計算機控制原理課程設計

1、計算機控制技術課程設計任務書1、 課程設計目的課程設計是課程教學中的一項重要內容，是達到教學目標的重要環(huán)節(jié)，是綜合性較強的實踐教學環(huán)節(jié)，它對幫助學生全面牢固地掌握課堂教學內容、培養(yǎng)學生的實踐和實際動手能力、提高學生全面素質具有很重要的意義。計算機控制技術是一門實用性和實踐性都很強的課程，課程設計環(huán)節(jié)應占有更加重要的地位。計算機控制技術的課程設計是一個綜合運用知識的過程，它需要控制理論、程序設計、硬件電路設計等方面的知識融合。通過課程設計，加深對學生控制算法設計的認識，學會控制算法的實際應用，使學生從整體上了解計算機控制系統(tǒng)的實際組成，掌握計算機控制系統(tǒng)的整體設計方法和設計步驟，編程調試，為從事

2、計算機控制系統(tǒng)的理論設計和系統(tǒng)的整定工作打下基礎。2、 課程設計內容設計以89C51單片機、ADC DAC等電路和運放電路組成的被控對象構成的單閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。1 .硬件電路設計：89C51最小系統(tǒng)加上模入電路 ADC0809和模出電路 DAC0832 ;由運放構成的被控對象。2 .控制算法：PID控制、最少拍控制、大林算法。3 .軟件設計：主程序、定時中斷程序、A/D轉換程序、濾波程序、D/A輸出程序、最少拍控制程序等。3、 課程設計要求1 .模入電路能接受雙極性電壓輸入（-5V+5V），模出電路能輸出雙極性電壓（-5V+5V ）。2 .被控對象：8Gs（0.2s 1）3.控制器設計：最少

3、拍控制器。被控對象有積分環(huán)節(jié)的按斜坡輸入信號設計控制器，否則按階躍輸入信號設計控制器。4 .定時中斷間隔可在10-50ms中選取，采樣周期取采樣中斷間隔的整數(shù)倍，可取1000-2000ms ,由實驗結果確定。四、課程設計實驗結果1 .控制系統(tǒng)能正確運行。2 .按設計信號下的系統(tǒng)輸出響應。3 .其他典型輸入信號下的系統(tǒng)輸出響應五、進度安排序號內容天數(shù)1布置任務，查閱資料0.52總體方案確定，硬件電路設計1.53熟悉實驗箱及 C語言開發(fā)環(huán)境，研讀范例程序，14控制算法設計15軟件編程，調試16實驗17總結，撰寫課程設計才跆14 、課程設計報告內容：總結設計過程，寫出設計報告，設計報告具體內容要求如

4、下:1課程設計的目和設計的任務。2 ?課程設計的要求。3 ?控制系統(tǒng)總框圖及系統(tǒng)工作原理。4?控制系統(tǒng)的硬件電路連接圖（含被控對象），電路的原理。5 ?軟件設計流程圖及其說明。6?電路設計，軟件編程、調試中遇到的問題及分析解決方法。7 ?實驗結果及其分析。8體會。七、參考文獻（列出你所利用的參考文獻。格式參見下。）1于海生主編，微型計算機控制技術，北京：清華大學出版社，19992張艷兵等編著，計算機控制技術，北京：國防工業(yè)出版社，20083張毅剛主編，單片機原理及應用，北京：高等教育出版社，20044陳濤編著，單片機應用及C51程序設計，北京：機械工業(yè)出版社，2008 5樓然苗，李光飛編著，單

5、片機課程設計指導，北京：北京航空航天大學出版社，2007第二部分課程設計報目錄1、課題簡介 11.1 課程設計內容 11.2 課程設計要求 12、方案設計 12.1 設計步驟 12.2 控制系統(tǒng)總框圖及系統(tǒng)工作原理 13、硬件電路設計 23.1 被控對象設計 23.2 硬件電路原理圖 24、控制算法設計 35、軟件編程設計 55.1 流程圖設計 55.2 程序設計 56實驗結果分析 87、總結 9參考書目 91、課題簡介1.1 課程設計內容設計以89C51單片機、ADC DAC等電路和運放電路組成的被控對象構成的單閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。1 .硬件電路設計：89C51最小系統(tǒng)加上模入電路 ADC08

6、09和模出電路TLC7528;由運放構成的被控對象。2 .控制算法：最少拍控制。3 .軟件設計：主程序、定時中斷程序、A/D轉換程序、濾波程序、 D/A輸出程序、最少拍控制程序等。1.2 課程設計要求1?莫入電路能接受雙極性電壓輸入(-5V+5V ),模出電路能輸出雙極性電壓(-5V+5V)。82 .被控對象G(s) s(0.2s 1)3 .設計無紋波最少拍控制器。被控對象有積分環(huán)節(jié)的按斜坡輸入信號設計控制器，否則按階躍輸入信 號設計控制器。4 .定時中斷間隔可在10-50ms中選取，采樣周期取采樣中斷間隔的整數(shù)倍，可取1000-2000ms ,由實驗結果確定。5 .濾波方法可選擇平均值法，中

7、值法等。2、方案設計2.1 設計步驟先進行硬件設計，根據(jù)Gz改造被控對象進行最少拍控制算法計算讀范例程序，畫出流程圖，進行修改調試實驗結果2.2 控制系統(tǒng)總框圖及系統(tǒng)工作原理最少拍控制算法D5s(0.8s 1)圖2-1系統(tǒng)總框圖誤差E=R-C經(jīng)運放運算得到，并由模數(shù)轉換器采集。最少拍控制算法由軟件程序和單片機實現(xiàn)。輸出 經(jīng)數(shù)模轉換器和零階保持器轉換成模擬信號送至被控對象。被控對象由兩只運放及阻容元件構成。3、硬件電路設計3.1 被控對象設計被控對象由兩只運放及阻容元件構成s(0.2s 1)積分部分C=4uF, R=250k慣性部分 R 仁 25k, R2=200k , C=1uF3.2 硬件電

