計控最終版----華工2014年計控課程設(shè)計

1、計算機控制系統(tǒng)課程設(shè)計本科課程設(shè)計（論文）題目：具有純滯后一階慣性系統(tǒng)的計算機控制系統(tǒng)設(shè)計 課程名稱 計算機控制技術(shù)課程設(shè)計 學(xué) 院 自動化科學(xué)與工程學(xué)院 班 級 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號 指導(dǎo)老師 劉嶼 提交日期 2014年 分?jǐn)?shù) 目錄第一部分 設(shè)計任務(wù)2一、課程設(shè)計任務(wù)題目及要求2二、課程設(shè)計任務(wù)對象與設(shè)計的分析論證3第二部分 設(shè)計方案5一、設(shè)計方案分析論證5二、系統(tǒng)方框圖17三、程序設(shè)計流程圖18第三部分 電路設(shè)計23一、器件選型23二、溫度檢測電路與整形放大濾波電路24三、A/D轉(zhuǎn)換電路25四、D/A轉(zhuǎn)換電路26五、數(shù)碼管顯示電路27第四部分 整機電路圖27第五部分 安裝調(diào)試及性能檢測28一

2、、安裝調(diào)試28二、系統(tǒng)仿真28三、抗干擾性能分析30四、元件清單35五、程序35第六部分 心得體會37第七部分 參考文獻39具有純滯后一階慣性系統(tǒng)的計算機控制系統(tǒng)設(shè)計第一部分 設(shè)計任務(wù)一、 課程設(shè)計任務(wù)題目及要求題目：具有純滯后一階慣性系統(tǒng)的計算機控制系統(tǒng)設(shè)計要求：1、 針對一個具有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)的溫度控制系統(tǒng)和給定的系統(tǒng)性能指標(biāo)：² 工程要求相角裕度為30°60°，幅值裕度>6dB² 要求測量范圍-50200，測量精度0.5，分辨率0.22、 書面設(shè)計一個計算機控制系統(tǒng)的硬件布線連接圖，并轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；3、 選擇一種控制算法并借助軟件工

3、程知識編寫程序流程圖；4、 用MATLAB和SIMULINK進行仿真分析和驗證; 對象確定：K=10*log(C*C-sqrt(C), rand(state,C),T=rang(1), 考慮=0或T/2兩種情況。 C為學(xué)號的后3位數(shù)，如C=325，K=115.7，T=0.9824，=0或0.49125、 進行可靠性和抗干擾性的分析。6、 時間安排：7天二、 課程設(shè)計任務(wù)對象與設(shè)計的分析論證1.控制對象的分析與說明由所給設(shè)計任務(wù)可知，本設(shè)計的控制對象是一個含有具有大時滯的一階慣性環(huán)節(jié)的系統(tǒng)，而在通常的溫度控制系統(tǒng)中，控制對象往往就可以視作含有一個大純時延時間的一階慣性環(huán)節(jié)的系統(tǒng)，故本次計算機控制

4、系統(tǒng)設(shè)計則可以以一個溫度控制系統(tǒng)為例設(shè)計：加熱爐溫度控制系統(tǒng)。目的是保持被加熱液體的溫度與設(shè)定值盡量一致，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)干擾時能夠較快地恢復(fù)到設(shè)定值。根據(jù)K=10*log(C*C-sqrt(C)，rand(state，C)，T=rand(1)，考慮=0或T/2兩種情況，C為學(xué)號后3位數(shù)的條件，加上本人的學(xué)號為201130613447，本人學(xué)號后三位為447，故可用MATLAB計算得：>> K=10*log(447*447-sqrt(447)K = 122.0501>>rand('state',447)>> T=rand(1)T =0.8190由要

