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1、计算机控制课程设计报告题目: 非最小拍控制设计 姓名: 李凯 学号: 070210310 姓名: 姜意驰 学号: 070210320 姓名: 孙韬 学号: 070210330 2010 年 12 月 3 日1计算机控制课程设计任务书专 业自动化班 级0702103学 生李凯 姜意驰 孙韬指导教师王晓丽题 目非最小拍控制设计设计时间2010 年 11 月 27 日 至 2010 年 12 月 3 日 共 1 周设计要求设计任务：已知含零阶保持器的广义被控对象为，针对单115 . 01 5 . 0)(zzzG位速度输入，设计具有抗系统参数变化能力的非最小拍系统，分析该设计当被控对象参数变化为时的系
2、统输出。114 . 01 6 . 0)(zzzG方案设计： 1. 采用 Matlab 完成控制系统的建立、分析、设计和模拟仿真；2. 选择元器件,完成电路设计，控制器采用 MCS-51 系列单片机 (传感器、功率接口以及人机接口等可以暂不涉及)，使用 Protel 绘制原理图； 3. 控制算法采用单片机汇编语言编程实现（应通过编译，无语 法错误） 。报告内容: 1. 控制系统仿真和设计步骤，应包含 Matlab 仿真的性能曲线、 采样周期 T 的选择、数字控制器脉冲传递函数和差分方程形 式； 2. 元器件选型过程，电路设计过程，绘制的 Protel 原理图； 3. 算法流程图，含有详细注释的汇
3、编源程序； 4. 设计工作总结及心得体会； 5. 列出所查阅的参考资料。指导教师签字： 系（教研室）主任签字：2010 年 11 月 26 日2一、题目分析根据题目要求，含零阶保持器的广义被控对象为，针对单115 . 01 5 . 0)(zzzG位速度输入，设计具有抗系统参数变化能力的非最小拍系统，分析该设计当被控对象参数变化为时的系统输出。114 . 01 6 . 0)(zzzG二、设计非最小拍控制器1.离散控制器的计算根据非最小拍设计方法，计算过程如下：110.5( )1 0.5zG zz（1） 按照速度输入，有1 21( )(1) (1)ezzz（2）( )1( )ezz （3）1( )
4、( )( )( )ezD zG zz （4）取=0.5 时，将，分别代入上式，可以得到( )G z( ) z( )ez1213(1 0.5)(3)( )1 1.50.5zzD zzz（5）2.MATLAB 仿真与参数调整在 MATLAB 中，使用 simulink 进行仿真，首先绘制控制系统的结构图如下：3图 1.控制系统结构图分别调整各个环节的参数，采样周期选择 1s，输入信号为。( )1( )R tt其中 D（z）表达式如（5）式，观察控制器的输出 u（kT）以及系统的 输入 r（t）输出 c（kT） 。（1） 当时，115 . 01 5 . 0)(zzzG输入 r(t)输出信号 c(kT
5、) 的波形图如下：图 2.输入输出信号波形其中 c(z)= 2341.534zzz 4控制器的输出 u（kT）图如下：图 3. （2）当114 . 01 6 . 0)(zzzG输入 r(t)输出信号 c(kT) 的波形图如下：其中2345( )1.82.883.8285.0268c zzzzz 5图 4控制器的输出 u（kT）图如下：图 5 从仿真的波形来看， 取 0.5 时，G(z)变化，系统输出稳态误差仍然趋近于零。 说明此控制器具有抗系统参数变化能力。1213(1 0.5)(3)( )1 1.50.5zzD zzz（6） 差分方程为： 35 . 0215 . 13)3(5 . 015 .
