最少拍控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、能源與動(dòng)力工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目： 最少拍控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 課 程： 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、 課程設(shè)計(jì)目的課程設(shè)計(jì)是課程教學(xué)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，是達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)，是綜合性較強(qiáng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，它對(duì)幫助學(xué)生全面牢固地掌握課堂教學(xué)內(nèi)容、培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐和實(shí)際動(dòng)手能力、提高學(xué)生全面素質(zhì)具有很重要的意義。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是一門實(shí)用性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)占有更加重要的地位。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的課程設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合運(yùn)用知識(shí)的過程，它需要控制理論、程序設(shè)計(jì)、硬件電路設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)融合。通過課程設(shè)計(jì)，加深對(duì)學(xué)生控制算法設(shè)計(jì)的

2、認(rèn)識(shí)，學(xué)會(huì)控制算法的實(shí)際應(yīng)用，使學(xué)生從整體上了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)際組成，掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)步驟，編程調(diào)試，為從事計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的整定工作打下基礎(chǔ)。二、 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)以89C51單片機(jī)、ADC、DAC等電路和運(yùn)放電路組成的被控對(duì)象構(gòu)成的單閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。1. 硬件電路設(shè)計(jì)：89C51最小系統(tǒng)加上模入電路ADC0809和模出電路DAC0832；由運(yùn)放構(gòu)成的被控對(duì)象。2. 控制算法：最少拍控制、PID。3. 軟件設(shè)計(jì)：主程序、定時(shí)中斷程序、A/D轉(zhuǎn)換程序、濾波程序、D/A輸出程序、最少拍控制程序等。三、 課程設(shè)計(jì)要求1. 模入電路能接受雙極性電壓輸入（-5

3、V+5V），模出電路能輸出雙極性電壓（-5V+5V）。2. 被控對(duì)象每個(gè)同學(xué)選擇不同：3. 設(shè)計(jì)無紋波最少拍控制器。被控對(duì)象有積分環(huán)節(jié)的按斜坡輸入信號(hào)設(shè)計(jì)控制器，否則按階躍輸入信號(hào)設(shè)計(jì)控制器。4. 定時(shí)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(shí)驗(yàn)結(jié)果確定。5. 濾波方法可選擇平均值法，中值法等。四、 課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果1. 控制系統(tǒng)能正確運(yùn)行。2. 按設(shè)計(jì)信號(hào)下的系統(tǒng)輸出響應(yīng)。3. 其他典型輸入信號(hào)下的系統(tǒng)輸出響應(yīng)。五、 進(jìn)度安排序號(hào)內(nèi)容天數(shù)1布置任務(wù)，查閱資料0.52總體方案確定，硬件電路設(shè)計(jì)1.53熟悉實(shí)驗(yàn)箱及C語言開發(fā)環(huán)境，研讀范例程

4、序，14控制算法設(shè)計(jì)15軟件編程，調(diào)試16實(shí)驗(yàn)17總結(jié)，撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告1六、 課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容：總結(jié)設(shè)計(jì)過程，寫出設(shè)計(jì)報(bào)告，設(shè)計(jì)報(bào)告具體內(nèi)容要求如下：1課程設(shè)計(jì)的目和設(shè)計(jì)的任務(wù)。2課程設(shè)計(jì)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(duì)象），電路的原理。 5軟件設(shè)計(jì)流程圖及其說明。6電路設(shè)計(jì)，軟件編程、調(diào)試中遇到的問題及分析解決方法。7實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析。8體會(huì)。七、 參考文獻(xiàn)（列出你所利用的參考文獻(xiàn)。格式參見下。）1 于海生主編，微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，北京：清華大學(xué)出版社，19992 張艷兵等編著，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，北京：國防工業(yè)出版社，20083 張毅剛主編，單片機(jī)

5、原理及應(yīng)用，北京：高等教育出版社，20044 陳濤編著，單片機(jī)應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20085 樓然苗, 李光飛編著, 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo), 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社, 2007 6 控制、電子技術(shù)類雜志、報(bào)刊第 二 部 分課程設(shè)計(jì)報(bào)告 目 錄1課題簡(jiǎn)介1.1 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容51.2課程設(shè)計(jì)要求52方案設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)步驟 52.2 控制系統(tǒng)總框圖及系統(tǒng)工作原理63硬件電路設(shè)計(jì) 3.1 被控對(duì)象設(shè)計(jì) 83.2 硬件電路連接圖 94控制算法設(shè)計(jì) 105軟件編程設(shè)計(jì) 5.1 流程圖 115.2 程序設(shè)計(jì) 126實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 147心得體會(huì) 141 課題簡(jiǎn)介 （宋體4號(hào)