5、求可得=0或=T/2=0.4095(1) 當(dāng)純時延為0時(=0)，被控對象傳遞函數(shù)為：(2) 當(dāng)純時延為T/2(0.4095)，被控對象傳遞函數(shù)為：針對以上兩種情況，需要分別進行分析，以取得預(yù)期效果。2.系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟和要點投入運行硬件有錯？完成控制目的？調(diào)試硬件布線和安裝系統(tǒng)試運行寫EPPROM達到預(yù)期目的？編制源程序、調(diào)試和仿真元器件芯片選擇和測試畫應(yīng)用程序流程圖開關(guān)量、模擬量I/O通道設(shè)計系統(tǒng)總體方案設(shè)計系統(tǒng)控制工藝流程圖控制對象的功能和工作過程的分析建模：描述控制量和輸出量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系； 確定控制任務(wù)：動態(tài)和靜態(tài)指標(biāo)； 選擇算法；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括系統(tǒng)總線的選擇； 內(nèi)存空間分配：系統(tǒng)軟

6、件、應(yīng)用程序、待擴充； I/O分配：模擬/開關(guān)量I/O、待擴充； 模擬量I/O通道的配置；中斷、查詢處理方式的確定；即組構(gòu)計控系統(tǒng)原理描述圖，包括信號流程圖（接合控制對象的工藝流程）； 給定量方式線路方案 采樣信號口地址分配 內(nèi)存參數(shù)區(qū)濾波環(huán)節(jié) 控制量輸出信號標(biāo)準(zhǔn)化 算法步驟技術(shù)指標(biāo)負載考慮如MOS、TTL器件邏輯電平、I/O電流、輸入/輸出 能力，以及緩沖器的選擇 N Y 機箱設(shè)計、布線走向 電路板設(shè)計 端接板配置 Y N N Y第二部分 設(shè)計方案一、 設(shè)計方案分析論證1.控制對象特性分析（1）當(dāng)=0時，使用matlab畫出其頻率特性曲線圖，程序如下：>> num=122.050

7、1den=0.8190 1g=tf(num,den);margin(g);grid on;num = 122.0501den =0.8190 1.0000下圖為=0時的系統(tǒng)波特圖：從上圖可以看出，當(dāng)q=0時，,由上圖可知，系統(tǒng)幅值裕度為無窮(Inf)，但相角裕度為90.5deg，不滿足系統(tǒng)要求。（2）當(dāng)=0.4095時，使用matlab畫出其頻率特性曲線圖，程序如下：>> num=122.0501den=0.8190 1g=tf(num,den,'iodelay',0.4095);margin(g);grid on;num = 122.0501den =0.8190

8、 1.0000下圖為=0.4095時的系統(tǒng)波特圖：由上圖可知，幅值裕度為-0.423dB<6dB,相角裕度為-166deg，也不滿足題目要求。故需對對象進行合理控制使其工作符合要求。綜上所述，需對=0和=0.4095的情況分別進行設(shè)計。2.算法選擇l 最小拍無紋波：即最少調(diào)整時間系統(tǒng)，在給定某種典型輸入（如單位階躍輸入、單位速度輸入或單位加速度輸入）條件下，通過設(shè)計一個控制規(guī)律使得閉環(huán)系統(tǒng)輸出具有最快的響應(yīng)速度，且輸出的采樣點之間沒有紋波。在滿足系統(tǒng)的快速性、準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可實現(xiàn)性條件下，設(shè)計出來的數(shù)字調(diào)節(jié)器可以實現(xiàn)無靜差的穩(wěn)定狀態(tài)。但是最少拍系統(tǒng)存在著局限性：對輸入信號類型的適應(yīng)性差

9、；對系統(tǒng)參數(shù)的變化敏感；控制作用易超出允許的控制范圍。l Dalin算法：在控制系統(tǒng)設(shè)計中，純滯后往往是影響系統(tǒng)動態(tài)特性的不利因素，如在熱工和化工的許多工業(yè)生產(chǎn)過程中，其被控對象模型的不確定性、參數(shù)隨時間的漂移性和含有較大的純滯后，如果要求控制系統(tǒng)在最少拍內(nèi)達到穩(wěn)態(tài)，則不但不能達到預(yù)期的效果，反而會引起系統(tǒng)產(chǎn)生大的超調(diào)或振蕩。而事實上，對這類系統(tǒng)的控制要求，快速性是次要的，而主要要求系統(tǒng)沒有超調(diào)或很少的超調(diào)。達林算法就是一種專門針對工業(yè)生產(chǎn)過程中含有純滯后控制對象的直接數(shù)字設(shè)計算法。l 綜合選擇：對溫度控制系統(tǒng)的要求, 主要是保證爐溫按規(guī)定的溫度工藝曲線變化, 超調(diào)小或者無超調(diào), 穩(wěn)定性好,

