計(jì)算機(jī)控制原理課程設(shè)計(jì)

1、揚(yáng)州大學(xué)水利與能源動(dòng)力工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)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(guò)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(guò)課程設(shè)計(jì)，加深對(duì)學(xué)生控制算法設(shè)計(jì)的認(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

2、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)。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。控制算法： PID 控制、最少拍控制、大林算法。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 ）。被控對(duì)象：

3、8G(s)s(0.2s 1)控制器設(shè)計(jì)：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。四、課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果控制系統(tǒng)能正確運(yùn)行。按設(shè)計(jì)信號(hào)下的系統(tǒng)輸出響應(yīng)。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(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境，研讀范例程序，14控制算法設(shè)計(jì)1揚(yáng)州大學(xué)水利與能源動(dòng)力工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告5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)告六、

4、課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容：總結(jié)設(shè)計(jì)過(guò)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：課程設(shè)計(jì)的目和設(shè)計(jì)的任務(wù)。?課程設(shè)計(jì)的要求。?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。?軟件設(shè)計(jì)流程圖及其說(shuō)明。6?電路設(shè)計(jì)，軟件編程、調(diào)試中遇到的問(wèn)題及分析解決方法。?實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析。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(jiàn)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(guó)防工業(yè)出版社，20083張毅剛主編，單片機(jī)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：

5、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，20071揚(yáng)州大學(xué)水利與能源動(dòng)力工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告第二部分課程設(shè)計(jì)報(bào)目錄1、 課題簡(jiǎn)介11.1 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容11.2 課程設(shè)計(jì)要求12、 方案設(shè)計(jì)12.1 設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)2揚(yáng)州大學(xué)水利與能源動(dòng)力工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告3.1 被控對(duì)象設(shè)計(jì)23.2 硬件電路原理圖24、 控制算法設(shè)計(jì)35、 軟件編程設(shè)計(jì)55.1 流程圖設(shè)計(jì)55.2 程序設(shè)計(jì)56 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析87、總結(jié)9參考書(shū)目 .9揚(yáng)州大學(xué)水利與能源動(dòng)力工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告1、課題簡(jiǎn)介1.1 課程

6、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)。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。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) 。1?8被控對(duì)象 G(s)s(0.2s 1)設(shè)計(jì)無(wú)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)

7、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。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)工作原理圖 2-1 系統(tǒng)總框圖誤差 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。1揚(yáng)州大學(xué)水利與能源動(dòng)力工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告3、硬件電路設(shè)

8、計(jì)3.1 被控對(duì)象設(shè)計(jì)被控對(duì)象由兩只運(yùn)放及阻容元件構(gòu)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 硬件電路原理圖2揚(yáng)州大學(xué)水利與能源動(dòng)力工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告4、控制算法設(shè)計(jì)被控對(duì)象傳遞函數(shù)G(s)8s(0.2s 1)根據(jù)香農(nóng)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(duì)被控對(duì)象帶零階保持器進(jìn)行Z 變換，得 ：Z!eTsG(z)8 ig(0.2s 1)(1-z 1)Zs2(0.2s 1)110.1704(1 0.846z)z由該式可知 :0,q2,1,v1,j1;D1;2其中 D 為采樣周期

9、純滯后環(huán)節(jié)的個(gè)數(shù),q=2 為單位速度輸入 ,3 為 G(z) 中零點(diǎn)的個(gè)數(shù) ,v 為 G(z) 中不穩(wěn)定極點(diǎn)的個(gè)數(shù) ,j 為 G(z) 在單位圓上極點(diǎn)的個(gè)數(shù)故 e (z) 和可設(shè)為e (z)(11)2(1fuz 1)=1(fn 2)z1 2(1 2fn)z忌 ( 1 0.846z1)(f21z 1f22z 2)z 1 (f22 0.846f3f2121 )z2 0.846f 22 z 33揚(yáng)州大學(xué)水利與能源動(dòng)力工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告又e（Z）1（Z）所以有r f112 f210? 1 2f11f22 0.846f 21 0L f110.846f220110.668解得211.33220.79所以

