶惯牲环节，冃的是使输出无超调或者超调很小。结合本次课程 设计的控制对象数学模型，若其为不带延时的一阶惯性环节，则选用（

13、1）方案，用最 少拍无波纹来设计控制器：若其为带时延的一阶惯性环节，而设计目标就是无超调或音 超调很小，故选用（2）方案，用Dalin算法来实现对系统的控制。2.1.3控制器设计（1）对没有纯时延的系统,0=0,115.17630.8470S + 1第7页共36页计算机控制系统课程设计第#页共36页计算机控制系统课程设计现采用域少拍无纹波设计方法设计该对象的控制器D（Z）,取采样周期为T=C1T=O.08470s 。设系统输入为单位阶跃输入l（t）,则系统期望闭坏传递甫数为：H（z）= Z-1G (z) =ZGh(s)Gb(s)=(i-z-1)Z115J763s(0 8470s + l；10

14、96z-0 9048用matlab进行z变换:» H=tf(0 115 1763,0 8470 1)第#页共36页计篦机控制系统课程i殳计H =115.20 847s+ 1Continuous-time transfer function » HdZdCHO 08470,zoh*) Hd =10 96 z0 9048Sample time 0 0847 secondsDiscrete-time transfer ftinction数字调节器控制规律D (z)为:第#页共36页计篦机控制系统课程i殳计第#页共36页计篦机控制系统课程i殳计D(z)=HQ)G(z)l-H(z)z

15、0 9048z"1 _ 0 09124z-0 08255510 96 l_z" 一 (z_l)第#页共36页计篦机控制系统课程i殳计第#页共36页计篦机控制系统课程i殳计系统开环脉冲传递函数为:Gk(z) =D (z) G (z)=0 09124Z0 08255510 96(z-1) Xz-0 9048第#页共36页计篦机控制系统课程i殳计第#页共36页计篦机控制系统课程i殳计因此.对最少拍系统进行开环特性测试.MATLAB程序以及运行结果如下:» Ts=0. 1dnum= 1dden= lz -1Zk=tf (dnumr dden,Ts)margin (Zk)0

16、.1000dnum =dden =1 -1Transfer function:1z - 1Sampling time: 0 153 (Jp)Bode DiagramGm = 6 02 dB (at 31.4 rad/s), Pm = 60 deg (at 10 5 rad/s)o o o o3 2 1mp) aprnc6esoo o 1 8101Frequency (rad/s)10第9页共36页计篦机控制系统课程i殳计第#页共36页计篦机控制系统课程i殳计出上图可知系统幅値裕度为6 02dB,相角裕度为60deg符合设计要求。采用MATLAB的SIMUUNK软件进行仿真，系统框图如下:第#页

17、共36页计篦机控制系统课程i殳计第#页共36页计篦机控制系统课程i殳计仿真结果如下:第#页共36页计算机控制系统课程设计放人后:第11页共36页计算机控制系统课程设计第#页共36页计算机控制系统课程设计由上图可以看出，t=ls时给系统施加了单位阶跃给定输入信号，系统输出在01011s 内跟随了输入。当阶跃出现时，系统能够大约在一个采样周期(0.08470s )后准确地跟随系 统输入设定值，达到了性能设计要求。(2)此时若加入8= 04235的纯时延环节，G(s) =115.1763严3%0.8470s+ 1设计如下:由控制对象的纯时延特性常导致控制系统的稳定性降低，过渡过程特性变坏。有资料 指

18、出，当对象的纯延迟时间与对象惯性时间常数人之比大丁等T- 0 5时.采用常规PID算法难以获得良好的系统性能，因此考虑采用达林算法。带纯时延特性的一阶惯性环节如下：G(s)二115.1763e-° 4235s084 7+Os其中.。=04235,耳=08470, K=115 1763。由达林算法，取得系统期塑闭环传递甫数为:H(s) =-0 423i匸0.848S + 1式中，T =0 848 ,大J;rr则RAW0,无撮铃现象°由r&=LXT取L=2,可得采样周期T= &/2=0 21175s 穴T ItT / T.b=c 1=0.779, b = C 1

