大林算法控制系统设计

扬州大学能源与动力工程学院课程设计报告

最新范本供参考！一部分最新范本供参考！ss《计算机制技术》课设计任务书一、课名称大林算法控制系统设计二、课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、课设计内容设计以89C51单机和ADCDAC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。硬件电路设计89C51最小系统加上模入电用模出电用TLC7528和放等由运放实现的被控对象。控制算法：大林控制算法。软件设计：主程序、中断程序转程序、滤波程序、大林算法控制程序D/A输程序等。四、课设计要求模入电路能接受双极性电压输入-5V~+5V出电路能输出双极性电压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。每个同学选择不同的被控对象：G(s)

5(s1)(0.8s

e,

G()

10(s1)(0.4

e

s(s)

8(0.8s1)(0.4

G(s)

8s

G(s)

(ss

e

G(s

(0.8s

e

()

s1)(0.3s

,

(s)

(0.8s

最新范本供参考！对的纯延迟环节

e

s

用软件通过数组单元移位实现。定中断间隔选取50ms，采样期T要既是采样中间隔的整数倍，又满(0.2

闭系统时间常数

T

按

1~3

的被控对象最大时间常数选择。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、课设计实验结控制系统能正确运行。有振铃和消除振铃的系统阶跃输出和控制器。六、进安排序号

内容布置任务，熟悉课题要求总体方案确定，硬件电路设计熟悉实验箱及C语言开发环境，研读范例序，控制算法设计软件编程，调试实验总结，撰写课程设计报告

天数0.51.5七、课设计报告内：总结设计过程，写出设计报告，设计报告具体内容要求如下：．课程设计的目和设计的任务。．课程设计的要求。．控制系统总框图及系统工作原理。．控制系统的硬件电路连接图（含被控对象的原理。．软件设计流程图及其说明。．电路设计，软件编程、调试中遇到的问题及分析解决方法。．实验结果及其分析。．体会。最新范本供参考！二部分最新范本供参考！目

录课程介……………..71.1程计目的.设计内1.3程计要求.....................................................................................................................7方案计.............................................................................................................................82.1控系统整体方............................................................................................................82.2控系统闭环工作原...................................................................................................8大林法件路计………………83.1A/D采样电路....................................................................................................................83.2输电………….........………......…………...103.3给对硬件电路设.3.4总件........................................................................................11控制法计...........................................................................................................................114.1控算法的原理.................................................................................................................124.2计机实现的计算机推导........................................................................................124.3采周..............................................................................................................................13软件程计...........................................................................................................................135.1主序中断流程.5.2部控程序代..............................................................................................................14实结与析.......................................................................................................................17小与会..............................................................................................................................17参文．....................................................................................................................................18最新范本供参考！ee、题介1.1课题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。1.2课题容设计以单片机和、DAC等电路、由运放电路实现的被控对象构成的计算单闭环反馈控制系统。硬件电路设计：89C51最系统加上模入电路（等和模出电路（用和放等运实现的被控对象控制算法：大林控制算法。软件设计：主程序、中断程序A/D转程序、大林算法控制程序D/A输程序等。1.3课题求模入电路能接受双极性电压输入出电路能输出双极性电压-5V~+5V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。选被控对象：

)

8(.4s1)(0s1)

e

T对象的纯延迟环节用件过数组单元移位实现。定时中断间隔选取50ms采样周期T要求既是采样中断间隔的整数倍，又满足(0.2

。闭系统时间常数

T按~3

的被控对象最大时间常数选择。最新范本供参考！12τ12τ2.林法制统案计2.1控制统体绍)

e(t

D(Z)

U(Z)

G(S)

C(T)-图大林算法设计的闭环控制系统方框图大多数工业对象具有较大的纯滞后时间，可以近似用一阶或二阶惯性环节加纯滞后环节来表示，传递函数为一阶对象：

G()

Ks

e

NT

，二阶对象：

)