10、不振蕩, 對系統(tǒng)的快速性要求不高。而Dalin算法的設(shè)計目標(biāo)是對帶時延的一階或二階慣性環(huán)節(jié)工業(yè)對象，設(shè)計一個數(shù)字調(diào)節(jié)器，使得整個閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為具有純時延特性的一階慣性環(huán)節(jié)，目的是使輸出無超調(diào)或者超調(diào)很小。結(jié)合本次課程設(shè)計的控制對象數(shù)學(xué)模型，若其為不帶延時的一階慣性環(huán)節(jié)，則選用（1）方案，用最少拍無波紋來設(shè)計控制器；若其為帶時延的一階慣性環(huán)節(jié)，而設(shè)計目標(biāo)就是無超調(diào)或者超調(diào)很小，故選用（2）方案，用Dalin算法來實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。 3.控制器設(shè)計（1）當(dāng)=0時，現(xiàn)采用最少拍無紋波設(shè)計方法設(shè)計該對象的控制器 D(Z) ，取采樣周期為T=0.1T=0.08190s。設(shè)系統(tǒng)輸入為單位階躍輸入1(

11、t)，則系統(tǒng)期望閉環(huán)傳遞函數(shù)為：H（z）= G（z）=用matlab進行z變換：>> H=tf(0 122.0501,0.8190 1)H = 122.1 - 0.819 s + 1 Continuous-time transfer function.>> Hd=c2d(H,0.08190,'zoh')Hd = 11.61 - z - 0.9048 Sample time: 0.0819 secondsDiscrete-time transfer function.數(shù)字調(diào)節(jié)器控制規(guī)律D（z）為：D(z)= 系統(tǒng)開環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為：D（z）G（z）因此，對

12、最少拍系統(tǒng)進行開環(huán)特性測試，MATLAB程序以及運行結(jié)果如下：>> Ts=0.1dnum=1dden=1,-1Zk=tf(dnum,dden,Ts)margin(Zk)Ts = 0.1000dnum = 1dden = 1 -1Zk = 1 - z - 1 Sample time: 0.1 secondsDiscrete-time transfer function.由上圖可知系統(tǒng)幅值裕度為6.02dB，相角裕度為60deg，符合設(shè)計要求。采用MATLAB的SIMULINK軟件進行仿真，系統(tǒng)框圖如下：仿真結(jié)果如下：控制波形如下：輸出波形如下：放大后：由上圖可以看出，t1s時給系統(tǒng)施

13、加了單位階躍給定輸入信號，系統(tǒng)輸出在0.081s內(nèi)跟隨了輸入。當(dāng)階躍出現(xiàn)時，系統(tǒng)能夠大約在一個采樣周期（0.0819s）后準(zhǔn)確地跟隨系統(tǒng)輸入設(shè)定值，達到了性能設(shè)計要求。2）當(dāng)=0.4095時，由于控制對象的純時延特性常導(dǎo)致控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低，過渡過程特性變壞。有資料指出，當(dāng)對象的純延遲時間與對象慣性時間常數(shù)之比大于等于0.5時，采用常規(guī)PID算法難以獲得良好的系統(tǒng)性能，因此考慮采用達林算法。帶純時延特性的一階慣性環(huán)節(jié)如下：其中，0.4095，0.8190，K=122.0501。由達林算法，取得系統(tǒng)期望閉環(huán)傳遞函數(shù)為：式中，0.8191 ，大于，則RA0，無振鈴現(xiàn)象。由于L×T，取L

14、2，可得T/20.20475s0.7788，0.7788由以上數(shù)據(jù)可得系統(tǒng)期望閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為：H（z）被控對象的廣義脈沖傳遞函數(shù)為：G（z）K數(shù)字控制器的控制規(guī)律為：D（z）系統(tǒng)開環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為：D(z)G(z)加上比例的控制器：D(z)= G(k)= 由以上結(jié)果，通過MATLAB仿真結(jié)果如下：輸入程序：>> Ts=0.20475dnum=0,0,0,0.2211dden=1,-0.7788,0,-0.2212Zk=tf(dnum,dden,Ts)margin(Zk)輸出結(jié)果：Ts = 0.2047dnum = 0 0 0 0.2211dden = 1.0000 -0.778

