计算机控制技术课程设计

1、2011级计算机控制技术课程设计一、电炉烤箱温度控制系统设计（16组完成）被控对象为电炉烤箱，采用热阻丝加热，利用大功率可控硅控制器控制热阻丝两端所加的电压大小，来改变流经热阻丝的电流，从而改变电炉炉内的温度。功率3Kw可控硅控制器输入为05伏时对应电炉温度0300，温度传感器测量值对应也为05伏，对象的特性为带有纯滞后环节的一阶系统：被控对象模型： Td=30s，Kd=50，=10s要求：采用数字PID控制，有0阶保持器。设计最少拍无纹波控制系统。第1组：1）设计温度控制系统的计算机硬件系统，画出框图； 2）编写积分分离PID算法程序，从键盘接受Kp、Ti、Td、T及的值； 3）通过数据分析

2、Kp改变时对系统超调量的影响。 4）撰写设计说明书。第2组：基本要求同第1组，只有第3）点要求不同： 3）通过数据分析Ti改变时对系统超调量的影响。第3组：基本要求同第1组，只有第3）点要求不同： 3）通过数据分析Td改变时对系统超调量的影响。第4组：基本要求同第1组，只有第3）点要求不同： 3）通过数据分析Td改变时对系统超调量的影响。第5组：基本要求同第1组，只有第3）点要求不同： 3）通过数据分析改变时对系统超调量的影响。第6组：1）设计温度控制系统的计算机硬件系统，画出框图；2）撰写设计说明书。第7组-第11组的对象模型： 第7组：基本要求同第1组，但对象特性为积分加惯性系统，惯性时间

3、常数为40秒。第8组：基本要求同第2组，但对象特性为积分加惯性系统，惯性时间常数为40秒。第9组：基本要求同第3组，但对象特性为积分加惯性系统，惯性时间常数为40秒。第10组：基本要求同第4组，但对象特性为积分加惯性系统，惯性时间常数为40秒。第11组：基本要求同第5组，但对象特性为积分加惯性系统，惯性时间常数为40秒。第12组-第16组的对象模型：第12组：基本要求同第1组，但对象特性为二阶惯性系统，惯性时间常数均为20秒。第13组：基本要求同第2组，但对象特性为二阶惯性系统，惯性时间常数均为20秒。第14组：基本要求同第3组，但对象特性为二阶惯性系统，惯性时间常数均为20秒。第15组：基本

4、要求同第4组，但对象特性为二阶惯性系统，惯性时间常数均为20秒。第16组：基本要求同第5组，但对象特性为二阶惯性系统，惯性时间常数均为20秒。二、逐点比较插补原理的实现（18组完成）设计一个计算机控制步进电机系统，该系统利用89C51（或89C52、89S52）机的Px口输出控制信号，其信号驱动、控制X、Y两个方向的三相步进电机转动，利用逐点比较法插补绘制出各种曲线。在第一象限，X（10）、Y（10）最大坐标值。其他坐标值任意定，但插补计算不得小于8步。要求：1）在显示器上显示任意四位十进制数；a、定义键盘按键：10个为数字键09；6个功能键：设置SET、清零CLR、确认、开始START、暂停

5、、停止；b、显示器上第一位显示次数，后三位显示每次行走的角度；c、通过键盘的按键，设置X、Y轴插补的起始值；按START键启动步进电机开始转动，按SET键进行数据设置、按CLR键清零。2）设计硬件系统，画出电路原理框图（要求规范）；3）定义步进电机转动的控制字；（不设计步进电机驱动电路与驱动程序）。4）推导出用逐点比较法插补绘制出下面曲线的算法；5）编写算法控制程序线；6）撰写设计说明书。每组选一个曲线，曲线均为第一象限，屏幕左下角为坐标原点，箭头表示曲线绘制的方向，直线参数为：起点、终点坐标。圆弧参数为：起点、终点坐标和半径。曲线1, 45o01010曲线2, 45o01010曲线3 45o