6、加粗）1.1 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)以89C51單片機(jī)、ADC、DAC等電路和運(yùn)放電路組成的被控對(duì)象構(gòu)成的單閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。1. 硬件電路設(shè)計(jì)：89C51最小系統(tǒng)加上模入電路ADC0809和模出電路TLC7528；由運(yùn)放構(gòu)成的被控對(duì)象。2. 控制算法：最少拍控制。3. 軟件設(shè)計(jì)：主程序、定時(shí)中斷程序、A/D轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)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(duì)象3. 設(shè)計(jì)無紋波最少拍控制器。被控對(duì)象有積分環(huán)節(jié)的按斜坡輸入信號(hào)設(shè)計(jì)控制器，否則按階躍輸入信號(hào)設(shè)計(jì)控制器。4. 定

7、時(shí)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(shí)驗(yàn)結(jié)果確定。5. 濾波方法可選擇平均值法，中值法等。2 方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)步驟先進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，根據(jù)Gz改造被控對(duì)象 進(jìn)行最少拍控制算法計(jì)算讀范例程序，畫出流程圖，進(jìn)行修改調(diào)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果2.2控制系統(tǒng)總框圖及系統(tǒng)工作原理最小拍雙通道采樣的閉環(huán)系統(tǒng)框圖如上所示，在該系統(tǒng)中對(duì)給定值r(t)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換采樣，得到離散化的r(z),并且對(duì)輸出值c(t)也進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，得到c(z)，然后計(jì)算有e(k）=c(k)-r(z)。D(z)為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)，U(z)為輸出的控制量，然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換

8、后得到模擬控制量U(t)對(duì)包含零階保持器的被控量進(jìn)行控值進(jìn)而達(dá)到要求的最小拍控制的目的。誤差E=R-C經(jīng)運(yùn)放運(yùn)算得到，并由模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集。最少拍控制算法由軟件程序和單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。輸出U經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器和零階保持器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)送至被控對(duì)象。被控對(duì)象由兩只運(yùn)放及阻容元件構(gòu)成。 3 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 被控對(duì)象由運(yùn)放及阻容元件搭建，電路圖如下： 3.2硬件電路原理圖 4 控制算法設(shè)計(jì)4.1 被控對(duì)象含有一個(gè)積分環(huán)節(jié),采用單位速度輸入信號(hào),q=2D=0,q=2,v=1,w=1,j=1m=w+d=1n=v-j+q=2 4.2 5 軟件編程設(shè)計(jì)5.1 流程圖5.2 程序#include #include #i

9、nclude /*宏定義*/#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ADC_7 XBYTE0x0600/定義模數(shù)轉(zhuǎn)換IO地址#define DAC_1 XBYTE0x0640/定義D/A第一路的IO地址/*全局變量定義*/sbit str = P17;/定義A/D啟動(dòng)信號(hào)sbit DIN0 = P10;/聲明同步信號(hào)uint data time;/聲明變量，用于定時(shí)uchar data t0_h,t0_l;/用于存儲(chǔ)定時(shí)器0的初值char TK = 5;/聲明采樣周期變量,/采樣周期TK*10mschar TC;/

10、TK的變量float kp =1.8;/比例系數(shù)uint ti =80;/積分系數(shù)char td = 2;/微分系數(shù)char IBAND = 120;/積分分離值char EK;/當(dāng)前采樣的偏差值char EK_1;/上一次采樣的偏差值char AEK;/偏差的變化量char UK;/當(dāng)前時(shí)刻的D/A輸出char AEK_1;char BEK;char CEK;float ZEK;/*主函數(shù)*/void main(void) TMOD = 0x01;time = 10;/定時(shí)10mst0_h = (65536 - 1000 * time) / 256;/計(jì)算定時(shí)器0初值t0_l = (6553

11、6 - 1000 * time) % 256;t0_l = t0_l + 70;/修正因初值重裝而引起的定時(shí)誤差TH0 = t0_h;TL0 = t0_l;IT1 = 1;/邊沿觸發(fā)中斷EX1 = 1;/開外部中斷1ET0 = 1;/開定時(shí)中斷0TR0 = 1;/啟動(dòng)定時(shí)器TC = 1;DAC_1= 0x80;/D/A清零EK = EK_1 = 0;/變量清零 AEK =BEK=AEK_1=CEK= UK = 0;ZEK = 0;str = 1;EA= 1;/開總中斷while(1);/*函數(shù)名：INT1功能 ：1號(hào)外部中斷服務(wù)程序 參數(shù) ：無* 返回值：無 * */void int1() i