19、=0 7788由以上数据可得系统期莖闭环脉冲传递函数为：H (z) =ZGh(s)H(s)=z_L(1-陀】1-0.221Z"31-0.779Z第#页共36页计算机控制系统课程设计第#页共36页计算机控制系统课程设计被控对象的广义脉冲传递函数为:G(z) =ZGh(s)G0(s)=Kz-<L+1)1-5= 115.1763x0,2212z"31-0.7788Z'125 477 z"3" 1-0.7788Z"1第#页共36页计算机控制系统课程设计第#页共36页计算机控制系统课程设计数字控制器的控制规律为:D (z)= _ 0.008

20、6745 - 00067557z7G(z)l- crz-Q-cOz"41) l-0.779z-1-0.221z'3系统开环脉冲传递函数为：C z x z 、 、0 0086745-0 0067557Z-125.4770.221Z"3Gk =D(z)G(z) =j5 xr =；j1-0 779z-0 221z"31-0 7788z"1-0.779z" - 0.221z"3加上比例的控制器：D(z)=0,0086745 - 0,0067557z"1l-0.779z-1-0.221z"3xl.8 =0,0156-

21、0.01216z"1l-0.779z-1-0.221z-3第#页共36页计算机控制系统课程设计第#页共36页计算机控制系统课程设计0 222辺 s，03978Z-31-0.779Z'1 - 0.221Z'31-0.779Z'1- 0.221z"3由以匕结果.通过MATLAB仿真结果如下: 输入程序：Ts=021175dnum= 0, 0r 0/ 0 221dden=l, -0 779, 0f -0 221第#页共36页计算机控制系统课程i殳计Zk=tf (dnumr ddenr Ts)margin (Zk)输出结果：Ts =0.2117dnum =0

22、00 0.2210dden =1.0000-0.77900-0.2210Zk =0.221”3 - 0.779 ”2 - 0.221Sample time: 021175 secondsDiscrete一time transfer function.Bode DiagramGm = 12.2 dB (at 3.64 rad/s)» Pm = 71.9 deg (at 0.729 rad/s)o o O2 1 2mp) ap 三G6BW30IO*110o108 6 1 3 (MP) Qsmvd10Frequency (rad/s)由上图可知，在未加入适当的比例增益，系统的幅值裕度为12

23、 2dB,相角裕度为71 9deg, 可见该系统并不符合设计耍求，故需要加入适当的比例增益，降低系统的相角裕度。第II页共36页计算机控制系统课程设计加入一个适当的比例增益 = 1 8Z后，MATLAB仿罠程用以及结果如下: 输入程序：Ts=0.21175dnum=0z 0r 0r 0.3978dden=l, -0.779, 0f -0 221Zk=tf (dnum.ddenr Ts)margin (Zk)输出结果：Ts =0.2117dnum =0000.3978dden =1.0000-0.77900-0.2210Zk =0.35780 779 ”2 0.221第#页共36页计算机控制系统

24、课程设计Sample time: 021175 secondsDiscrete-time transfer function.Bode DiagramGm = 7.14 dB (at 3 54 rad/s), Pm = 56 8 deg (at 1.34 rad/s) 3020O1O1mp) Pn-E6ez10o101Frequency (rad/s)801O6 3-10"10第#页共36页计算机控制系统课程设计由上图可知，系统的幅值裕度为7 14dB相角裕度为56 Sdego可见，加入了一个1.8的比 例增益之后，系统的性能能够符合设计要求。通过STMTJTJNK仿IX的納果如下,