15、8 0 -0.2212Zk = 0.2211 - z3 - 0.7788 z2 - 0.2212 Sample time: 0.20475 secondsDiscrete-time transfer function.波特圖如下：由上圖可知，在未加入適當(dāng)?shù)谋壤鲆?，系統(tǒng)的幅值裕度為12.2dB，相角裕度為72deg，可見該系統(tǒng)并不符合設(shè)計要求，故需要加入適當(dāng)?shù)谋壤鲆?，降低系統(tǒng)的相角裕度。加入一個適當(dāng)?shù)谋壤鲆?.8之后，MATLAB仿真程序以及結(jié)果如下：輸入程序：>> Ts=0.20475dnum=0,0,0,0.3980dden=1,-0.7788,0,-0.2212Zk=tf

16、(dnum,dden,Ts)margin(Zk)輸出結(jié)果：Ts = 0.2047dnum = 0 0 0 0.3980dden = 1.0000 -0.7788 0 -0.2212Zk = 0.398 - z3 - 0.7788 z2 - 0.2212 Sample time: 0.20475 secondsDiscrete-time transfer function.其波特圖如下：由上圖可知，系統(tǒng)的幅值裕度為7.13dB，相角裕度為57deg?？梢姡尤肓艘粋€1.8的比例增益之后，系統(tǒng)的性能能夠符合設(shè)計要求。采用MATLAB的SIMULINK軟件進行仿真，系統(tǒng)框圖如下：階躍信號偏差信號控制

17、信號輸出信號由上圖可知，在t1s時對系統(tǒng)施加一個單位階躍給定輸入信號，在規(guī)定的采樣周期時間之后一定的微小延遲系統(tǒng)達到了穩(wěn)定。系統(tǒng)無超調(diào)，調(diào)節(jié)過程也較快，調(diào)節(jié)性能保持較佳狀態(tài)。系統(tǒng)在一個采樣周期之后一定的誤差范圍內(nèi)穩(wěn)定，并準(zhǔn)確跟隨輸入信號，調(diào)節(jié)性能良好，整個系統(tǒng)性能足以滿足設(shè)計要求。二、 系統(tǒng)方框圖1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖數(shù)字控制器 零階保持器 被控對象1-e-TSs給定溫度e(k)G0(S)D(Z)e(t)u(k)u(t)輸出Y(t)TT +-2硬件結(jié)構(gòu)框圖溫度給定值A(chǔ)/D轉(zhuǎn)換器單片機D/A轉(zhuǎn)換器被控對象+-溫度傳感器溫度輸出低通濾波信號放大控制策略：溫度傳感器將溫度信息變換為模擬電壓信號后，將電

18、壓信號放大到AVR單片機可以處理的范圍內(nèi)，經(jīng)過低通濾波，濾掉干擾信號與給定值比較，差值送入單片機。單片機利用A/D轉(zhuǎn)換器對差值信號進行采樣，相當(dāng)于將差值送入數(shù)字控制器，運用達林算法計算出控制量，再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換輸出控制量作用于被控對象。通過加熱絲來控制對象溫度，使其溫度與設(shè)定值相同或相近。三、 程序設(shè)計流程圖1.主程序流程圖單片機一上電，就進行初始化，清除緩沖區(qū)，置定時器初值，并且啟動定時器，利用A/D轉(zhuǎn)換器，定時對溫度進行采樣，與設(shè)定值進行比較，運用相應(yīng)的算法得出控制量，在經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器輸出，對溫度進行合理控制，使其與設(shè)定值相等或相近。2.溫度采集流程圖當(dāng)AT89S52執(zhí)行外部存儲器寫指令