12、nterrupt 2 using 2float P,D,I,TEMP,TEMP1;DIN0 = 1;/讀取輸入前，先輸出高電平 if(DIN0)/判同步信號(hào)到否 EK = EK_1 = 0;/變量清零UK = AEK = BEK=CEK=AEK_1=0; ZEK = 0; DAC_1 = 0x80;/D/A輸出零TC=1; else TC-;/判采樣周期到否 if(TC = 0) EK = ADC_7 - 128;/采樣當(dāng)前的偏差值，并計(jì)算偏差的變化量 AEK = EK - EK_1;BEK =(EK+EK_1)/2;CEK =AEK-AEK_1; EK_1= EK;AEK_1=AEK; if

13、(abs(EK) IBAND) I = 0;/判積分分離值 else ZEK=EK+ZEK; I= BEK * TK;I= I / ti;P =AEK; D = CEK * td;/計(jì)算微分項(xiàng) D = D / TK; TEMP = (P + I + D) * kp;/計(jì)算比例項(xiàng) TEMP1=(EK_1+ ZEK*TK/ti+AEK_1*td/TK)*kp;TEMP=TEMP+TEMP1;if(TEMP 0)/判控制量是否溢出，溢出賦極值 if(TEMP = 127) UK = 127; else UK = (char)TEMP; else if(TEMP - 128) UK = -128; e

14、lse UK = (char)TEMP; DAC_1 = UK + 128;/D/A輸出控制量 TC = TK;/采樣周期變量恢復(fù)/*函數(shù)名：Timer0功能 ：定時(shí)器0中斷服務(wù)程序參數(shù) ：無 返回值：無 */void Timer0() interrupt 1 using 1TH0 = t0_h;/重新裝入初值TL0 = t0_l;str = 0;str = 1;/產(chǎn)生A/D啟動(dòng)信號(hào)6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析6.1 示波器圖形6.2結(jié)果分析經(jīng)過對(duì)PID參數(shù)的調(diào)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)的波形較好的實(shí)現(xiàn)了控制的要求，使得階躍超調(diào)小于10%，而且相應(yīng)時(shí)間較快，控制算法及程序是可靠的。7 小結(jié)與體會(huì)作為大學(xué)最后一次課程設(shè)

15、計(jì)，時(shí)間緊，任務(wù)重，同時(shí)也為畢業(yè)設(shè)計(jì)的開始做了一些知識(shí)準(zhǔn)備,本次課程設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)一個(gè)最少拍控制系統(tǒng)，課程設(shè)計(jì)分為硬件電路設(shè)計(jì)、研讀范例程序、控制算法設(shè)計(jì)、軟件編程調(diào)試、實(shí)驗(yàn)等幾個(gè)階段。最終在整個(gè)小組同學(xué)的共同努力和小組其他成員的幫助下，完成了此次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)并收獲甚多。感謝吳遠(yuǎn)網(wǎng)老師的耐心指導(dǎo)，讓我在整個(gè)課程設(shè)計(jì)的過程中學(xué)到了很多。也要感謝我們小組的組員，正是有了大家的共同努力，我們的各項(xiàng)任務(wù)，包括前期資料的借閱，中期接線程序的編寫與調(diào)試，后期資料的匯總，都在大伙合作的前提下順利的完成。本次課程設(shè)計(jì)是和期末考試一起進(jìn)行，所以時(shí)間很緊，在編寫程序和接線圖的設(shè)計(jì)方面出現(xiàn)了很多錯(cuò)誤，也很煩躁，調(diào)試時(shí)候總是不能出現(xiàn)想要的結(jié)果，還好，小組同學(xué)比較團(tuán)結(jié)，在復(fù)習(xí)考試之余，一起討論，最終完成了設(shè)計(jì)。 雖然計(jì)算機(jī)控制課程設(shè)計(jì)的時(shí)間很短，但我們過的很充實(shí)，學(xué)會(huì)了原硬件電路設(shè)計(jì)、研讀范例程序、控制算法設(shè)計(jì)、軟件編程調(diào)試，加深了對(duì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的認(rèn)識(shí)，鍛煉了自己吃苦耐勞和不怕困難的優(yōu)良作風(fēng)。我們?cè)趯?shí)際的操作中更深刻的掌握學(xué)過的知識(shí)，在參觀實(shí)習(xí)中開闊了眼界，拓