25、由上图可知，在t=ls时对系统施加一个单位阶跃给定输入信号，在规定的采样周期时 间之后一定的微小延迟，即9=04235s后系统开始受控制器调节，并IL最终以较大的衰减率 达到稳态。系统相比不使用达林算法的带纯时延坏节的情况超调最大大减少；由有大滞 后纯时延环节，系统动态响应相比之前的无时延系统慢得多，但可以看出，通过达林算法设 计控制器，调节时间仍在可以接受的范围，并II最终系统准确跟随输入信号，调节性能良好, 整个系统性能足以满足设计要求。第13页共36页计算机控制系统课程i殳计2.2系统方框图2. 2.1控制系统结构示意数字控制器零阶保持器被控对象第#页共36页计算机控制系统课程i殳计控制

26、策略：温度传感器将温度信息变换为模拟电乐信号后.将电压信号放大到AVR单 片机可以处理的范用内，经过低通滤波，滤掉干扰信号与给定值比较，差值送入单片机。单 片机利用A/D转换器对差值信号进行來样，相当将差值送入数字控制器，运用达林算法 计算出控制量，再经过D/A转换输出控制量作用J：被控对彖。通过加热丝來控制对象温度, 使其温度与设定值相同或相近。2. 3程序设计流程2.3.主程序流程单片机一上电，就进行初始化，清除缓冲区，豐定时器初值，并IL启动定时器，利用A/D 转换器，定时对温度进行采样，与设定值进行比较，运用相应的算法得出控制量，在经过 D/A转换器输出，对温度进行合理控制使其与设定值

27、相等或相近。第15页共36页计算机控制系统课程i殳计第#页共36页计算机控制系统课程i殳计主流程图第#页共36页计算机控制系统课程i殳计2. 3. 2温度采集流程当AT89S52执行外部存储器写指令时.使得CEN,错误!未找到引用源。二0,R/错误!未 找到引用源。二0,A0二0,心动12为转换有效。然后通过89s52通过P3.4线查询STS端口状态， 当STS为0时，表明转换结束。由T- AD574的12位转换速度很快，故适用与查询方式。之 后89S52执行两条度外部数据存储器指令，分别读取转换结果的高八位和低四位数据。此时 CE=1,错误!未找到引用源。=0, A0=0（或A0=l） o定

28、时器0中断第#页共36页计算机控制系统课程i殳计第#页共36页计算机控制系统课程i殳计温度采样流程图第#页共36页计算机控制系统课程i殳计2. 3. 3达林算法及其控制量输出流程图达林算法主要是用r对大滞后对象进行控制，使其达到预期的控制效果。将达林算法运 算得出的数字控制量送到D/A转换器，进行D/A转换，输出模拟控制量施加J：加热丝或其他 加热器件，对温度进行调节。其流程图如下所示：达林算法及其控制量输出流程图第17页共36页计算机控制系统课程设计2.4软件实现当 0= 0.4235 时、0.0086745 - 0.0067557Z"1 , o 0.0156-0.01216Z*1

29、D(z)= ； xl.8 =J1-0.779Z"1 一 0.221Z-31-0.779Z"1 - 0.221z'采用嵌套程序法：系统状态方程及输出方程如下：xl(k+l)_0.7791o'X（k）-0.0000076-x2(k + l)=001x2(k)+0x3(k +1)0.22100X3(k)0.0034476比(k)Y(k) = 100+ x3(k) +0.0156u(k)x3(k)编程框图如下:U(z)A 00156+ + y(z)第三部分电路设计3.1器件选型3.1.1控制芯片的选择方案一：应用ATmegal6作为控制器。速度快，趙功能粘简指令集（

30、RISC）,内部集成 了较多的中断源和定时器资源及可编程flash大,貝有八路十位A/D转换通道, 级联通信号好的特点。方案二：采用AT89S52作为控制器。优点：普遍使用，价格便宜；缺点：中断源和定 时器资源少，可编程空间小"由于本设计对I/O 口的操作比较简单，对flash要求也不高，故选用方案二AT89S52单 片机做为主芯片。3.1.2温度传感器的选择方案一：采用DS18B20作温度传感器。DS18B20现场温度直接以“一线总线”的数字方 式传输，无需外接模数转换器（AD） ,DS18B20数字温度计提供12位二进制温 度读数，指示器件的温度，增量值为0. 0625-C,o测