6、01010曲线4 45o01010曲线5，30o01010曲线6 , 30o01010曲线701010曲线801010曲线901010曲线1001010曲线1101010曲线1201010曲线1301010曲线1401010曲线1501010曲线1601010曲线1701010曲线1801010三、步进电机控制系统（3组完成）设计一个计算机控制步进电机系统，该系统利用89C51（或89C52、89S52）机的Px口输出控制信号，其信号驱动后控制X、Y两个方向的三相步进电机转动。【设计内容】 设计一个单片机三相步进电机控制系统（歩距角3o,每相电流1A、每个电机最少可走999步），要求系统具有如

7、下功能： 用K0-K2做为通电方式选择键，K0为单三拍，K1为双三拍，K2为三相六拍； K3、K4分别为启动和方向控制； 正转时红色指示灯亮，反转时黄色指示灯亮，不转时绿色指示灯亮； 用K5-K11作为步数的给定值。 用3位LED显示剩余工作步数。键盘可任意设计（如：4*4键盘）【设计要求】 （1） 完成硬件设计（内容包括原理系统图、各显示位地址自己确定，并画出详细接线图）。 （2） 系统的启动和停止由一个开关控制。 （3） 画出系统总体流程图、步进电机单三拍，双三拍，三相六拍各模块流程图、显示模块流程图等。 （4） 编写出能够完成上述任务的程序（尽量采用子程序方式）。 （5） 写出完整的设计

8、说明书。【任务分配】1组完成单片机硬件设计（包括电源、元件参数计算等）。写出完整的设计说明书。1组根据硬件设计键盘及显示的流程图、软件的设计。写出完整的设计说明书。1组根据硬件设计步进电机的驱动程序流程图、软件的设计。写出完整的设计说明书。（注：也可每个组单独设计自己的硬件原理图、也可进行仿真）【系统工作原理】 系统首先检测开关，如果开关处于启动状态，则系统开始工作，否则将等待。 启动后，系统能按照要求控制步进电机转动。 同时指示灯指示步进电机工作方式（单三拍，双三拍，三相六拍）。 要求系统不停的在工作，并可随时启动或停止，以及调节它的步数。在LED显示器上显示剩余工作步数。四、最少拍无纹波计

9、算机控制系统设计及仿真实现（4组完成）1.课设目的：1）学习并掌握有纹波最少拍控制器的设计和Simulink实现方法；2）研究最少拍控制系统对典型输入的适应性及输出采样点间的纹波；3）学习并掌握最少拍无纹波控制器的设计和Simulink实现方法；4）研究输出采样点间的纹波消除方法以及最少拍无纹波控制系统对典型输入的适应性。5）编写算法MATLAB/simulink仿真程序实现（模拟步进电机进给过程）；6）撰写设计说明书。2.课设内容：下面以一个具体实例介绍最少拍系统的设计和仿真。如图1所示的采样-数字控制系统，被控对象： 零阶保持器： Kd=2、T1=1、T2=1，选择采样周期T=1s，试设计

10、无纹波最少拍控制器，并分析仿真结果 1. 分别在单位阶跃/单位速度输入下设计无纹波有限拍控制器 2. 在Simulink仿真环境画出仿真框图及得出仿真结果，画出数字控制器和系统输出波形。 3. 与有纹波系统进行对比分析（选用单位速度输入进行对比分析即可） 4. 探讨最少拍无纹波控制系统对典型输入的适应性问题【任务】：第1组：分析Kd的变化对系统的影响；第2组：分析T1的变化对系统的影响；第3组：分析T2的变化对系统的影响；第4组：分析采样周期T的变化对系统的影响；五、数字PID闭环直流电机调速控制系统的设计和实现1.课设目的1）理解晶闸管直流单闭环调速系统的数学模型和工作原理；2）掌握PID控制器参数对控制系统性能的影响；3）能够运用MATLAB/Simulink软件对控制系统进行正确建模并对模块进行正确的参数设置；4）掌握计算机控制仿真结果的分析方法。5）编写算法MATLAB/simulink仿真程序实现（模拟步进电机进给过程）；6）撰写设计说明书。2.课设内容参考结构：已知某晶闸管直流单闭环调速系统的转速控制器选用PID控制器，结构如图1所示1. 写出数字PID的控制流程图2.编写程序实现数字PID控制3.运用MATLAB/Simulink软件对控制系统进行建模并对模块进行参数设置4.选用合理的参数整定方法合