大學畢業(yè)設計-計控課程報告

1、大學畢業(yè)設計一計控課程報告闔口一 JRZhK戲a痔斗d|D姓名：學號:姓名：學號:年月日計算機控制課程設計任務書專 業(yè)電氣工程及其自動 化班 級學 生指導 教師李軍遠題目設計時間最小拍控制設計設計任務：設單位反饋線性定常離散系 統(tǒng)的連續(xù)部分和零階保持器的傳遞函數(shù) 分別為（滬尙滬匕工，釆樣周期5（5 + 1）ST=ls,設計數(shù)字控制器兄），要求系統(tǒng)在 單位斜坡輸入時實現(xiàn)最小拍控制。方案設計：設計要求1. 采用Matlab完成控制系統(tǒng)的建 立、分析、設計和模擬仿真；2. 選擇元器件，完成電路設計，控制 器采用MCS-51系列單片機（傳感器、 功率接口以及人機接口等可以暫不 涉及），使用Protel

2、繪制原理圖；3. 控制算法采用單片機匯編語言編 程實現(xiàn)（應通過編譯，無語法錯誤）。報告內容：1 控制系統(tǒng)仿真和設計步驟，應包含Matlab仿真的性能曲線、采樣周期T 的選擇、數(shù)字控制器脈沖傳遞函數(shù)和 差分方程形式；2. 元器件選型過程，電路設計過程，繪 制的Protel原理圖；3. 算法流程圖，含有詳細注釋的匯編源 程序；4. 設計工作總結及心得體會；5. 列出所查閱的參考資料。系指導教師簽字： （教研室）主任簽字:方案設計：一、控制系統(tǒng)仿真及設計K最小拍系統(tǒng)的框圖為帶零階保持器的廣義被控對象為G(s)通過matlab, z變換程序為numl=10;denl=l 1 0;G=tf(numl,d

3、eni);Gz=c2d(Gzlz fzohf) 結果為Transfer function:3.679 z + 2.642"2 1.368 z +0.3679Sampling time: 1最小拍控制系統(tǒng)中Dz = =£其中0 = (1 -廣')2, 0 = 1-0則設計的控制器為 G憶八2?-1.736z + 0.368Dr =z 3.679z2-1.037z-2.642simlink仿真圖：仿真結果為:Vim* offsiot: >通過仿真曲線看出：控制器Dz滿足設計要求，系統(tǒng)在第二拍之后在采 樣時刻系統(tǒng)輸出無差，但系統(tǒng)輸出存在波紋。將。=字得系統(tǒng)的差分方程

4、為：Ezu(k) = 0.2819*u(k-1 )+0.718*u(k2)+05436憶(k)O472輕(k-1 )+0.1 *e(k-2)二、電路設計及元件選型控制器部分需要ad轉換器，DA轉換器，單片機。K AD轉換器AD轉換器選擇ADC0809, ADC0809是一種逐次比較式的8 路模擬輸入，8路數(shù)字輸出的A/D轉換器。AD轉換器的電路設計:(1) 由于只需要一路信號，只選擇INO輸入，三根地址線固定接 地，選擇INO通道。ALE腳為地址鎖存信號，高電平有效，由于地址信號已經固定, 故將ALE接高電平。(3)AD轉換器的時鐘信號，由單片機P2.1腳產生，故將CLOCK 腳接單片機的P2

5、.1o本設計由單片機產生2.5khz的時鐘信號。(4) START腳為AD轉換啟動信號，高電平有效，由程序控制，故 與單片機的P2.0腳相連。(5) AD采樣值為系統(tǒng)的偏差信號，有正負兩種情況,故選擇adc0809的參考電壓為正負5VO(6) AD轉換結束后，EOC腳輸出高電平，此時單片機接收EOC 信號，讀取AD轉換的結果，將EOC腳與單片機的P2.2腳相 連。AD轉換結果由P0 口讀入，故將AD轉換器的輸出與單片 機P0 口相連，高低位依次相連經以上分析，設計AD轉換器的接口電路如圖所示2. DA轉換器DA轉換器選擇DAC0832.DAC0832是具有兩個輸入數(shù)據(jù)寄存器 的8位DAG它能直

6、接與51單片機相連，其主要特性為：(1) 分辨率為8位(2) 電流輸出，穩(wěn)定時間為Is(3) 可雙緩沖輸入，單緩沖輸入或直接數(shù)字輸入(4) 單一電源供電+5寸U21-2RF11IutlIout2bbDIOrsTi?DA0312u6DAI/1DI2DI3DI4DIS5DA2OP1RFB9Rfb4DA3S5T<r16DA4EF8Vref15DA514DASWI71：3DA719ILE-JGND181GNDiDAJ7J2WR1Xfeir7IVU42DAC0832201V-2.7REF寸201U32R3RF3DA06仃1、3/1OPo-1V<DA轉換器的接口電路DA轉換器的電路設計：(1)