31、量温度范围从-55°C到 +125C,在-10°C到+85°C范围内，精度为±0. 5°C, 912位分辨率可调。方案.1：采用Pt 1000钳电阻作测温传感器。热电偶产生的热电动势经放大器放大再经 过AD转换器转换成数字信号输入到单片机。结合本设计要求，测最范围为-50°C200°C,而DS18B20直接把检测的温度输出数字量, 可以省去AD转换器，但是其测温范闱为一55C+ 125C,不满足设计要求。故我们选用 方案二。3.1.3 A/D转换器的选择根据设计要求：测量精度0.5%,分辨率0.2°C,而其总的测量

32、的温度范围为250摄氏 度，250/02=1250,用十位的A/D转换器无法满足系统耍求，需12位来实现系统需求，故 此系统屮选用AD574作为D/A转换器.AD574是快速型的12位逐次逼近式A/D转换器。它无 需外接元器件就可以独立完成A/D转换的功能，转换时间为15-35US,可以并行输出12位, 也可以分为8位和4位两次输出。3.1.4 D/A转换器的选择温度检测值输入单片机后经算法计算之后输出的控制量经D/A转换器转换成模拟 1：施加加热器件中用调节温度。DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。与微 处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在 单

33、片机应用系统中得到广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、 8位D/A转换电路及转换控制电路构成。其主要参数为：分辨率为8位；电流稳定 时间lus：可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；只需在满量程下调整其线性度；单 一电源供电(+5V+ 15V)；低功耗，200mW。其使能端CS由单片机的P2. 6控制.DAC0832 的DIODI7分别与单片机的P0. 0P0. 7连接，采用单缓冲输出方式，输出端再接 uA741放大器输出模拟电压。32温度检测电路与整形放大滤波电路信号检测电路是温度控制系统的車耍组成部分，其对温度测量的精确性1接影响整个温 度控制系统的精度。故本系统选用性能

34、稳定的PT100C钳热电阻传感器作为测鼠温度信号的 敏感元件。其阻值随温度的变化为：0C时阻值为1 000C,温度系数为3. 84Q*Co线性度小 于0. 5%。借号采集电路采用对称的差动式电桥测量温度信为钳热电阻器Rt和精密电阻器 Rll、R12及R13组成测量电桥。此测量电路采用桥式电路来提高测量精度，经过运算放大 器LM139将电压信号放大后输出，通过选择合适的热敏电阻或偏移处理得出相对应的电床. 温度关系，即VVo+m+T其中，(V。为电斥偏移量，m为常数，入的范用从-50C到200*C)其检测电路如下所示：温度检测及低通滤波电路3.3 A/D转换电路该系统设计要求分辨率为0TC,测量

35、范围为(50200)七，总的测量的温度范围为250 摄氏度，250/0 2=1250,故选用12位的A/D转换器AD574。AD574为单片高速12位逐次 比较型A/D转换器，内置双极性电路构成的混合集成转换芯片，外接元件少，功率低，精 度高等特点，并具有口动校零和口动极件转换功能。其转换速率为25us,模拟电床输入范 围为310V, 320V,卜错误!未找到引用源.5V, 5错误!未找到引用源。10V。此A/D转 换器转换精度为1/212= 1/4096,统可以达到分辨率为0 06°C満足系统而求。AD574的A0和R/C通过74LS373与单片机的P0 6与P0.7连接74LS3

