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1、微机控制技术课程设计一：实验目的：1：掌握PID控制算法、大林算法设计和smith控制算法的设计。2：掌握PID控制参数的整定和参数对系统稳定性及过渡过程的影响。3：掌握数模转换和模数转换的基本原理。4：仪表的选择。5：掌握matlab的仿真。二:实验内容1、电阻温度炉的温度控制系统 整个炉温控制系统由两大部分组成，第一部分由计算机和A/D&D/A卡组成，主要完成温度采集、PID运算、产生控制可控硅的触发脉冲，第二部分由传感器信号放大，同步脉冲形成，以及触发脉冲放大等组成。炉温控制的基本原理是：改变可控硅的导通角即改变电热炉加热丝两端的有效电压，有效电压的可在0140V内变化。可控硅的导通角为
2、05CH。温度传感是通过一只热敏电阻及其放大电路组成的，温度越高其输出电压越小。 外部LED灯的亮灭表示可控硅的导通与闭合的占空比时间，果炉温温度低于设定值则可控硅导通，系统加热，否则系统停止加热，炉温自然冷却到设定值。设电阻炉温控制系统的传递函数为分别选择PID、微分先行PID、大林算法和Smith的控制算法，通过整定其控制参数，对系统进行控制，做出MATLAB环境下的运行曲线，比较系统在不同算法下性能指标。、PID控制本设计的被控对象是电阻炉温度控制系统，采用PID调节器作为控制器,PID算法采用PI控制，根据系统的开环的S型曲线，运用ZN法和凑试法整定系统的控制参数。可以得到最佳的参数值
3、。对Kp和Ti的取值所得的仿真图如下：KP=5,TI=0.12KP=3,TI=0.12符合要求 性能最好理论值 p= 0.1389 I = 0.12 但动态性能很不理想。、微分先行PID控制为了避免给定值的升降给控制系统带来冲击，如超调量过大，调节阀动作剧烈，可以采用微分先行PID控制算法。即对被控量微分，而不对偏差微分，也可以说对给定量无微分作用。1）系统框图2）仿真图Td = 0.5*2.5=1.25 r=0.9 ts=20r = 0.7 ， ts= 21r = 0.7 td= 1 ts = 20.5、smith预估控制由被控对象的传递函数可知，电阻炉温控制系统具有纯滞后性质，而对象的这种
4、纯滞后性质常引起系统产生超调或者振荡。所以要对纯滞后进行补偿，而smith预估控制算法可以实现纯滞后补偿。1）系统框图2）仿真图、大林算法达林算法参考程序：%Delay Control with Dalin Algorithmclear all;close all;ts=0.5; %Plantsys1=tf(0.87,4.2,1,inputdelay,1.26);dsys1=c2d(sys1,ts,zoh);num1,den1=tfdata(dsys1,v);%Ideal closed loopsys2=tf(0.465,2.246,1,inputdelay,1.26);dsys2=c2d(s
5、ys2,ts,zoh);%Design Dalin controllerdsys=1/dsys1*dsys2/(1-dsys2);num,den=tfdata(dsys,v);u_1=0.0;u_2=0.0;u_3=0.0;u_4=0.0;u_5=0.0;y_1=0.0;error_1=0.0;error_2=0.0;error_3=0.0;ei=0;for k=1:1:50time(k)=k*ts;rin(k)=1.0; %Tracing Step Signalyout(k)=-den1(2)*y_1+num1(2)*u_2+num1(3)*u_3;error(k)=rin(k)-yout(
6、k); M=2;if M=1 %Using Dalin Methodu(k)=(num(1)*error(k)+num(2)*error_1+num(3)*error_2+num(4)*error_3.-den(3)*u_1-den(4)*u_2-den(5)*u_3-den(6)*u_4-den(7)*u_5)/den(2);elseif M=2 %Using PID Methodei=ei+error(k)*ts;u(k)=1.0*error(k)+0.10*(error(k)-error_1)/ts+0.50*ei;end %-Return of dalin parameters-u_5
7、=u_4;u_4=u_3;u_3=u_2;u_2=u_1;u_1=u(k);y_1=yout(k);error_3=error_2;error_2=error_1;error_1=error(k);endplot(time,rin,b,time,yout,r);xlabel(time(s);ylabel(rin,yout);2、直流电机调速系统整个电机调速系统由两大部分组成，第一部分由计算机和A/D&D/A卡组成，主要完成速度采集、PID运算、产生控制电枢电压的控制电压，第二部分由传感器信号整形，控制电压功率放大等组成。电机速度控制的基本原理是：通过D/A输出-2.5v+2.5v的电压控制78
8、12的输出，以达到控制直流电机电枢电压的目的。速度采集由一对霍尔器件完成，输出脉冲信号的间隔反应了电机的转速。在开环情况下测出电机系统的传递函数，选择PID控制算法，并整定控制参数，做出MATLAB仿真曲线，并与实际调试的曲线进行比较。直流电机调速系统控制框图如下：直流电机调速系统仿真图如下：3、步进电机步进电机是一种电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。选择合适的控制算法，使系统达到控制要求。步进电机控制接口框图如下：步进电机控制仿真图如下： 三：实验心得体会通过这次课程设计，我对软件和硬件的设计有了更深刻的认识。对PID控制算法、微分先行PID控制算法、smith预估控制算法、大林算法有了整体的把握，通过比较了解到：此外对于被控对象是带纯滞后性质的话，用可以实现补偿，使系统控制效果更好;PID参数的选择对系统的稳定性影响很大，所以我们对PID参数进行整定，但是整定过程相当复杂，应用可以获得较好的结果，超调比较小，调节时间也相应的减小。微机控制课程设计报告学 院：机械与电子工程学院姓 名：章 波专 业：自动化班 级：070622学 号：07062231指导老师：胡开明2010-12-29