19、時，使得CE=1,CS=0,R/C=0,A0=0,啟動12為轉(zhuǎn)換有效。然后通過89s52通過P3.4線查詢STS端口狀態(tài)，當(dāng)STS為0時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束。由于AD574的12位轉(zhuǎn)換速度很快，故適用與查詢方式。之后89S52執(zhí)行兩條度外部數(shù)據(jù)存儲器指令，分別讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的高八位和低四位數(shù)據(jù)。此時CE=1,CS=0,A0=0(或A0=1)。 定時器0中斷REIT存儲轉(zhuǎn)換結(jié)果于指定存儲區(qū)域檢測P3.4，判斷A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束選擇輸入通道并啟動A/D 轉(zhuǎn)換到達采樣時間？重新置入定時器初值NYP3.4=0？NY 溫度采樣流程圖 3.達林算法及其控制量輸出流程圖達林算法主要是用于對大滯后對象進行控制，使其達

20、到預(yù)期的控制效果。將達林算法運算得出的數(shù)字控制量送到D/A轉(zhuǎn)換器，進行D/A轉(zhuǎn)換，輸出模擬控制量施加于加熱絲或其他加熱器件，對溫度進行調(diào)節(jié)。其流程圖如下所示：4.軟件實現(xiàn)A、當(dāng)=0時采用迭代程序法：系統(tǒng)狀態(tài)方程及輸出方程如下：編程框圖如下：0.0861 y(z)u(z)+B、當(dāng)= 0.4095時采用嵌套程序法：系統(tǒng)狀態(tài)方程及輸出方程如下：編程框圖如下：-0.00005220.0147z-10.7788z-10y(z)u(z)+0.2212z-1+0.00325第三部分 電路設(shè)計一、 器件選型（1）控制芯片的選擇:方案一：應(yīng)用ATmega16作為控制器。速度快，超功能精簡指令集（RISC），內(nèi)部

21、集成了較多的中斷源和定時器資源及可編程flash大，具有八路十位A/D轉(zhuǎn)換通道，級聯(lián)通信號好的特點。方案二：采用AT89S52作為控制器。優(yōu)點：普遍使用，價格便宜；缺點：中斷源和定時器資源少，可編程空間小。由于本設(shè)計對I/O口的操作比較簡單，對flash要求也不高，故選用方案二AT89S52單片機做為主芯片。(2) 溫度傳感器的選擇:方案一：采用DS18B20作溫度傳感器。DS18B20現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，無需外接模數(shù)轉(zhuǎn)換器（AD）,DS18B20數(shù)字溫度計提供12位二進制溫度讀數(shù)，指示器件的溫度，增量值為0.0625，。測量溫度范圍從-55到+125，在-10到+85范

22、圍內(nèi)，精度為0.5，912位分辨率可調(diào)。方案二：采用Pt1000鉑電阻作測溫傳感器。熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢經(jīng)放大器放大再經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入到單片機。結(jié)合本設(shè)計要求，測量范圍為-50200，而DS18B20直接把檢測的溫度輸出數(shù)字量，可以省去AD轉(zhuǎn)換器，但是其測溫范圍為55125,不滿足設(shè)計要求。故我們選用方案二。（3）A/D轉(zhuǎn)換器的選擇根據(jù)設(shè)計要求：測量精度0.5，分辨率0.2，而其總的測量的溫度范圍為250攝氏度，250/0.2=1250，用十位的A/D轉(zhuǎn)換器無法滿足系統(tǒng)要求，需12位來實現(xiàn)系統(tǒng)需求，故此系統(tǒng)中選用AD574作為D/A轉(zhuǎn)換器.AD574是快速型的12位逐次逼近式A

23、/D轉(zhuǎn)換器。它無需外接元器件就可以獨立完成A/D轉(zhuǎn)換的功能，轉(zhuǎn)換時間為1535us,可以并行輸出12位，也可以分為8位和4位兩次輸出。（4）D/A轉(zhuǎn)換器的選擇溫度檢測值輸入單片機后經(jīng)算法計算之后輸出的控制量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬量施加于加熱器件中用于調(diào)節(jié)溫度。DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個DA芯片以其價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。其主要參數(shù)為： 分辨率為8位；電流穩(wěn)定時間1us； 可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入； 只需在滿量