36、73的ID8D分别与单片机的 PO OP0.7 连接。其电路图如下所示:5V 15V 诂 £GWD325STS62«y6TTADCSALEyH-occ1D2D3D4D誥 mg谿器氏默噩DDS°S2119CSVCCVEEDCAD574AC AUR/CREHN R£K)UT DIPOITlUVm23VuiIT1510121314Ar TNU4AD5743.4 D/A转换电路温度检测值输入单片机后经算法计算之后输出的控制量经D/A转换器转换成模拟 最施加加热器件中用调节温度。DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。与微 处理器完全兼容。这个DA芯片以其价

37、格低廉、接1简单、转换控制容易等优点，在 单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、 8位D/A转换电路及转换控制电路构成.其主要参数为：分辨率为8位；电流稳定 时间lus；可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；只需在满量程下调整其线性度； 单一电源供电(+5V+ 15V):低功耗,200m肌 其使能端CS由单片机的P2. 6控制，第21页共36页计算机控制系统课程i殳计DAC0832的DIODI7分别与单片机的P0. 0P0. 7连接，采用单缓冲输出方式，输出 端再接uA741放大器输出模拟电压。其电路图如下所示：GHD131415456DACS 13 R 2

38、i7D1?VCCD16GND HwnUUD14unuD13DAC0832DI2DJ1VRJEFD10P-FBIL2CSI OUT1WP1W2I OUT】XFERU3JDACC8323 GND20"10VCC11U f uAMlONINCINVOC+IN+OUTnKnVUv -UA7416DKGMDD/A转换电路3.5数码管显示电路采用四位共阳数码管來显示当前的温度值。如卞图所示:xfl.maaa口u.PMn.j>12 pij pi.< TU PM n.;pyo(Rxi>) n.j m Pl .3>M(D) »?se)M.7两数码管显示电路第23页共3

39、6页计算机控制系统课程i殳计第四部分整机电路第#页共36页计算机控制系统课程i殳计第#页共36页计算机控制系统课程i殳计第#页共36页计算机控制系统课程i殳计第五部分安装调试及性能检测5.1系统仿真当0= 0.4235时.系统控制系统框图为Step第25页共36页计算机控制系统课程i殳计第#页共36页计算机控制系统课程i殳计仿真得到的各个波形第#页共36页计算机控制系统课程i殳计第#页共36页计算机控制系统课程i殳计单位阶跃输入信号偏差信号第#页共36页计算机控制系统课程设计第27页共36页计算机控制系统课程设计数字调节器输出波形输出信号波形分析：示波器Scope?显示的是单位阶跃的输入信号波

40、形.示波器SmpeW显示的是谋差 信号e(t)的波形，示波器Scope显示的是数字调节器的输出信号波形，示波器Scopel显示的 是系统输出波形丫。从e(t)的波形图中我们可以看出误差信号刚开始会比较大，但是很快 就下降到零。由此说明达林算法设计的数字控制器对误差具有良好的消除作用。数字调节器 输出的控制信号稳定，无振铃现象，系统输出跟随输入，由此可见系统性能比较好。52抗干扰性能分析当0= 0.4235时的抗干扰性能分析干扰为阶跃信号的抗干扰性能分析结构图为S1Of>2抗干扰性能分析结构图(干扰为阶跃信号)设置Step输入为0,在29时施加幅值0.5的阶跃干扰，得到如下的仿真波形Ste

41、p输入信号数字调节器输出信号阶跃干扰信号偏差信号输出信号设定值Step为0,阶跃干扰为05时仿真由上图可得，当在被控对象之前加一定的阶跃干扰信号之后，系统受到阶跃借号的干扰, 输出不为零，由-系统具有抗干扰的功能，经过一定的时间厉，会口动消除干扰引起的影响, 冋复原來的状态如匕图所示,系统稳态误差经过定时间后为0系统输出与输入信号相 等，可知系统对于阶跃信号的干扰有较好的抗干扰作用。5. 3元件清单1；即血宀川山I：15川：Comment Description Designator Footprintr LibReF QuantityCapCapacitorC1.C2X1C4RAD-0.3C

