计算机控制原理课程设计

1、扬州大学水利与能源动力工程学院课程设计报告计算机控制技术课程设计任务书一、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

2、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整定工作打下基础。二、课程设计内容设计以 89C51 单片机、 ADC DAC 等电路和运放电路组成的被控对象构成的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路 ADC0809 和模出电路 DAC0832 ；由运放构成的被控对象。控制算法： PID 控制、最少拍控制、大林算法。3. 软件设计：主程序、定时中断程序、A/D 转换程序、滤波程序、D/A 输出程序、最少拍控制程序等。三、课程设计要求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 ）。被控对象：

3、8G(s)s(0.2s 1)控制器设计：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。4. 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。四、课程设计实验结果控制系统能正确运行。按设计信号下的系统输出响应。其他典型输入信号下的系统输出响应。五、进度安排序号内容天数1布置任务，查阅资料0.52总体方案确定，硬件电路设计1.53熟悉实验箱及C 语言开发环境，研读范例程序，14控制算法设计1扬州大学水利与能源动力工程学院课程设计报告5软件编程，调试16实验17总结，撰写课程设计报告六、

4、课程设计报告内容：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。4?控制系统的硬件电路连接图（含被控对象），电路的原理。?软件设计流程图及其说明。6?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。七、参考文献（列出你所利用的参考文献。格式参见下。）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：

5、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，20071扬州大学水利与能源动力工程学院课程设计报告第二部分课程设计报目录1、 课题简介11.1 课程设计内容11.2 课程设计要求12、 方案设计12.1 设计步骤12.2 控制系统总框图及系统工作原理13、 硬件电路设计2扬州大学水利与能源动力工程学院课程设计报告3.1 被控对象设计23.2 硬件电路原理图24、 控制算法设计35、 软件编程设计55.1 流程图设计55.2 程序设计56 实验结果分析87、总结9参考书目 .9扬州大学水利与能源动力工程学院课程设计报告1、课题简介1.1 课程

6、设计内容设计以 89C51 单片机、 ADC DAC 等电路和运放电路组成的被控对象构成的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路 ADC0809 和模出电路 TLC7528; 由运放构成的被控对象。控制算法：最少拍控制。3. 软件设计：主程序、定时中断程序、A/D 转换程序、滤波程序、D/A 输出程序、最少拍控制程序等。1.2 课程设计要求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) 。1?8被控对象 G(s)s(0.2s 1)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

7、计控制器。4. 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。滤波方法可选择平均值法，中值法等。2、方案设计2.1 设计步骤先进行硬件设计，根据Gz 改造被控对象进行最少拍控制算法计算读范例程序，画出流程图，进行修改调试实验结果2.2 控制系统总框图及系统工作原理图 2-1 系统总框图误差 E=R-C 经运放运算得到，并由模数转换器采集。最少拍控制算法由软件程序和单片机实现。输出U经数模转换器和零阶保持器转换成模拟信号送至被控对象。被控对象由两只运放及阻容元件构成。1扬州大学水利与能源动力工程学院课程设计报告3、硬件电路设

8、计3.1 被控对象设计被控对象由两只运放及阻容元件构成。s(0.2s 1)积分部分 C=4uF, R=250k惯性部分R 仁 25k ，R2=200k ,C=1uF3.2 硬件电路原理图2扬州大学水利与能源动力工程学院课程设计报告4、控制算法设计被控对象传递函数G(s)8s(0.2s 1)根据香农采样定理，选择采样周期T=0.1s零阶保持器的传递函数为1 esTGh(s)对被控对象带零阶保持器进行Z 变换，得 ：Z!eTsG(z)8 ig(0.2s 1)(1-z 1)Zs2(0.2s 1)110.1704(1 0.846z)z由该式可知 :0,q2,1,v1,j1;D1;2其中 D 为采样周期

