大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)控課程報(bào)告

1、計(jì)算機(jī)控制課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目: 最小拍控制設(shè)計(jì) 姓名: 學(xué)號(hào): 姓名: 學(xué)號(hào): 姓名: 學(xué)號(hào): 年月日計(jì)算機(jī)控制課程設(shè)計(jì)任務(wù)書專 業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班 級(jí)學(xué) 生指導(dǎo)教師李軍遠(yuǎn)題 目最小拍控制設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)間設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)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，采樣周期T=1s，設(shè)計(jì)數(shù)字控制器，要求系統(tǒng)在單位斜坡輸入時(shí)實(shí)現(xiàn)最小拍控制。方案設(shè)計(jì)：1. 采用Matlab完成控制系統(tǒng)的建立、分析、設(shè)計(jì)和模擬仿真；2. 選擇元器件,完成電路設(shè)計(jì)，控制器采用MCS-51系列單片機(jī)(傳感器、功率接口以及人機(jī)接口等可以暫不涉及)，使用Protel繪制原理圖；3. 控制算法采用單片機(jī)匯

2、編語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)（應(yīng)通過(guò)編譯，無(wú)語(yǔ)法錯(cuò)誤）。報(bào)告內(nèi)容:1. 控制系統(tǒng)仿真和設(shè)計(jì)步驟，應(yīng)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(guò)程，電路設(shè)計(jì)過(guò)程，繪制的Protel原理圖；3. 算法流程圖，含有詳細(xì)注釋的匯編源程序；4. 設(shè)計(jì)工作總結(jié)及心得體會(huì)；5. 列出所查閱的參考資料。指導(dǎo)教師簽字： 系（教研室）主任簽字：年月日 方案設(shè)計(jì)：一、控制系統(tǒng)仿真及設(shè)計(jì) 1、 最小拍系統(tǒng)的框圖為帶零階保持器的廣義被控對(duì)象為通過(guò)matlab，z變換程序?yàn)閚um1=10;den1=1 1 0;G=tf(num1,den1);Gz=c2d(G,1,'

3、zoh')結(jié)果為Transfer function: 3.679 z + 2.642-z2 - 1.368 z + 0.3679 Sampling time: 1最小拍控制系統(tǒng)中其中，則設(shè)計(jì)的控制器為simlink仿真圖:仿真結(jié)果為：通過(guò)仿真曲線看出：控制器Dz滿足設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)在第二拍之后在采樣時(shí)刻系統(tǒng)輸出無(wú)差，但系統(tǒng)輸出存在波紋。將得系統(tǒng)的差分方程為：二、電路設(shè)計(jì)及元件選型控制器部分需要AD轉(zhuǎn)換器，DA轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)。1、AD轉(zhuǎn)換器AD轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器。 AD轉(zhuǎn)換器的電路設(shè)計(jì) ：(1) 由于只需要一

4、路信號(hào)，只選擇IN-0輸入，三根地址線固定接地，選擇IN-0通道。(2) ALE腳為地址鎖存信號(hào)，高電平有效，由于地址信號(hào)已經(jīng)固定，故將ALE接高電平。(3) AD轉(zhuǎn)換器的時(shí)鐘信號(hào)，由單片機(jī)P2.1腳產(chǎn)生，故將CLOCK腳接單片機(jī)的P2.1。本設(shè)計(jì)由單片機(jī)產(chǎn)生2.5khz的時(shí)鐘信號(hào)。（4）START腳為AD轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，高電平有效，由程序控制，故與單片機(jī)的P2.0腳相連。（5）AD采樣值為系統(tǒng)的偏差信號(hào)，有正負(fù)兩種情況，故選擇adc0809的參考電壓為正負(fù)5V。（6）AD轉(zhuǎn)換結(jié)束后，EOC腳輸出高電平，此時(shí)單片機(jī)接收EOC信號(hào)，讀取AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果，將EOC腳與單片機(jī)的P2.2腳相連。AD轉(zhuǎn)換結(jié)

5、果由P0口讀入，故將AD轉(zhuǎn)換器的輸出與單片機(jī)P0口相連，高低位依次相連 經(jīng)以上分析，設(shè)計(jì)AD轉(zhuǎn)換器的接口電路如圖所示 AD轉(zhuǎn)換器的接口電路2、DA轉(zhuǎn)換器 DA轉(zhuǎn)換器選擇DAC0832,DAC0832是具有兩個(gè)輸入數(shù)據(jù)寄存器的8位DAC,它能直接與51單片機(jī)相連，其主要特性為：（1） 分辨率為8位（2） 電流輸出，穩(wěn)定時(shí)間為1s（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 DA轉(zhuǎn)換器的接口電路 DA轉(zhuǎn)換器的電路設(shè)計(jì)：（1） 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

6、，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(jí)輸入寄存器寫選通控制，低電平有效。其輸入為上升沿時(shí)，將輸入數(shù)據(jù)鎖存到DAC寄存器，故將該腳與單片機(jī)P2.3口相連，由程序控制DA轉(zhuǎn)換的時(shí)間。 （3） 控制器輸出應(yīng)該為雙極性輸出，故輸出需要兩個(gè)運(yùn)算放大器，才能實(shí)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(jī)的P