24、程下調(diào)整其線性度； 單一電源供電（+5V+15V）；低功耗，200mW。其使能端CS由單片機的P2.6控制，DAC0832的DI0DI7分別與單片機的P0.0P0.7連接，采用單緩沖輸出方式，輸出端再接uA741放大器輸出模擬電壓。二、 溫度檢測電路與整形放大濾波電路信號檢測電路是溫度控制系統(tǒng)的重要組成部分，其對溫度測量的精確性直接影響整個溫度控制系統(tǒng)的精度。故本系統(tǒng)選用性能穩(wěn)定的PT1000鉑熱電阻傳感器作為測量溫度信號的敏感元件。其阻值隨溫度的變化為：0時阻值為1 000,溫度系數(shù)為384。線性度小于05。信號采集電路采用對稱的差動式電橋測量溫度信號,鉑熱電阻器Rt和精密電阻器R11、R1

25、2及R13組成測量電橋。此測量電路采用橋式電路來提高測量精度，經(jīng)過運算放大器LM139將電壓信號放大后輸出，通過選擇合適的熱敏電阻或偏移處理得出相對應(yīng)的電壓-溫度關(guān)系，即Vx=V0+m*Tx。其中，(V0為電壓偏移量，m為常數(shù)，Tx的范圍從-50到200)其檢測電路如下所示：溫度檢測及低通濾波電路三、 A/D轉(zhuǎn)換電路該系統(tǒng)設(shè)計要求分辨率為0.2°C，測量范圍為(-50200)°C，總的測量的溫度范圍為250攝氏度，250/0.2=1250，故選用12位的A/D轉(zhuǎn)換器AD574。AD574為單片高速12位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)換芯片，外接元件少

26、，功率低，精度高等特點，并具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能。其轉(zhuǎn)換速率為25us，模擬電壓輸入范圍為010V，020V，0 5V，0 10V。此A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換精度為1/2 ,系統(tǒng)可以達到分辨率為0.06°C,滿足系統(tǒng)需求。AD574的A0和R/C通過74LS373與單片機的P0.6與P0.7連接74LS373的1D8D分別與單片機的P0.0P0.7連接。其電路圖如下所示：四、 D/A轉(zhuǎn)換電路溫度檢測值輸入單片機后經(jīng)算法計算之后輸出的控制量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬量施加于加熱器件中用于調(diào)節(jié)溫度。DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個DA芯片以其價格低廉、

27、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。其主要參數(shù)為： 分辨率為8位；電流穩(wěn)定時間1us； 可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入； 只需在滿量程下調(diào)整其線性度； 單一電源供電（+5V+15V）；低功耗，200mW。其使能端CS由單片機的P2.6控制，DAC0832的DI0DI7分別與單片機的P0.0P0.7連接，采用單緩沖輸出方式，輸出端再接uA741放大器輸出模擬電壓。其電路圖如下所示：D/A轉(zhuǎn)換電路五、 數(shù)碼管顯示電路采用四位共陽數(shù)碼管來顯示當(dāng)前的溫度值。如下圖所示：數(shù)碼管顯示電路第四部

28、分 整機電路圖第五部分 安裝調(diào)試及性能檢測一、 安裝調(diào)試通過電路圖可以制作得到溫度控制系統(tǒng)，這里篇幅有限，具體的安裝調(diào)試不做細致說明二、 系統(tǒng)仿真1. 當(dāng)=0時，系統(tǒng)控制系統(tǒng)框圖為仿真得到的各個波形單位階躍輸入信號 偏差信號數(shù)字調(diào)節(jié)器輸出波形 輸出信號波形分析：示波器Scope3顯示的是單位階躍的輸入信號波形，示波器Scope2顯示的是誤差信號e(t)的波形，示波器Scope顯示的是數(shù)字調(diào)節(jié)器的輸出信號波形，示波器Scope1顯示的是系統(tǒng)輸出波形Y(t)。從e(t)的波形圖中我們可以看出誤差信號剛開始會比較大，但是很快就下降到零。由此說明最小拍無波紋設(shè)計的數(shù)字控制器對誤差具有良好的消除作用。數(shù)