K(sTs1)

e

大林算法的设计目标是使整个闭环系统所期望的传递函数相当于一个纯滞后环节和一个性环节相串联，即1(ses1

，并希望整个闭环系统的纯滞后时间和被控对象的纯滞后时间相同。其中为闭环系统的时间常数，滞后时间与采样周期T有整数倍关系﹒﹒﹒﹒2.2控系闭工原在本次大林算法控制系统中，系统先进行采样，给定值采样值取到单片机内，之后单片机会选择另外一路通道，进行输出值即反馈值的采样。将输出值采样到单片机内后，在单片机中进差值K)计算，通过单片机中的算法程序得到输出量K)，经过D/A变器，将输出结果作用于被控对象。经被控对象的输出值又将作为反馈值被采样到单片机内。3.林法制统件路计3.1A/D样路该实验的A/D采样硬件电路如图3-1所最新范本供参考！图A/D样硬件电路图上图所示的是与连的硬件电路图，其中在ADC0809中IN-6、IN-7别采样给定信号和反馈信号转器的引脚A接片机的用选择采样通道控制计算机的定时器作为基准时钟（初始化为50ms第一次启动换时，此时，择的，采样的是给定信号，当采样周期到时，此时，同时在定时器中启动换，此时采样的是反馈信号，给定信号和反馈信号的采样值分别存储在程序的RKUK1中模数单元采用芯片，要包括多路模拟开关和转换器两部分。其主要特点为：单电源供电、工作始终CLOCK最高可达平兼容等，可以很方便地和微处理器接口。

Z

、8位辨率、8个端模拟输入端（IN0~IN7TTL电通过三端地址译码ABC多开关可选通8路拟输入的任一路进行A/D变其中IN1~IN5的模拟量输入允许范围：，应数字量为，2.5V对应80H；IN6和IN7两由于接了上拉电阻，所以模拟量输入允许范围：对应数字量00H~FFH，0V应。设计过程中使用的教系统中的ADC0809芯片，其输出八位数据线以及CLOCK线连到控制计算机的数据线及系统应用时钟（1MH

Z

）上。其它控制线根据实验要求可另外连接（AB、、STR、/OE、EOC、图（）所示。其中IN6和IN7可测量-5V~+5V的量，主要是因为加了外部电路。如图所示，在IN6和的际输入端其输入范围为0~5V外围电路中，采用两个相同电阻分压的方式，因给了一个5V电压，当输入端为时，的际输入端为两者相加之和一半，为

0V，0809采电压的范围以内。但将该采样值取进单片机内后，其表示范围为-128~127，应为0~5V的电压，所以我们需要在程序里最新范本供参考！将采样值减去以使采样值与设定值相对应。因此加了外部电路，0809就可以采集的压了。3.2D/A输电数模转换单元采用TLC7528芯，它是位并行、两路、电压型输出模数转换器。其主要参数如下：转换时间100NS，量程误差1/2LBS，参电压，供电电压，输入逻辑电平与TTL兼。入数字范围为00H~FFH,80H对应于0V输出电压为-5V~+4、。在课程设计过中采用的教系统中的TLC7528，输入数字量得八位数据线、写线和通道选择控制线已经接至控制计算机的总线上。片选线预留出待实验中连接到相应的I/O选上，如图。图3-2输出电路该芯片TLC7528可以双极性输出，但须在单片机中的输出值加128后再交给TLC7528芯片进行输。3.3给定象件路计最新范本供参考！图3-3

给定对象硬件电路图如图3-3所示，为被控对象的硬件电路的设计图，在本的课程设计中的被控对象传递函数：)

8(.4s1)(0s1)

e

，其中比例部分由两个运算放大器组合实现，即，第一个运算放大器的积分部分为

10005

实被控对象的第一部分，二个运算放大器的积分部分为

100004

，实现被控对象的第二部分。3.4总件图3-4总件图最新范本供参考！4.林法制统法计4.1控制法原实验算法中，用脉冲传函数近似法求得对应的闭环脉冲传递函数：)

8(.4s1)(0s1)

e

将代入，并进行变：

D(z

(10)(e.50.41)(e0.501(ccz1)e0.(12式中

1

101

(4e

.5

5)0.

