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1、作者：旧在几作品编号：2254487796631145587263GF24000022时间:2020.12.13计算机控制课程设计报告题目最小拍控制设计姓名：学号:2014 年 7 月 4 R计算机控制课程设计任务书学号班级学生指导教师题U最小拍控制设计设计时间2014年6月27日至2014年7月4日共1周设计任务:设单位反馈线性定常离散系统的连续部分和零阶保持器的传递Gp3=尹下Ga-13函数分别为s（ s + I）s，采样周期T=O.1S,设计数字控制器Q（ z）,要求系统在单位斜坡输入时实现最小拍无波纹控制。方案设计：1. 完成控制系统的分析、设计;2. 选择元器件，完成电路设计，控制器
2、采用MCS-5I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； 数字控制器的脉冲传递函数和差分方程;设计要求3?编程实现单片和设的控制算法包含性能曲线、采样周期的选择、2. 元器件选型，电路设计，以及绘制的Protel原理图;3. 软件流程图，以及含有详细注释的源程序；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2014年 6月 27日、题目分析根据题 IJ 要求，设单位反馈线性定常离散系统的连续部分和零阶保持器的传10 1严,釆样周期T=0.1s,设计数字控制器D (Z)，要求系统在单位斜坡输入时实现
3、最小拍无波纹控制。二、设计最小拍控制器1、控制系统总体介绍最小拍闭环控制系统包括给定值，输出值，D/A转换环节，数字控制器，被控对象，零阶保持器等环节。在数字随动控制系统中，要求系统的输出值尽快地跟踪给定值的变化，最少拍控制就是为满足这一要求的一种离散化设计方法。所谓最少拍控制，就是要求闭环系统对于某种特定的输入在最少个采样周期内达到无静差的稳态，且闭环脉冲传递函数具有以下形式：=。1厂+02厂+ 0肿式中N是在可能情况下的最小正整数。这一形式表明闭环系统的脉冲响应在N个釆样周期后变为0,从而意味着系统在N拍之内达到稳态。2、控制系统框图及闭环工作原理川心决丄 A/D转换器数字控制器 D(Z)
4、 D/A转换器被控对象测量变送装置图1控制系统框图最小拍双通道釆样的闭环系统框图如图1所示，在该系统中对给定值r(t)进 行D/A转换采样，得到离散化的r(z),并且对输出值c也进行D/A转换，得到c(z)，然后计算有e(k) =c(k)- r(z)o D(z)为讣算机控制系统的脉冲传递函数，U为输出的控制量，然后经过A/D转换后得到模拟控制量U(t)对包含零阶保持器的被控量进行控值进而达到要求的最小拍控制的3、最少拍无纹波系统控制算法设计10G G)=5(5 + 1)(1)带零阶保持器的广义被控对象为Gp(s)通过matlab, z变换程序为U的。(1)np=00 10;dp=l 1 0;h
5、s=tf ( np, dp);hz=c2d(hs,0.1)结果为Transfer function:0.04837 z + 0.04679zA2- 1.905 z +0.9048Sampling time:0.1 seconds 即、0.04837z +0.04679G(z)=r-1.905z +0.9048 无波纹最小拍控制器 D (z)根据G(z),对象有一个纯迟后因子 v=l,个零点血产乂 ?，两个极点，?、0?R =入函数为单位斜坡信号r(f) = = ,(1_Z )_ , m=2，则闭环脉冲传递函数D(z) = (I+0.967Z-，)(/忆-，+./; z-2)lii(1) =(1
6、-0.967)(/+/2)D，(1) =2.967/i+4.901/2得系数心-266,=_0- 758,则系统脉冲传函为误差脉冲传函为=1.266* +0.466Z -2 +0.733 严 =(1 _ 厂 尸(1 +0.733z_，) = 1-1.267z_，-0.466 厂 + 0.733 尹D.=八一由札得设计的控制器为?26.183(z-0.6986)(z-0.9048)D(z)二 (z-l)(z+0.733)2683# - 41 ? 982z +16.552亡-0.267z-0.7334、无波纹最小拍控制系统 simulink仿真JronEctaPqIq作者：旧在几作品编号：2254
7、487796631145587263GF24000022时间:2020.12.13图2控制系统整体框图仿真结果为：(1) 系统输入及系统输出曲线c(t)图形如图3所示:图3系统输入及系统输出曲线 c 系统误差e (t)曲线如图4所示：图4系统误差e (t)曲线控制器输出u (k)曲线如图5所示:通过仿真曲线看出：控制器 D满足设计要求，系统在第三拍之后系统达到无差，输出响应从第三个采样周期开始完全跟踪输入，且没有波纹。最后控制器输出恒定(u伙)=0),因此系统输出不会产生波纹，调节时间为将E(z)得系统的差分方程为：“伙)=0.267 伙 一 1) + 0.733 伙 一 2) + 26.18
8、3e 伙)一 41.983e伙-1) + 16.552e 伙-2)(6)三、硬件电路设计及元件选型1、AD转换器选择 AD0808由于51单片机大部分不带AD转换器，所以模拟量的釆集就必须弟 A/D实现。 我们选择8位精度的AD转换器ADO8O80 ADC0808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，内部具有锁存功能，故不需要加地址锁存器。ALE脚为地址锁存信号，三根地址线固定接地，山于地址信号已经固定，故将 ALE接高电平。AD釆样值为系统START脚为AD转换启动信号，高电平有效，程序控制。的偏差信号，故选
9、择 ADC0808的vref为邮V。山于ADC0808的时钟所限，AD转换器的时钟信号，山单片机 P2.1脚产生,将 CLOCK脚接单片机的P2。山单片机产生300khz的时钟信号。单片机晶振 可选择 为 12MHzoEOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明 正在 进行A/D转换。设计将其接单片机 P2.2脚曲程序读入，判断 AD是否转换 完成。AD 转换结果山P0 口读入，故将AD转换器的输出与单片机 P0 口相连，高低位依次相 连。25 124T23-ADDAADDB ADDCALEADC0808VREF(+)VREF(-)+5V-I -nioCUK6Start
10、7EQC 21AD720-A6319318AD4 8JUU5H14H4t5T6T7T8 9OE -?EOCT1T2OEUUUUUCLOCK XTAL1Po.a-ADoP0.1/AD1 P02AD2P0.3/AD3RP1RESPACK-839 ADO38怛37 ASInF29P0.4/AD4P0.WAD5P06AD6P0.7/AD736AD335SUT34普RSTPSENALEEAPAO1JAi2AA23A34JA45A56A67A78P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P2.0/A8P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3
11、.1/TXDP321RT6P3.11NTTP3.4/T0P3.5/T1P3.&WRP3.7/RD33A632 AD7START cfk2324Mw2522P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11272810nr1213151617AT89C51图8数字控制器硬件接线图4、被控对象如图9所示，左边的积分环节通过选取500K的输入电阻和2UF的并联电容 来实现，右边的放大器上并联了R=500K和C=2uF实现时间常数Js,然后 再通过凡=10实现放大系数Kp=10的要求。AR15O0k FU1:A、丄R25 50k|jflBLJHflL*I|U1:BTL084图9被控对象实现硬件电路图C2Ln !1 XI:-0(IIXTAL2J1XTAL :RSTALEJ2纫EOCOUT1OUT2OUT3OUT4OUT3OJT61H1:2IN3:U4 iHiPOGADOTC.1/AO1P0.3AD2P0.3A03P0.4.MXP0.5AD &P0.6AD6ro.7.AD7P2CABP2P2.2A10 P2.3A11P2.4.A12 P2&A13 P2.6A14