6、 1kekekekekukuku（7） 至此，数字控制器的理论设计就完成了。三、电路的设计元器件选型过程，电路设计过程，绘制的 Protel 原理图； 1. 由于 51 单片机大部分不带 AD 转换器，所以模拟量的采集就必 须靠 A/D 实现。我们选择 8 位精度的 AD 转换器 AD0804。 ADC0804 是 8 位逐次逼近型 A/D 转换器。它由一个 8 路模拟开关、一个地址 锁存译码器、一个 A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成（见图 1） 。6(1) PIN1 (CS )：Chip Select，与 RD、WR 接脚的输入电压高低一起判断读 取或写入与否，当其为低位准(low)
7、时会 active。 (2) PIN2 (RD)：Read。当 CS 、RD 皆为低位准(low) 时，ADC0804 会将 转换后的数字讯号经由 DB7 DB0 输出至其它处理单元。 (3) PIN3 (WR)：启动转换的控制讯号。当 CS 、WR 皆为低位准(low) 时 ADC0804 做清除的动作，系统重置。当 WR 由 01 且 CS 0 时，ADC0804 会开始转换信号，此时 INTR 设定为高位准(high)。 (4) PIN4、PIN19 (CLK IN、CLKR)：频率输入/输出。频率输入可连接处理 单元的讯号频率范围为 100 kHz 至 800 kHz。而频率输出频率最
8、大值无法大于 640KHz，一般可选用外部或内部来提供频率。若在 CLK R 及 CLK IN 加上电 阻及电容，则可产生 ADC 工作所需的时序。 (5) PIN5 ( INTR )：中断请求。转换期间为高位准(high)，等到转换完毕时 INTR 会变为低位准(low)告知其它的处理单元已转换完成，可读取数字数据。 (6) PIN6、PIN7 (VIN(+)、VIN(-)：差动模拟讯号的输入端。输入电压 VINVIN(+) VIN(-)，通常使用单端输入，而将 VIN(-)接地。 (7) PIN8 (A GND):模拟电压的接地端。7AD 与单片机电路如下：2DA 选择 DAC0832。具
9、有 8 位并行、中速(建立时间 1us)、电流 型、低廉(1020 元)的特点。 WR 有效电平为低电平，此时 DA 转换。设计电路将 WR 接单片机 P3.6.由 程序控制 P3.6 的高低。 DA 输入端 DI0-DI7 接单片机 P2 口。由程序控制 P2 的高低。 DA 与单片机的连接电路如下：DA 输出电路用双极性电路, 使输出电压极性可正可负。电路图如下：83设计单片机的电路需要考虑单片机的晶振电路，注意不要忘记接 电源。单片机晶振电路：PROTEL 绘制原理图：9图 6.数字控制器电路图四、程序设计1.程序流程图主程序开始定时器初始化控制端口初始化循环等待中断图 7.主程序流程图
10、10开始初始化定时器0开定时器0中断a=20 ? ?读取AD值差分方程计算uk赋值给P2 DA输出YN更新uk1,uk2,uk3ek1,ek2,ek3图 8.中断服务程序流程图2.源程序:#include #define uchar unsigned char #define uintunsigned intsbit wr=P36; /定义DA采样信号11sbit adr=P32; /定义AD读信号 sbit adw=P33; /定义AD写信号char uk1=0,uk2=0,uk3=0,ek=0,ek1=0,ek2=0,ek3=0; /前三次采样值和前三次控 制值uchar a=0; flo
11、at uk;void delay(uint z); void Initial(); char ad0804();void main() /主函数Initial(); TR0=1;while(1); void Initial() /定时器初始化 adr=1;TMOD=0x01;TH0=0x3C;TL0=0XB0;ET0=1;EA=1; char ad0804() /AD采样函数uchar out;adw=1;adw=0;adw=1;delay(20); adr=0;delay(10); adr=1; delay(10); out=P1;return out; void t0() interrup
12、t 1 using 1 /定时器0中断函数a+;12TR0=0;TH0=0x3C;TL0=0xB0; /重装初值TR0=1;if(a=20)a=0;wr=0;ek=ad0804();ek=ek-128; /采样实际偏差值uk=1.5*uk1-0.5*uk3+3*ek-1.5*ek1-ek2+0.5*ek3; /差分方程if(uk0) /当前输出值大于0if(uk127) uk=127; /判断是否溢出，溢出取极 值P2=(char)(uk)+128; /控制器输出值else /当前输出值小于0if(uk0;t1-) for(y=110;y0;y-); 13五、设计心得本次课程设计让我们进一步熟
13、悉并掌握了数字控制器设计的一般步骤，以 及使用 MALAB、PROTEL、KEIL 等软件进行设计、分析、仿真的过程。和以 往的课程设计不同，这次课程设计不再是个人工作，而是团队合作，从一开始 的分析题目，到后来的分工合作，我们三个小组成员都配合默契。在设计过程 中遇到的一些问题，比如控制器设计方案的选择，MATLAB 仿真模型的建立、 控制器程序的设计等，都在我们三人的共同努力下一一解决，最终安题目要求 完成了本次课程设计。本次课程设计锻炼的不仅是我们分析问题、解决问题的 能力，更是团队合作的能力。六、参考文献张毅刚 单片机原理及应用 高等教育出版社张晋格 控制系统 CAD 机械工业出版社 张晋格 自动控制原理 哈尔滨工业大学出版社 李铁桥 计算机控制理论与应用 哈尔滨工业大学出版社 胡寿松 自动控制原理 科学出版社小松鼠找花生小松鼠找花生教学设计教学设计 教材分析：教材分析：这是一篇科学童话，借小松鼠找花生这件事间接告诉学生花生在地下 结果这一常识，课文结尾小松鼠的问题与课题响应又引发学生思考。教学要求：教学要求：1、认识 12 个生字，会写“生、里、果“3 个字。认识 1 个偏旁“ “。2、正确、流利、有感情地朗读课文。3
