零极点匹配离散化报告

个人采集整理仅供参照学习《计算机控制》课程设计任务书学号班级学生指导教师题目零极点般配失散化设计时间2012年7月2日至2012年7月9日共1周设计任务：（依据所选题目内容填写）已知连续系统控制器传函为D(s)1，T=0.5s，比较1.8s21.8ss31有三个和有两个无量远处零点的零极点般配方法的失散化频次响应曲线，实现有三个无量远处零点的零极点般配结果。方案设计：达成控制系统的剖析、设计；2.选择元器件,达成电路设计，控制器采纳MCS-51系列单片机(传感器、功率接口以及人机接口等能够暂不波及)，使用Protel绘制原理图；3.编程实现单片机上的控制算法。报告内容:控制系统仿真和设计步骤，应包括性能曲线、采样周期的选择、数字控制器的脉冲传达函数和差分方程；元器件选型，电路设计，以及绘制的Protel原理图；设计要求3.软件流程图，以及含有详尽说明的源程序；设计工作总结及心得领会；列出所查阅的参照资料。指导教师署名：系（教研室）主任署名：2012年6月28日目录.3.31/9个人采集整理仅供参照学习.3.31..32.MATLAB53.Protel..104.125.KEIL......13....15.16一.设计目的1MATLAB4MATLAB,protel,visio,keil.设计要求,MCS-51()Protel资料个人采集整理，勿做商业用途三．设计任务D(s)1T=0.5ss31.8s21.8s1资料四.设计方法与步骤设计原理剖析zz=,D(s)s2/9个人采集整理仅供参照学习上的零点和极点一一对应地映照到z平面上，使数字控制器D（z）的零极点与模拟控制器D（s）的零极点完整对应。资料变换后D(z)的分∞母和分子的阶次老是相等的，当D(s)的极点数比零点数多时，缺乏的零点可视作在无量远处存在零点，可用z平面上的z=-1的零点般配。资料方法：a）.零极点分别依据z=变换b）.假如m<n,表示在s=∞处有零点，则将该零点映照到z=-1处s→∞相当于在主频段-л/T<=ω<=л/T中ω→л/T对应z=-1点（c）.D(z)中增益K确实定：D（s）=D(z)假如D（s）分子中s因子，可按高频段增益相等，或许某频段幅频相等确立D（s）=D(z)|D(jω)|=|D(ω)|注意：在MATLAB工具箱中，讲一个s=∞零点映照成了z=∞零点，其余的s=∞零点映照成z=-1的零点，分子会比分母低一阶.资料1有两个无量远处零点的零极点般配方法由方程D(s)1可得其极点为=-0.4±j0.9165，s3=-11.8s2s31.8s1==0.,408±j0.5313,z3=0.6065有三个无量远处的零点，可映照为(z1)3,因为在MATLAB工具箱中，将一个s=∞零点映照成了z=∞零点，故由MATLAB零极点般配方法获得的是两个无量远处的零极点般配结果：资料0.01985z^2+0.0397z+0.01985D（z）=----------------------------------1.2有三个无量远处零点的零极点般配方法由方程D(s)1可得其极点为=-0.4±j0.9165，s3=-11.8s2s31.8s13/9个人采集整理仅供参照学习==0.408±j0.5313，z3=0.6065有三个无量远处的零点，可映照为(z1)38kD（s）=D(z)1=得k=0.031D(z)=0.031z30.093z2z31.422z22.MATLAB语句及响应曲线1有两个无量远处零点的零极点般配方法（A）MATLANB程序以下num=[1];den=[1,1.8,1.8,1];sys=tf(num,den)Transferfunction:1-------------------------s^3+1.8s^2+1.8s+1[numz,denz]=c2dm(num,den,0.5,'matched');w=0:0.1:40;[mag,pha]=bode(num,den,w);[dmag,dpha]=dbode(numz,denz,0.5,w);figure(1);plot(w,mag,'blue');holdon;plot(w,dmag,'red');gridon;axis([0,40,0,1.2]);figure(2);plot(w,pha,'blue');holdon;plot(w,dpha,'red');（B）.响应曲线以下2.2.有三个无量远处零点的零极点般配方法4/9个人采集整理仅供参照学习(A).MATLAB程序以下numz=[0.0301,0.09029,0.09029,0.0301];numz=[0.031,0.093,0.093,0.031];denz=[1,-1.422,0.9436,-0.2722];w=0:0.1:40;[dmag,dpha]=dbode(numz,denz,0.5,w);figure(1);plot(w,mag,'blue');holdon;plot(w,dmag,'red');gridon;axis([0,40,0,1.2]);figure(2);plot(w,pha,'blue');holdon;plot(w,dpha,'red');gridon;axis([0,40,-1200,100]);>>（B）.