7、 參考電壓選擇+5V,直接與供電電源相連。(2) 選擇DAC為單緩沖方式，即輸入寄存器工作于受控狀態(tài)，DAC寄 存器處于直通狀態(tài)，由DAC0832的引腳特性，將DAC0832的引腳 接發(fā)如下：CS：片選端，低電平有效，直接接低電平ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制端，高電平有效，直接接高電平。WR2： DAC寄存器寫選通控制端，低電平有效，由于其處于直通 狀態(tài)，故直接接低。XFER：數(shù)據(jù)傳送控制，低電平有效，故直接接地。WR1；第一級輸入寄存器寫選通控制，低電平有效。其輸入為上 升沿時，將輸入數(shù)據(jù)鎖存到DAC寄存器，故將該腳與單片 機P2.3 口相連，由程序控制DA轉換的時間。(3) 控制器輸出應該為雙

8、極性輸出，故輸出需要兩個運算放大器，才能實現(xiàn)雙極輸出，電路如圖所示。DA輸出值為：V0= (B-128) *Vref/128.(4) DA的八路輸入，與單片機的P1 口相連，高低位依次對應。3、控制器控制器選擇AT89C51單片機，根據(jù)ADC0809和DAC0832的特性，及上述分析，設計單片機與AD、DA的接口電路如下圖所示:SAPDA2DMDA6DA72d 1916R4U1Z2RESETT1TORDWR3J5813121514311739383?363534322425262?28213029n012/456?000000-00PPPPPPPPO 12 2 p P222324252627p

9、 p p p p PPLO PllPL2PL3PL4P15PLSPL7INTIINTOeaTvpD D-F NRES2AT89C5 1 11 C2T30pC312MC41 II 2單片機選擇12MHZ晶振，上電復位模式。三. 程序流程圖及源程序流程圖如下圖：源程序及注釋：#include<reg51.h>sbit start=P2A0; 定義AD啟動信號sbit CLK=P2A1;/AD時鐘看號輸出口sbit EOC=P2A2;/AD轉換完成信號sbit DA=P2A3;定義DA轉換信號unsigned char ad_data ;定義 AD 采樣值unsigned char co

10、unt=0;定義定時標記量char e;定義當前采樣值char ii;定義DA輸出量char uO=O;/char ul=O; chare0=0; charel=0; float temp;/前二次采樣值和前二次控制值/void adc0809() start=O; start=l; start=O;while(EOC=0); ad_data=P0;/ AD采樣函數(shù)/啟動AD轉換器，開始轉換/轉換未結束，空循環(huán)/轉換結束后，讀取AD輸出值fvoid Timelnitial()r/定時器中斷初始化函數(shù)tIP=0x08;TMOD=Oxll;設置中斷優(yōu)先級，定時器1為高優(yōu)先級定時器1和定時器0均采用

11、方式一TH0=0x3c;TL0=0xb0;設置定時器0的初值/THl=(65536-100)/256;設置定時器1的初值TLl=(65536-100)%256;/EA=1;ETO=1;TRO=1;ET1=1;TR1=1;1開放所有中斷 允許TO溢出中斷啟動定時器0允許T1溢出中斷啟動定時器1fvoid main()f主函數(shù)Timelnitial(); start=O; DA=0; Pl=0x80; DA=1; while(l);/啟動信號為0控制器初始輸出為零空循環(huán)，等待中斷void tl(void )lnterrupt 1 using 1 定時器 0 中斷函數(shù)TH0=0x3c;TL0=0xb

12、0;if (count=20) j/重裝初值/i count=0; adc0809();/一秒后，讀取AD采樣值e=ad_data-128;釆樣實際偏差值temp=0.2819*ul+0718*u0+05436*e0472*el+0l*e0;差分方程if(temp>0)當前輸出值大于零if(temp>=127)/u=127;else u=(char)temp;else if(temp<=-127) u=-127;else u=(char)temp;Pl=u+128;uO=ul;ul=u;eO=el;el=e;DA=O;DA=1;else count+;定時void clk(v

13、oid) interrupt 3 using 0 THl=(65536-100)/256;TLl=(65536-100)%256; CLK=CLK;判斷是否溢出，溢出取極值控制器輸出值/當前輸出值小于零/判斷是否溢出，溢出取極值控制器輸出值/DA輸出值控制量遞推賦值/偏差量遞推賦值/上升沿DA輸出定時不到20次，即不到一秒，繼續(xù)/定時器1中斷函數(shù)/重裝初值產生時鐘信號四. 設計工作總結及心得體會此次設計我們三人分工明確，在設計開始的時候，就明確了每個人的任務, 使得我們的設計效率大大提高。我們首先利用matlab仿真對整個系統(tǒng)有了一個 總體設計并利用simllnk完成了控制器Dz的設計，然后我們開始硬件的設計， 通過査閱單片機課本了解A/D及D/A的性能指標意義并從我們設計的控制系統(tǒng) 的要求出發(fā)選擇了 ADC0809和DAC0832。完成了芯片選型后，按照芯片引腳 功能及特性實現(xiàn)了單片機接口的設計。在硬件設計結束后，我們開始了軟件的 編程。并利用proteus實現(xiàn)了程序的仿真。通過本次課程設計，我們發(fā)現(xiàn)無論做什么事，只要你付出努力，就會有收 獲。、無論做什么事，都可能遇到很多困難，學習是一個過程，在這個過程中會 遇到很多問題，只要你認真思考，靜下心來仔細