7、1口相連，高低位依次對(duì)應(yīng)。 3、控制器 控制器選擇AT89C51單片機(jī)，根據(jù)ADC0809和DAC0832的特性，及上述分析，設(shè)計(jì)單片機(jī)與AD、DA的接口電路如下圖所示： 單片機(jī)選擇12MHZ晶振，上電復(fù)位模式。 三、 程序流程圖及源程序 流程圖如下圖： 中斷返回系統(tǒng)初始化主程序變量初始化等待中斷定時(shí)器初值重裝CLK=CLK中斷返回A/D時(shí)鐘程序定時(shí)器初值重裝采樣周期是否到D/A輸出u(k)采樣變量賦新值采樣周期變量初始化A/D采樣計(jì)算u(k)采樣周期變量加1采樣中斷服務(wù)程序 源程序及注釋：#include<reg51.h>sbit start=P20; /定義AD啟動(dòng)信號(hào)sbit

8、 CLK=P21; /AD時(shí)鐘信號(hào)輸出口sbit EOC=P22; /AD轉(zhuǎn)換完成信號(hào)sbit DA=P23; /定義DA轉(zhuǎn)換信號(hào)unsigned char ad_data ; /定義AD采樣值unsigned char count=0; /定義定時(shí)標(biāo)記量char e; /定義當(dāng)前采樣值char u; /定義DA輸出量char u0=0; /char u1=0; /char e0=0; /char e1=0; / 前二次采樣值和前二次控制值float temp; /void adc0809() / AD采樣函數(shù) start=0; /start=1; / 啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換器，開始轉(zhuǎn)換start=0;

9、 / while(EOC=0); / 轉(zhuǎn)換未結(jié)束，空循環(huán)ad_data=P0; / 轉(zhuǎn)換結(jié)束后，讀取AD輸出值 void TimeInitial() / 定時(shí)器中斷初始化函數(shù) IP=0x08; /設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)，定時(shí)器1為高優(yōu)先級(jí) TMOD=0x11; /定時(shí)器1和定時(shí)器0均采用方式一 TH0=0x3c; /設(shè)置定時(shí)器0的初值 TL0=0xb0; / TH1=(65536-100)/256; /設(shè)置定時(shí)器1的初值 TL1=(65536-100)%256; / EA=1; /開放所有中斷 ET0=1; /允許T0溢出中斷 TR0=1; /啟動(dòng)定時(shí)器0 ET1=1; /允許T1溢出中斷 TR1=1

10、; /啟動(dòng)定時(shí)器1 void main() /主函數(shù) TimeInitial(); / start=0; /啟動(dòng)信號(hào)為0 DA=0; P1=0x80; DA=1; /控制器初始輸出為零 while(1); /空循環(huán)，等待中斷 void t1(void )interrupt 1 using 1 /定時(shí)器0中斷函數(shù) TH0=0x3c; / TL0=0xb0; /重裝初值 if (count=20) / count=0; / adc0809(); /一秒后，讀取AD采樣值 e=ad_data-128; /采樣實(shí)際偏差值 temp=0.2819*u1+0.718*u0+0.5436*e-0.472*e

11、1+0.1*e0; /差分方程 if(temp>0) /當(dāng)前輸出值大于零 if(temp>=127) / u=127; /判斷是否溢出，溢出取極值 else u=(char)temp; /控制器輸出值 / else /當(dāng)前輸出值小于零 if(temp<=-127) / u=-127; /判斷是否溢出，溢出取極值 else u=(char)temp; /控制器輸出值 / P1=u+128; /DA輸出值 u0=u1; /控制量遞推賦值 u1=u; / e0=e1; /偏差量遞推賦值 e1=e; / DA=0; / DA=1; /上升沿DA輸出 else count+; /定時(shí)不

12、到20次，即不到一秒，繼續(xù)定時(shí) void clk(void) interrupt 3 using 0 / 定時(shí)器1中斷函數(shù) TH1=(65536-100)/256; / TL1=(65536-100)%256; /重裝初值 CLK=CLK; /產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào) 四、 設(shè)計(jì)工作總結(jié)及心得體會(huì)：此次設(shè)計(jì)我們?nèi)朔止っ鞔_，在設(shè)計(jì)開始的時(shí)候，就明確了每個(gè)人的任務(wù)，使得我們的設(shè)計(jì)效率大大提高。我們首先利用matlab仿真對(duì)整個(gè)系統(tǒng)有了一個(gè)總體設(shè)計(jì)并利用simlink完成了控制器Dz的設(shè)計(jì)，然后我們開始硬件的設(shè)計(jì)，通過(guò)查閱單片機(jī)課本了解A/D及D/A的性能指標(biāo)意義并從我們?cè)O(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)了單片機(jī)接口的設(shè)計(jì)。在硬件設(shè)計(jì)結(jié)束后，我們開始了軟件的編程。并利用proteus實(shí)現(xiàn)了程序的仿真。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我們發(fā)現(xiàn)無(wú)論做什么事，只要你付出努力，就會(huì)有收獲。、無(wú)論做什么事，都可能遇到很多困難，學(xué)習(xí)是一個(gè)過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中會(huì)遇到很多問(wèn)題，只要你認(rèn)真思考，靜下心來(lái)仔細(xì)分析、認(rèn)真思考，最后都能一一解決。另外，我們?nèi)嗽诤献鞯倪^(guò)程中，發(fā)現(xiàn)團(tuán)隊(duì)的