10、e(z)(1 z ) (11 2 10.668z )(z)(10.846z1)(1.33z10.79z2)1(z)(1.33 0.79z 1)(1 0.606z1)G(z)e(z)11 0.1704(1 z 1)(1 0.688Z 1)4揚(yáng)州大學(xué)水利與能源動(dòng)力工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告5、軟件編程設(shè)計(jì)5.1 流程圖設(shè)計(jì)主程序采樣中斷服務(wù)程序同步信號(hào)到否 ?是D/A 輸出清零1理F變量初始化采樣周期變量減一1采樣周期變量賦初值1 F是采樣周期到否 ?中斷返回圖 5-1 系統(tǒng)流程圖5.2 程序設(shè)計(jì)5揚(yáng)州大學(xué)水利與能源動(dòng)力工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告#in elude #in elude #in elude #d

11、efi ne uehar un sig ned char#defi ne uint un sig ned int#defi ne ADC_7 XBYTE0 x0600#defi ne DAC_1 XBYTE0 x0640sbit str = P1 A7;定義 A/D 啟動(dòng)信號(hào)sbit DIN0 = P1A0;聲明同步信號(hào)uint data time;聲明變量，用于定時(shí)uchar data tO_h,tO_l;用于存儲(chǔ)定時(shí)器0 的初值int TK=10;聲明采樣周期 =TK*10msint TC;TC 的變量float KK0=7.8;系數(shù)float KK1=-9.366;float KK2=2

12、.809;float KK3=0;float PP1=-0.332;float PP2=-0.668; float PP3=0;char UK;當(dāng)前時(shí)刻 DA 的輸出char EK;當(dāng)前時(shí)刻的偏差char UK_1,UK_2,UK_3,EK_1,EK_2,EK_3;計(jì)算定時(shí)器 0 初值to=(65536-500*time)%256; t0_lt0_l+20;修正因初值重裝而=引起的定時(shí)誤差TH0=t0_h;TL0=t0_l;IT1=1;邊沿出發(fā)中斷EX1=1;開(kāi)外部中斷 1ET0=1;開(kāi)外部中斷 0TR0=1;啟動(dòng)定時(shí)器TC =1;DACDA 清零_1= 0 x80;UK=UK_1=UK_2=

13、UK_3=0;EK=EK_1=EK_2=EK_3=0;EA = 1;開(kāi)總開(kāi)關(guān)while(1); void in t1() in terrupt 2 using 2 float i,j;前三次采樣時(shí)刻的控制量和偏差DIN0 = 1;讀取輸入前，先輸出高電平void mai n(void)if(DINO)判斷同步信號(hào)是否到達(dá)TMOD = 0 x01;time = 10;定時(shí) 10msUK=UK_1=UK_2=UK_3=0;t0_h = (65536-500*time)/ 256;EK=EK_1=EK_2=EK_3=0;6揚(yáng)州大學(xué)水利與能源動(dòng)力工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告DAC_1 =0 x80;DA 輸出

14、零if(i0)TL0 = t0_l;判斷是否溢出if(i=127)UK=127;elseUK=(char)i;else7揚(yáng)州大學(xué)水利與能源動(dòng)力工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告6、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析首先利用 MATLAB 仿真，仿真圖及結(jié)果如圖6-1Traig FE 耳圖 6-1 MATLAB 仿真圖圖 6-2 仿真結(jié)果使用實(shí)驗(yàn)箱做仿真時(shí)得到的仿真結(jié)果為圖6-3圖 6-3 實(shí)驗(yàn)箱仿真結(jié)果及數(shù)字控制器輸出結(jié)果從仿真結(jié)果來(lái)看，調(diào)節(jié)之后的電路可以兩拍跟蹤斜坡輸入信號(hào)，MATLAB 仿真結(jié)果沒(méi)有任何紋波，但是在實(shí)驗(yàn)箱上仿真時(shí)出現(xiàn)了紋波，后期出現(xiàn)了不穩(wěn)定的偏差，原因是實(shí)驗(yàn)箱上的電阻電容原件并不是非常精確的數(shù)值，在做 G（ s）