8、路原理圖51cpi；411 pi 0模敷轉換不兀K圖3-2系統(tǒng)電路圖4、控制算法設計被控對象傳遞函數(shù)Gs(0.2s 1)根據(jù)香農采樣定理，選擇采樣周期T=0.1s零階保持器的傳遞函數(shù)為1 esTGh(s)對被控對象帶零階保持器進行Z變換，得：G(z) Z!Tse8 ig(0.2s 1)(1-z1)ZAAs2(0.2s 1)0.1704(1 0.846z1)z 1(1 z 1)(10.606z 1)由該式可知：0,q 2,1,v 1,j1；D 1;2其中D為采樣周期純滯后環(huán)節(jié)的個數(shù)，q=2為單位速度輸入，3為G(z)中零點的個數(shù)，v為G(z)中不穩(wěn)定極點的個數(shù)，j為G(z)在單位圓上極點的個數(shù)故

9、e(z)和可設為e(z)(1 Nd 加 1)=1 (fn 2)z 1 2 (1 2fn)z 忌(1 0.846z 1)(f21z 1f22z 2)3f21z 1 (f22 0.846f 21)z2 0.846f22z 3又e (Z所以有r fii2 f2i0? 1 2fiif22 0.846f2i 0Lfii 0.846f220ii 0.668解得所以2i i.33220.79i 2 ie(z) (i z ) (i 0.668z )(z) (i 0.846z i)(i.33z i 0.79z 2)i (z)(i.33 0.79z i)(i 0.606z i)irG(z)e(z)0.i704(i

10、 z i)(i 0.688Z i)5.1流程圖設計主程序采樣中斷服務程序系統(tǒng)初始化變量初始化等待中斷5、軟件編程設計求誤差E(k)模擬延時處理*輸出控制量U(k)采祥周期殳最賦初值中斷返回圖5-1系統(tǒng)流程圖5.2程序設計定義A/D啟動信號聲明同步信號聲明變量，用于定時用于存儲定時器0的初值聲明采樣周期=TK*10msTC的變量系數(shù)定時10msTH0TL0IT1EX1ET0TR0TCDAC#in elude <reg51.h>#in elude <absacc.h>#in elude <math.h>#defi ne uehar un sig ned char

11、#defi ne uint un sig ned int#defi ne ADC_7 XBYTE0x0600#defi ne DAC_1 XBYTE0x0640 sbit str = P1 A7;sbit DIN0 = P1A0;uint data time;uchar data tO_h,tO_l;int TK=10;int TC;float KK0=7.8;float KK1=-9.366;float KK2=2.809;float KK3=0;float PP1=-0.332;float PP2=-0.668; float PP3=0;前三次采樣時刻的控制量和偏差void mai n(v

12、oid)TMOD = 0x01;time = 10;t0_h = (65536-500*time)/ 256;char UK;當前時刻DA的輸出char EK;當前時刻的偏差char UK_1,UK_2,UK_3,EK_1,EK_2,EK_3; R算定時器0初值to =(65536-500*time)%256;=t0_l t0_l+20;修正因初值重裝而引起的定時誤差=t0_h;=t0_l;=1;邊沿出發(fā)中斷=1;開外部中斷1=1;開外部中斷0=1;啟動定時器=1;1= 0x80;DA 清零UK=UK_1=UK_2=UK_3=0;EK=EK_1=EK_2=EK_3=0;EA = 1;開總開關w

13、hile(1); void in t1() in terrupt 2 using 2 float i,j;DIN0 = 1;讀取輸入前，先輸出高電平if(DINO)判斷同步信號是否到達UK=UK_1=UK_2=UK_3=0;EK=EK_1=EK_2=EK_3=0;if(i<-128)UK=-128;elseUK=(char)i;)DAC_ 仁 UK+128;UK_3=UK_2;UK_2=UK_1;UK_1=UK;EK_3=EK_2;EK_2=EK_1;EK_1=EK;TC=TK;DA輸出控制量控制量地推偏差遞推采樣周期變量恢復void Timer0() in terrupt 1 usin

14、g 1str = !str;TH0 = t0_h;TL0 = t0_l;DAC_1 =0x80;DA 輸出零TC=1;elseTC-；判斷采樣周期是否到達if(TC=0)EK = ADC_7-128;采樣當前的偏差值，并 計算偏差的變化量i=EK*KK0;i=i+EK_1*KK1;i=i+EK_2*KK2;i=i+EK_3*KK3;j=UK_1*PP1;j=j+UK_2*PP2;j=j+UK_3*PP3;i=i-j；if(i>0)判斷是否溢出if(i>=127)UK=127;elseUK=(char)i;else6、實驗結果分析首先利用MATLAB仿真，仿真圖及結果如圖 6-1Traig FE 耳圖6-1 MATLAB仿真圖圖6-2仿真結果使用實驗箱做仿真時得到的仿真結果為圖6-3圖6-3實驗箱仿真結果及數(shù)字控制器輸出結果從仿真結果來看，調節(jié)之后的電路可以兩拍跟蹤斜坡輸入信號，MATLAB仿真結果沒有任何紋波，但是在實驗箱上仿真時出現(xiàn)了紋波，后期出現(xiàn)了不穩(wěn)定的偏差，原