29、字調(diào)節(jié)器輸出的控制信號穩(wěn)定，系統(tǒng)輸出跟隨輸入，由此可見系統(tǒng)性能比較好。2. 當(dāng)=0.4095時，系統(tǒng)控制系統(tǒng)框圖為仿真得到的各個波形 單位階躍輸入信號 偏差信號 數(shù)字調(diào)節(jié)器輸出波形 輸出信號波形分析：示波器Scope3顯示的是單位階躍的輸入信號波形，示波器Scope1顯示的是誤差信號e(t)的波形，示波器Scope2顯示的是數(shù)字調(diào)節(jié)器的輸出信號波形，示波器Scope顯示的是系統(tǒng)輸出波形Y(t)。從e(t)的波形圖中我們可以看出誤差信號剛開始會比較大，但是很快就下降到零。由此說明達林算法設(shè)計的數(shù)字控制器對誤差具有良好的消除作用。數(shù)字調(diào)節(jié)器輸出的控制信號穩(wěn)定，無振鈴現(xiàn)象，系統(tǒng)輸出跟隨輸入，由此可見

30、系統(tǒng)性能比較好。三、 抗干擾性能分析1. 當(dāng)= 0時的抗干擾性能分析A、干擾為階躍信號的抗干擾性能分析結(jié)構(gòu)圖為抗干擾性能分析結(jié)構(gòu)圖（ 干擾為階躍信號）設(shè)置constant輸入為0，在0.5s時施加幅值0.3的階躍干擾，得到如下的仿真波形：constant輸入信號 數(shù)字調(diào)節(jié)器輸出信號 階躍干擾信號 偏差信號 輸出信號由上圖可得，當(dāng)在被控對象之前加一定的階躍干擾信號之后，系統(tǒng)受到階躍信號的干擾，輸出不為零，由于系統(tǒng)具有抗干擾的功能，經(jīng)過一定的時間后，會自動消除干擾引起的影響，恢復(fù)原來的狀態(tài)。如上圖所示，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差經(jīng)過一定時間后為0，系統(tǒng)輸出與輸入信號相等，可知系統(tǒng)對于階躍信號的干擾有較好的抗干擾

31、作用。B、干擾為脈沖信號的抗干擾性能分析結(jié)構(gòu)圖為抗干擾性能分析結(jié)構(gòu)圖（ 干擾為脈沖信號）設(shè)置constant輸入為0，在1s時施加幅值0.5的脈沖干擾，其中Step與Step1是用來產(chǎn)生幅值為0.5的脈沖干擾，得到如下的仿真波形：constant輸入信號 數(shù)字調(diào)節(jié)器輸出信號 脈沖干擾信號偏差信號 輸出信號由上圖可得，當(dāng)在被控對象之前加一定的脈沖干擾信號之后，系統(tǒng)受到脈沖信號的干擾，輸出不為零，由于系統(tǒng)具有抗干擾的功能，經(jīng)過一定的時間后，會自動消除干擾引起的影響，恢復(fù)原來的狀態(tài)。如上圖所示，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差經(jīng)過一定時間后為0，系統(tǒng)輸出與輸入信號相等，可知系統(tǒng)對于脈沖信號的干擾有較好的抗干擾作用。2.

32、 當(dāng)=0.4095時的抗干擾性能分析A、干擾為階躍信號的抗干擾性能分析結(jié)構(gòu)圖為抗干擾性能分析結(jié)構(gòu)圖（ 干擾為階躍信號）設(shè)置Step輸入為0，在2s時施加幅值0.5的階躍干擾，得到如下的仿真波形Step輸入信號 數(shù)字調(diào)節(jié)器輸出信號 階躍干擾信號 偏差信號 輸出信號設(shè)定值Step為0，階躍干擾為0.5時仿真圖由上圖可得，當(dāng)在被控對象之前加一定的階躍干擾信號之后，系統(tǒng)受到階躍信號的干擾，輸出不為零，由于系統(tǒng)具有抗干擾的功能，經(jīng)過一定的時間后，會自動消除干擾引起的影響，回復(fù)原來的狀態(tài)。如上圖所示，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差經(jīng)過一定時間后為0，系統(tǒng)輸出與輸入信號相等，可知系統(tǒng)對于階躍信號的干擾有較好的抗干擾作用。B、