9、纯滞后环节的个数,q=2 为单位速度输入 ,3 为 G(z) 中零点的个数 ,v 为 G(z) 中不稳定极点的个数 ,j 为 G(z) 在单位圆上极点的个数故 e (z) 和可设为e (z)(11)2(1fuz 1)=1(fn 2)z1 2(1 2fn)z忌 ( 1 0.846z1)(f21z 1f22z 2)z 1 (f22 0.846f3f2121 )z2 0.846f 22 z 33扬州大学水利与能源动力工程学院课程设计报告又e（Z）1（Z）所以有r f112 f210? 1 2f11f22 0.846f 21 0L f110.846f220110.668解得211.33220.79所以

10、e(z)(1 z ) (11 2 10.668z )(z)(10.846z1)(1.33z10.79z2)1(z)(1.33 0.79z 1)(1 0.606z1)G(z)e(z)11 0.1704(1 z 1)(1 0.688Z 1)4扬州大学水利与能源动力工程学院课程设计报告5、软件编程设计5.1 流程图设计主程序采样中断服务程序同步信号到否 ?是D/A 输出清零1理F变量初始化采样周期变量减一1采样周期变量赋初值1 F是采样周期到否 ?中断返回图 5-1 系统流程图5.2 程序设计5扬州大学水利与能源动力工程学院课程设计报告#in elude #in elude #in elude #d

11、efi ne uehar un sig ned char#defi ne uint un sig ned int#defi ne ADC_7 XBYTE0 x0600#defi ne DAC_1 XBYTE0 x0640sbit str = P1 A7;定义 A/D 启动信号sbit DIN0 = P1A0;声明同步信号uint data time;声明变量，用于定时uchar data tO_h,tO_l;用于存储定时器0 的初值int TK=10;声明采样周期 =TK*10msint TC;TC 的变量float KK0=7.8;系数float KK1=-9.366;float KK2=2

12、.809;float KK3=0;float PP1=-0.332;float PP2=-0.668; float PP3=0;char UK;当前时刻 DA 的输出char EK;当前时刻的偏差char UK_1,UK_2,UK_3,EK_1,EK_2,EK_3;计算定时器 0 初值to=(65536-500*time)%256; t0_lt0_l+20;修正因初值重装而=引起的定时误差TH0=t0_h;TL0=t0_l;IT1=1;边沿出发中断EX1=1;开外部中断 1ET0=1;开外部中断 0TR0=1;启动定时器TC =1;DACDA 清零_1= 0 x80;UK=UK_1=UK_2=

13、UK_3=0;EK=EK_1=EK_2=EK_3=0;EA = 1;开总开关while(1); void in t1() in terrupt 2 using 2 float i,j;前三次采样时刻的控制量和偏差DIN0 = 1;读取输入前，先输出高电平void mai n(void)if(DINO)判断同步信号是否到达TMOD = 0 x01;time = 10;定时 10msUK=UK_1=UK_2=UK_3=0;t0_h = (65536-500*time)/ 256;EK=EK_1=EK_2=EK_3=0;6扬州大学水利与能源动力工程学院课程设计报告DAC_1 =0 x80;DA 输出

14、零if(i0)TL0 = t0_l;判断是否溢出if(i=127)UK=127;elseUK=(char)i;else7扬州大学水利与能源动力工程学院课程设计报告6、实验结果分析首先利用 MATLAB 仿真，仿真图及结果如图6-1Traig FE 耳图 6-1 MATLAB 仿真图图 6-2 仿真结果使用实验箱做仿真时得到的仿真结果为图6-3图 6-3 实验箱仿真结果及数字控制器输出结果从仿真结果来看，调节之后的电路可以两拍跟踪斜坡输入信号，MATLAB 仿真结果没有任何纹波，但是在实验箱上仿真时出现了纹波，后期出现了不稳定的偏差，原因是实验箱上的电阻电容原件并不是非常精确的数值，在做 G（ s）