微机控制课程设计样本

1、目录 1课题简介2总体方案设计3硬件电路设计4控制算法设计5软件编程设计6实验结果与分析7小结最少拍无波纹控制系统设计1课题简介由于最少拍无波纹控制系统模拟连续系统要求的参数准确， 但在实验电路中的元器件自身参数的不准确性，及受温度或其它 因素的影响，很难做到参数的准确，特别是一阶惯性环节和积分 环节的参数不易整定，输出波形易出现失真，很难得到理想的结 果，多年来基本上是利用传输函数建立仿真模型，这种仿真模型 构建方法相对简单，仅用比例积分、一阶惯性和传输函数数学模 块搭建，可避免参数的不准确性。最少拍无纹波数字控制器，要求 具有以下特点：（1）准确性。对特定的参考输入信号在到达稳态 后系统输

2、出在采样点的值准确跟踪输入信号即采样点上的输出不 存在稳态误差。（2）快速性。在各种使系统在有限拍内到达稳态 的没计中系统准确跟踪输入量所需的采样周期数应为最少。（3） 稳定性。数字控制器必须在物理上可实现且应该是稳定的闭环系 统。在采样点上的输出不存在稳态误差，但在采样点间的输出存在 稳态误差的系统为有波纹最少拍控制系统。若在采样点上和采样点 间的输出均不存在稳态误差，则这系统为无波纹最少拍控制系统。 它们各有自己的优点，也都存在一些不足。最少拍无纹波数字控制 系统在采样点上和采样点间的输出均不存在稳态误差，可是它的 响应速度相对较慢最少拍无纹波控制系统，其控制算法都是依据 被控对象的准确的

3、数学模型G(z)来确定的。2总体方案设计设计要求：根据题目要求，设计无波纹最小拍控制器。采用零阶保 持器的单位反馈离散系统，被控对象为气=s(0乙D,要求系统 在单位速度信号输入时，实现无波纹最小拍控制，用离散设计法 设计数字控制器用51单片机经0809采集计一个模拟量并转化为数 字量在单片机内的最少拍无波纹控制算法输出数字量再经过0832 转化为模拟量输出，对被控对象进行控制。最少拍无波纹控制器的设计理论：数字控制器模拟化设计方法是基于连续系统的设计，并在计算机 上采用数字模拟方法来实现，选用的采样周期须足够小，且采样 周期的变化对系统影响不大。如图1的数字离散控制系统中，GC(S) 为被控

4、对象，其中H(S)= (1-e-TS)/S代表零阶保持器，D(Z)代表 被设计的数字控制器，它是由单片机来实现的，D(Z)的输入输出均为离散信号。上面图1示计算机控制系统框图中：Gc(s)被控对象的连续传递函数D(z)数字控制器的Z传递函数H(s)零阶保持器的传递函数，T 米样周期广义对象的脉冲传递函数为： G(z)=ZH(S) G (S)C(1)系统闭环脉冲传递函数为：。(z)=竺) = D(zG(zR (z) 1 + D (z )G (z)(2)系统误差脉冲传递函数为：。eS)=-Rpy =1-。(z)=1(3)1 + D (z )G (z)数字控制器脉冲传递函数：D(z)=竺二L 业dE

5、 (z) G (z) 1-6( z)若已知Gc(s),且可根据控制系统的性能指标要求构造(z),则根据G(z)= Z 1-e f G (s) =( 1-z-1) Z rGc(s)和 D(z)= 2 = L %z) _ s c J|_ sE (z) G (z) 1-6( z)得数字控制器得离散化设计步骤：求广义对象的Z传递函数G(z);根据控制系统的性能指标和其它约束条件，确定所需的闭 环传递函数(z);求数字控制器的Z传递函数D(z);根据D(z)求取控制算法的递推公式，设D(z)的一般形式1、闭环Z传递函数中(z)的确定；由图1:误差E(z)的Z传递函数为：6 (z) = E(z)=1- 6

6、 (z)=1eR (z)1 + D (z )G (z)数字控制器脉冲传递函数：D(z) = U (z) = 1( z)和 G(z) 1-6( z)从上式看出，D(z)的求取主要取决于6(z),或者6e(z), 6(z)的 选择根据稳、准、快等指标设计。下面分析系统闭环传递函数6 (z)的确定。1、设计最少拍无纹波控制器的必要条件无纹波系统要求系统的输出信号在采样点之间不产生纹波，必须 满足：对阶跃输入，当t N NT时，有y(t)=常数；对速度输入，当t N NT时，有y(t)二常数；即G (s)中至少 要有一个积分环节，对加速度输入，当t N NT时，有y(t)二常数；G(s)中至少 要有两

7、个积分环节，这样，被控对象G (s)必须有能力给出与系统r(t)相同且平滑的输 出。因此，设计最少拍无纹波控制器时，针对输入对象必须有足够 的积分环节。2、最少拍无纹波系统确定(z)的约束条件要使系统的稳态输出无纹波，就要求稳态时的控制信号u(k)为常 值(包括0)。控制信号u(k)的7变换：U (z)=工 u (k) z - k = u (0) + u (1) z-i +. + u (l) z -1 + u (l +1) z -( i+i)+.k=0如果系统经过l个采样周期到达稳态，无纹波要求：u (l) = u (l +1) = u (l + 2)=.=常数(包括 0)设广义对象G(z)

8、= z-d竺)A( z)由 Y(z) = G(z)U (z) n U(z)=业=虹 R(z)=(z) A(z)R(z)G (z) G (z)z - dB( z)要使u(k)为常数，u(k)必须是z-1的有限多项式。故闭环传递函 数必须包含G(z)的全部零点及滞后环节。令中(z) = z -dB( z) F (z) = z -d H (1 - b z-1)F( z)i =1w为G(z)所有零点数(包括单位圆内、单位圆上以及单位圆外的 零点)，,bw为其所有零点。F (z) = f z-1 + f z -2 +. + f z-n221222n由此可见，有纹波和无纹波设计唯一区别在于：有纹波设计时，(z)包含G(z)单位圆上和单位圆外的零点；无波纹设计时，(z)包含G(z)单位圆内、单位圆上、单位圆外 的所有零点。3、最少拍无纹波控制器确定（z）的步骤 确定（z）必须满足下列条件:被控对象中含有足够的积分环节，以满足无纹波系统设计的必要条件;按 Q ( z) = z - d If (1 - bz -1)F2( z)选择(z)i=1按中 (z) = 1 -o(z) = H(1 -a z-1 )(1 - z-1)qFi(z),q ji=1和 O (z) = 1-(z) = H (1 - a