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文檔簡介
1、計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)書申曉寧南京信息工程大學(xué)信息與控制學(xué)院實驗項目名稱:帶擾動時滯對象的計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計實驗項目性質(zhì):設(shè)計性所屬課程名稱:計算機(jī)控制技術(shù)實驗計劃學(xué)時:1周一.課程設(shè)計目的設(shè)計制作和調(diào)試一個由工業(yè)控制機(jī)控制的時滯對象輸出端具有干擾信號的計算機(jī)控制系統(tǒng)。通過這個過程學(xué)習(xí)電壓的采樣方法,A/D和D/A變換方法和接口的使用方法,以及數(shù)字濾波的方法。通過實踐過程掌握常規(guī)及改進(jìn)PID控制方法,熟悉利用計算機(jī)進(jìn)行自動控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。本課程設(shè)計是本門課程課堂教學(xué)的延伸和發(fā)展,是理論知識與工程實踐之間的銜接。通過本課程設(shè)計,使學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)與理解計算機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成原理、接口電路與應(yīng)用程
2、序,進(jìn)一步鞏固與綜合專業(yè)基礎(chǔ)知識和相關(guān)專業(yè)課程知識,提高學(xué)生運用理論知識解決實際問題的實踐技能;培養(yǎng)學(xué)生獨立自主、綜合分析的思維與創(chuàng)新能力,最終使學(xué)生初步具有設(shè)計小型計算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件及軟件的能力。同時,通過資料搜集、方案分析、系統(tǒng)設(shè)計與報告撰寫的一系列過程,使學(xué)生得到一次科學(xué)研究工作的初步訓(xùn)練。從而,在專業(yè)知識與研究方法方面為日后的畢業(yè)設(shè)計乃至畢業(yè)后的工作奠定良好的基礎(chǔ)。二. 課程設(shè)計內(nèi)容某系統(tǒng)的被控對象含有純滯后環(huán)節(jié),它的傳遞函數(shù)為:該系統(tǒng)的輸入信號為帶有干擾的方波信號(方波幅值1.5V,頻率0.2Hz,干擾自行設(shè)計硬件電路或由軟件產(chǎn)生)。請完成以下任務(wù):1) 分別采用普通PID算法、微
3、分先行PID算法、不完全微分PID算法進(jìn)行控制,并在3種方法中均采用抗積分飽和的方法。給出3種方法下的系統(tǒng)響應(yīng)曲線,以及控制量u的變化曲線圖,詳細(xì)地比較和分析所得結(jié)果。2) 在控制器的輸出端施加控制干擾信號,在對象的輸出端施加一組噪聲信號(上述兩種干擾信號均自行設(shè)計電路或由軟件產(chǎn)生)。在1)中采用微分先行PID算法的基礎(chǔ)上,在系統(tǒng)中設(shè)計低通濾波器,請分別給出有無濾波器時的系統(tǒng)響應(yīng)曲線圖,以及控制量u的變化曲線圖,并詳細(xì)地比較和分析所得結(jié)果。說明:上述任務(wù)中的采樣周期、微分增益系數(shù)和濾波時間常數(shù),不完全微分PID算法中的慣性時間常數(shù),以及、的取值需通過實驗調(diào)試得到。三.預(yù)習(xí)與參考計算機(jī)控制技術(shù)、
4、自動控制原理、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、VBScript、Matlab四. 實驗(設(shè)計)要求設(shè)計指標(biāo)系統(tǒng)響應(yīng)曲線:穩(wěn)定,上升時間短,無靜差,超調(diào)小,抗干擾能力強(qiáng)。1、每組1-2位同學(xué),每個小組根據(jù)實驗室提供的設(shè)備及設(shè)計要求,設(shè)計并制作出實際電路,組成一個完整的計算機(jī)控制系統(tǒng)。2、根據(jù)設(shè)備情況以及被控對象,采用相應(yīng)的控制算法和濾波器算法,編制程序框圖和源程序,并進(jìn)行實際操作和調(diào)試通過,獲得滿意的控制效果。五.實驗(設(shè)計)儀器設(shè)備和材料清單THBDC-1型控制理論·計算機(jī)控制技術(shù)實驗平臺,硬件部分包括直流穩(wěn)壓電源、低頻信號發(fā)生器、實驗通用單元電路、USB數(shù)據(jù)采集卡及接口單元,上位機(jī)軟件包括虛擬示
5、波器、VBScript腳本編程器、函數(shù)信號發(fā)生器等。六.設(shè)計步驟(1)總體方案設(shè)計:構(gòu)建系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖,確定系統(tǒng)各組成模塊的功能和相互關(guān)系。 (2)詳細(xì)設(shè)計:硬件部分:選擇硬件型號,設(shè)計具體的噪聲發(fā)生電路、被控對象的模擬電路等。給出系統(tǒng)各個組成部分的接口電路。 軟件部分:依據(jù)采用的控制算法及計算機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成特點,繪制程序流程圖,并編寫相應(yīng)的程序代碼。程序的各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)應(yīng)給出文字注釋。(3)調(diào)試:首先在Matlab軟件中對系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析(選做,simulink仿真環(huán)境或純M文件編程均可);編譯軟件,在實驗室進(jìn)行系統(tǒng)的軟硬件聯(lián)調(diào),通過觀測系統(tǒng)的響應(yīng)曲線,整定PID控制器參數(shù)和濾波器參數(shù),獲得
6、滿意的控制效果。(4)獨立撰寫課程設(shè)計說明書。七設(shè)計要點 (1)噪聲信號的發(fā)生電路設(shè)計; (2)通過實驗分析得到,與普通PID算法相比,微分先行PID算法的優(yōu)點及其適用場合; (3)在計算機(jī)控制系統(tǒng)中設(shè)計數(shù)字濾波器的方法。通過分析實驗結(jié)果,得出使用數(shù)字濾波器的優(yōu)點。八課程設(shè)計進(jìn)度安排課程設(shè)計時間為一周,將其分為三個階段。第一階段:閱讀研究實驗指導(dǎo)書與任務(wù)書,復(fù)習(xí)有關(guān)知識,收集文獻(xiàn)資料,設(shè)計系統(tǒng)框圖。此階段約占總時間的20%。第二階段:對裝置、器件、芯片作好選型,細(xì)劃與設(shè)計、繪出各部分接口電路圖,完成主要程序框圖繪制和具體程序的編寫。約占總時間的60%。第三階段:整理、匯總、撰寫課程設(shè)計說明書。約占總時間的20%。九考核方式及成績評定1、 考核方式由平時檢查、提問抽查、答辯與課程設(shè)計說明書質(zhì)量等幾方面結(jié)合起來考慮:學(xué)習(xí)與設(shè)計態(tài)度的認(rèn)真性,課堂知識理解掌握的深入程度,畫圖軟件應(yīng)用的熟練程度,設(shè)計方案的正確性或合理性,圖文的質(zhì)量效果,是否獨立完成,是否具有獨立分析解決問題的能力和創(chuàng)新精神等。2、 考核成績評定標(biāo)準(zhǔn)理論設(shè)計:每個同學(xué)根據(jù)題目,獨立完成設(shè)計和設(shè)計報告書。實驗設(shè)計:考核檢查。線路圖及程序占40%,系統(tǒng)性能指標(biāo)占20%,答辯占20%,設(shè)計期間(包括前面實驗及實驗報告)綜合表現(xiàn)占20%。十課程設(shè)計說明書要求每位同學(xué)根據(jù)自己的實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果,根據(jù)給定
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