42、ap4iLED4-YANGDS1LED-4-YLED-4-YANG1Res2ResistorRLRZR1R4.R 5. AXIAL-04Res219200R13RES-POTENTIOME RES-POTENTIOME1THEMISTORResistorR14A<IAL-0.3Res11100R15.R16AES-POTENTIOME RES-POTENTIOME210KR17RES-POTENTIOME RES-POTENTIOME1Res1ResistorR18AXIAL-0.3Re$11AT89S52U1DIP40AT89S521LM133U2LM139LM1391DAC0832U

43、3DAC0832DAC08321AD574U4AD574174LS373Octal D-Type Tran$j U5DIP20-wide74LS373174LSOOQuad 2-lnput PositiY U6DIP-1474LSOO1uA741U7DIP-8uA7411XTALCrystal OscillatorY1R38XTAL1第29页共36页计篦机控制系统课程i殳计第六部分心得体会如今科学技术发展的口新口异，计算机控制技术已经成为当今世界空前活跃的领域，而 我们作为华工口动化科学与工程学院的学子、未来的二十一世纪的人才，掌握计算机控制技 术是至关重要的。本次的计算机控制系统课程设计总共

44、用了接近一个星期的时间，对本次 课程设计，本人分为儿个阶段进行工作：1.上网和到图书馆査阅相关资料：2.方案选择论证, 也包括控制算法的选择论证；3.利用MATLAB和SIMULINK进行仿真分析和齡证：4.元器件选 型、电路设计、绘制电路板、编写程序：5.整理报告.本次的课程设计是我们对之前所学过的知识的一个总结和概括，也是对我们实际动手 能力的锻炼和考察过程。本次课程设计，可以说是控制领域所有基础科学和专业学科的大综 合，其涉及的内容爨括计算机控制、口动控制原理、数字信号处理、单片机原理、过程控制、 检测技术、数字电路、檢拟电路等技术知识，通过独立完成设计町以培养我们综合运用所学 知识，发

45、现、提出、分析和解决实际问题的能力，使我们对控制系统的设计更为深入的了解 并且在实践中掌握其设计要领，更能有效提高我们的专业水平和综合素质。本次的课程设计十分注重控制器的设计，这也与上课的时候老师强调的車点相符。之前 上课的时候总觉得数字控制器的设计很难，这也跟只是纯理论的学习有关，而这次的课程设 计可以使我们在实践中了解数字控制器的具体设计过程。在这个过程当中，要借助到MATLAB 进行辅助设计，而这个软件之前没怎么用过，所以用起來也比较吃力，不过通过査找资料和 请教同学，各个困难都迎刃而解。MATLAB这个软件是一个十分强大的软件，功能多、指令 也比较简单，用好这个软件对我们日后的学习和工

46、作都有很大的帮助，而这次的课设，使我 对MATLAB的掌握程度又更深了一层。至更件和软件设计，由之前也参加过儿次电子设计类的比赛，所以对ALTIUM DESINER和KEIL等软件的操作并不陌生，只是对丁元器件的选择有些疑惑，因为很多元件 之前也没用过，对其工作过程不了解，所以只能上网査找资料，寻找最佳的器件。在画电路 图时，很务器件其原理图和封装图都得白己画，这个也占了比较多的时间，不过经过多次设 计，使得我对这个软件的运用更为熟练。总体來说，本次的课程设计，我们首先学会了计算机控制系统设计的具体方法。其次， 是对控制系统的辅助设计工貝一-MATLAB拿握得更加牢固。再者，就是对系统的软硕件设计 了解得更为深入，对软硕件开发的匸具也有了更深的理解和把握。半常的课室学习，我们对 于计算机控制技术的许多理论知识没右A深刻的认识，即使是通过课程的学习及考核也只能 说是了解个大概，并没有真正接触到这些理论方法的典