，e

0(141)

1(.4e0

1

5e

0.5.

)经计算z)

03521(1.z1)(10)(130415110.z10.8647z2

)

，无振铃时，有

（ccz1

2408

，于是

z)

0.0870.2865)(103679(0.z10.)

)

,对应的递推公式为u()01353k).864720.k)0e(1)e(k2).则程序中

0008716544,kk2.1054pp0.1353pp8647pp304.2计算实的算公推在4得到了的最终表达式，而在本实验中，被控对象为从而可以知道被控对象的时间常数为，增益K=8，根据

T按~3

最大时间常数取值，取

T

=0.4s。将各个参数代入计算：，－，KK3=0.0017864，PP1=－，PP2=0.95436。对应的递推公式：u(k)=－－0.9085e(k-1)+最新范本供参考！由于在二阶对象中是引起振铃的极点因子，令z=1于是可以得到u(k)=0.0821u(k-1)+0.9179u(k-2)+0.0821e(k)0.0303e(k-1)+0.0019e(k-2)在程序中：，－，KK2=0.0019，PP0=0.0821，，。4.3采样期选在本实验中，定时中断间隔选取50ms采样周期要既是采样中断间隔的整数倍，又要满足，而由被控对象的表达式可知，所以取，

T0.

。5.林法制统件程计5.1主程与断程主程序流程图：开始系统初始化，定义变量主程序循环等待中断图5.1-1采样中断服务程序流程图：最新范本供参考！中断程序同步信号到？

Y

D/A

输出清零N采样周期变量减一

变量初始化采样周期变量赋值采样周期变量到？

Y

读取采样结果,R(k)、U(k)

计算E(k)启动ADC0809，进行A/D转换模拟量处理N延时U(k)

输出中断返回

采样周期量赋初值5.2部分制序码主程部源：void{TMOD==t0_l=t0_l=t0_l+20;==t0_l;IT1=1;TC=0x80;UK==UK_3=0;EK==RK=RK_2==0;

图5.1-2//算定时器初值//修正因初值重装而引起的定时误//边沿触发中断//开外部中断//开定时中断//启动定时器清零//量清零最新范本供参考！EA=开总中断FLG=DOUT0=0;}主程序的功能主要是：对定时器的赋值、开外中断、初始各变量，其是主程序进入死循环，等待中断到来。采中断序部源：（1）判断同步信号程序：DIN0//取输入前，先输出高电平if(DIN0)//判步信号到否{UK==UK_3=0;EK==RK=RK_2==0;//D/A输出零TC=1;}（2）双通道采样：{TC--;//判采样周期到否{if(FLG==0){RK=ADC_7-128;//样当前的给定值DOUT0=1;FLG=TC=}{FLG=UK=//采样当前的输出值，并计算偏差的变化量DOUT0=0;EK====最新范本供参考！j=+PP2*UK_2+PP3*UK_3;UK=G*i+j;if(UK>0)//控制量是否溢出，溢出赋极值{if(UK>127)aa=aa=}{aa=-128;aa=}输控制量;=//控量递推==UK;=EK_2;//差递推=EK_1;=EK;TC=//采样周期变量恢复}}}}双通道采样原理说明：由于在主程序中，D“0经择了采样通道I，一次进行转换时，对给定信号进行采样，并将采样值存储在RK中，同时将置“1时将通IN7选中，等待采样周期到时，则采样反馈信号，并将采样值存储在UK1中在变量定义中，已经将P1.6定为DOUT2，故改变DOUT2值改变了。中断程序实现的功能：对给定信号进行采样，并将采样值存储在RK中，同时将置1通道IN7选，待采样周期到时，则采样反馈信号，并将采样值存储在中接下来便是计算偏差，计算U(k)，将值通过端口在一周期