响应曲线以下2.3两种状况的剖析比较响应曲线以下剖析：比较有两个和有三个无量远处零点的零极点般配方法的失散化频次响应曲线可得二者的幅频特征曲线相差不大，但相频特征曲线差别较大，有两个无穷远处零点的般配方法比有三个无量远处零点的般配方法相位滞后大一些。资料2.4.阶跃响应曲线比较（A）有两个无量远零点的状况B）.有三个无量远零点的状况剖析：由图像可知，两种方法稳态值均趋于1，即采纳零极点般配法能够保证D（s）稳固，则D(z)必定稳固。但采纳两个无量远处零极点般配方法所获得的阶跃响应曲线有超调且调理时间长。而采纳三个无量远零极点般配方法所获得的阶跃响应曲线无超调且调理时间短。资料5/9个人采集整理仅供参照学习3.PROTEL原理图3.1控制器的选择与电路设计单片机是计算机控制系统常用的一种控制器，拥有较强的控制功能。单片机种类众多、性能各异。本次设计对所需控制器的要求不是很高，因此选择较为常用的AT89S52作为控制器。AT89S52最高工作频次为33Hz、32个可编程I/O口线、三个16位准时器/计数器，知足设计任务要求。AT89S52其最小系统以下列图资料3.2AD的选择与电路设计。选择ADC0809，该AD拥有8路输入通道，8位A／D变换器，即分辨率为8位。变换时间为100μs(时钟为640kHz时)，130μs（时钟为500kHz时），单个＋5V电源供电，模拟输入电压范围0～＋5V，不需零点和满刻度校准，工作资料度范围为-40～＋85摄氏度，低功耗，约15mW。因为该AD内部没有时钟，要外接时钟输入，时钟能够从单片机的ALE引脚引出，经过两个Ｄ触发器分频，可获得500KHz的时钟信号，D触发器能够选择SUN7474，.这样AD的变换时间为130us，能够知足本设计的要求。3.3D/A的选择与电路设计DAC0832分辨率为8位；电流稳准时间1us；可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；只要在满量程下调整其线性度；单调电源供电（+5V～+15V）；低功耗，200mW。能够知足本设计的需求。将CS、WR1、WR2和XFER引脚接地，ILE引脚接＋5V，Vref选择+5V，8位数字信号输入端DI0~DI7分别接单片机P0.0~P0.7引脚。此时DAC0832处于直通工作方式，数字量一旦输入，就直接进入DAC存放器，进行D/A变换。其电路图以下图。资料3.4整体电路图以下单片机程序流程图KEIL程序#include<AT89X52.H>6/9个人采集整理仅供参照学习#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitST=P2^2;sbitOE=P2^1;sbitEOC=P2^0;//AD,DA控制位定义voidInit_Timer1(void);//产生50ms延时voidmain(void){floatuk_2=0.0;floatuk_1=0.0;floatuk=0.0;floatek_2=0.0;floatek_1=0.0;floatek=0.0;floatuk_3=0.0;floatek_3=0.0;//数据初始化ST=0;OE=0;//输出数据线呈高阻态ST=1;ST=0;//开始变换数据Init_Timer1();while(1){if(EOC==1){uk_1=uk;uk_2=uk_1;uk_3=uk_2;ek_1=ek;ek_2=ek_1;7/9个人采集整理仅供参照学习ek_3=ek_2;OE=1;//输出变换获得数据ek=P1;//保留数据OE=0;//输出数据线成高阻态}uk=1.422*uk_1-0.9436*uk_2+0.2722*uk_3+0.031*ek+0.093*ek_1+0.093*ek_2+0.031*ek_3;//差分方程资料P0=(uchar)uk;//将uk输出给DAwhile(EOC==0);//等候变换结束}}voidInit_timer1(void){TMOD=0x10;//设置T1为工作方式1，为16位准时器TH1=0x3C;TL1=0xB0;//装初值，设置准不时间为50msEA=1;//开总中止ET1=1;//同意T1溢出中止TR1=1;//计数器1开始工作}voidTimer1_isr(void)interrupt3using1{TH1=0x3C;TL1=0xB0;//重装初值，设置准不时间为50msST=1;ST=0;//开始下一次变换数据}四.设计心得领会8/9个人采集整理仅供参照学习经过为期一周多的课程设计，让我感想颇深的是解决问题的思路、方法、技巧的重要性。所谓“万事开头难”，在最先的几日，看到题目什么也想不到，脑袋里一片空白，不知道怎么开始，也就拖拖沓拉好几日都没开始做。可是，在多次向同学讨教并查阅资料后，慢慢的我仿佛找到了基本的思路。固然我做的不好，可是也收获颇多。经过这几日的设计，我们对运用MATLAB进行控制系统数字仿真有了更为深刻的认识，对用protel绘制电路图以及编写C语言程序更为的熟习。这个课程设计将我们所学的《自动控制原理》、《计算机控制理论与应用》、《单片机》、《模拟电子技术基础》、《数字电子技术基础》等重要课程联系起来，真实做到理论联系实质，这对我们此后的学习和工作必定会有很大的帮助。自然，因为水平有限、经验不足我们