33、干擾為脈沖信號的抗干擾性能分析結(jié)構(gòu)圖為抗干擾性能分析結(jié)構(gòu)圖（ 干擾為脈沖信號）設(shè)置Step輸入為0，在2s時施加幅值1的脈沖干擾，其中Step1與Step2是用來產(chǎn)生幅值為1的脈沖干擾，得到如下的仿真波形： 輸入信號 數(shù)字調(diào)節(jié)器輸出 脈沖干擾信號 誤差信號 輸出信號 設(shè)定值Step為0，脈沖干擾為1時仿真圖由上圖可得，當(dāng)在被控對象之前加一定的脈沖干擾信號之后，系統(tǒng)受到脈沖信號的干擾，輸出不為零，由于系統(tǒng)具有抗干擾的功能，經(jīng)過一定的時間后，會自動消除干擾引起的影響，恢復(fù)原來的狀態(tài)。如上圖所示，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差經(jīng)過一定時間后為零，系統(tǒng)輸出與輸入信號相等，可知系統(tǒng)對于脈沖信號的干擾有較好的抗干擾作用。四

34、、 元件清單五、 程序#include<absacc.h>#include<intrins.h>#include<reg51.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#include data_OUT P1#define ADCOM XBYTE0x7ffc/ 使A0=0,R/C=0,CS=0#define ADLO XBYTE0x7fff/ 使A0=1,R/C=1,CS=0#define ADHI XBYTE0x7ffd / 使A0=0,R/C=1,CS=0#define data_OUT

35、XBYTE0xbfffsbit r=P37;sbit w=P36;sbit adbusy=P34;uint getpoint,setpoint=150;uint ek,ek1,ek2,uk,uk1,uk2,uk3;void delay(uint N) int i; for(i=0;i<N;i+);uint ad574(void) r=0; w=0; ADCOM=0; while(adbusy=1); return(uint)(ADHI<<4)+(ADLO&0x0f);void da0832(uchar out_data) data_OUT=out_data; dela

36、y(10);void timer0() interrupt 1 TH0=(65536-61488)/256;TL0=(65536-61488)%256;aa+;if(aa=4) /采樣周期為 0.24595aa=0;ek2=ek1;ek1=ek;uk3=uk2;uk2=uk1;uk1=uk; getpoint=ad574();/ad轉(zhuǎn)換void main() uint aa=0; TMOD=0x01; /定時器0方式1TH0=(65536-61488)/256;/晶振頻率為12MHz，定時61.488msTL0=(65536-61488)%256;EA=1; ET0=1;TR0=1;while

37、(1) ek=setpoint-getpoint; uk=0.0095ek+0.0116ek1+0.0035ek2+1.2167uk1+0.0214uk2+0.2382uk3; /達林算法算出控制量uk=0.01265ek0.003314ek10.000217ek2+1.15uk1+0.15065uk2;/最小拍無紋波算出控制量 da0832(uk); /daz轉(zhuǎn)換第六部分 心得體會如今科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，計算機控制技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今世界空前活躍的領(lǐng)域，而我們作為華工自動化科學(xué)與工程學(xué)院的學(xué)子、未來的二十一世紀(jì)的人才，掌握計算機控制技術(shù)是至關(guān)重要的。本次的計算機控制系統(tǒng)課程設(shè)計總共用了一個星

38、期的時間，對于本次課程設(shè)計，本人分為幾個階段進行工作：1.上網(wǎng)和到圖書館查閱相關(guān)資料；2.方案選擇論證，也包括控制算法的選擇論證；3.利用MATLAB和SIMULINK進行仿真分析和驗證；4.元器件選型、電路設(shè)計、繪制電路板、編寫程序；5.整理報告。本次的課程設(shè)計是我們對于之前所學(xué)過的知識的一個總結(jié)和概括，也是對我們實際動手能力的鍛煉和考察過程。本次課程設(shè)計，可以說是控制領(lǐng)域所有基礎(chǔ)科學(xué)和專業(yè)學(xué)科的大綜合，其涉及的內(nèi)容囊括計算機控制、自動控制原理、數(shù)字信號處理、單片機原理、過程控制、檢測技術(shù)、數(shù)字電路、模擬電路等技術(shù)知識，通過獨立完成設(shè)計可以培養(yǎng)我們綜合運用所學(xué)知識，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題的能力，使我們對控制系統(tǒng)的設(shè)計更為深入的了解并且在實踐中掌握其設(shè)計要領(lǐng)，更能有效提高我們的專業(yè)水平和綜合素質(zhì)。本次的課