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1、计算机控制技术课程设计设计题目与设计要求指导教师：一、控制系统建模、分析、设计和仿真本课程设计共列出9个同等难度的设计题目，与前九组对应。（一）内容如下。Dy(z)G(s)R(z)Y(z)+_U(z)E(z)最少拍有波纹控制系统Dw(z)G(s)R(z)Y(z)+_U(z)E(z)最少拍无波纹控制系统(第1组) 控制系统建模、分析、设计和仿真设连续被控对象的实测传递函数为：用零阶保持器离散化，采样周期取0.1秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。（第2组） 控制系统建模、分析、设计和仿真设连续被控
2、对象的实测传递函数为：用零阶保持器离散化，采样周期取0.2秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。（第3组） 控制系统建模、分析、设计和仿真设连续被控对象的实测传递函数为：用零阶保持器离散化，采样周期取0.2秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。（第4组） 控制系统建模、分析、设计和仿真设连续被控对象的实测传递函数为：用零阶保持器离散化，采样周期取0.05秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹
3、控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。（第5组） 控制系统建模、分析、设计和仿真设连续被控对象的实测传递函数为：用零阶保持器离散化，采样周期取0.05秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。（第6组） 控制系统建模、分析、设计和仿真设连续被控对象的实测传递函数为：用零阶保持器离散化，采样周期取0.01秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。（第7组） 控制
4、系统建模、分析、设计和仿真设连续被控对象的实测传递函数为：用零阶保持器离散化，采样周期取0.01秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。（第8组） 控制系统建模、分析、设计和仿真设连续被控对象的实测传递函数为：用零阶保持器离散化，采样周期取0.02秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。（第9组） 控制系统建模、分析、设计和仿真设连续被控对象的实测传递函数为：用零阶保持器离散化，采样周期取0.02秒，分别
5、设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。（二）1、求被控对象传递函数G(s)的MATLAB描述。2、求被控对象脉冲传递函数G(z)。3、转换G(z)为零极点增益模型并按z-1形式排列。4、确定误差脉冲传递函数Ge(z)形式,满足单位加速度信号输入时闭环稳态误差为零和实际闭环系统稳定的要求。5、确定闭环脉冲传递函数Gc(z)形式，满足控制器Dy(z)可实现、最少拍和实际闭环系统稳定的要求。6、根据4、5、列写方程组，求解Gc(z)和Ge(z)中的待定系数并最终求解Gc(z)和Ge(z) 。7、求针对单位加速度
6、信号输入的最少拍有波纹控制器Dy(z)并说明Dy(z)的可实现性。8、用程序仿真方法分析加速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。9、用图形仿真方法(Simulink)分析单位加速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。10、确定误差脉冲传递函数Ge(z)形式,满足单位速度信号输入时闭环稳态误差为零和实际闭环系统稳定的要求。11、确定闭环脉冲传递函数Gc(z)形式，满足控制器Dw(z)可实现、无波纹、最少拍和实际闭环系统稳定的要求。12、根据10、11、列写方程组，求解Gc(z)和Ge(z)中的待定系数并最终求解Gc(z)和Ge(z) 。13、求针对单位速度信号输入的最少拍无波纹控制器Dw(
7、z)并说明Dw(z)的可实现性。14、用程序仿真方法分析单位速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。15、用图形仿真方法(Simulink)分析单位速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。16、根据8、9、14、15、的分析，说明有波纹和无波纹的差别和物理意义。二、数字滤波系统设计1用计算机模拟带有干扰的正弦信号R（频率100Hz）。首先计算机产生一个随机信号，再与正弦信号叠加。2计算机对含有干扰的正弦信号进行数字滤波处理，保留正弦信号，去除干扰。3输入为模拟电压，输入模拟电压范围为0+5V，最后滤波的结果用LED显示器显示。第10组：（第1人 ） 1）分析数字滤波的常用方法，以及各自的优
8、缺点； 2）采用一阶惯性滤波器算法，设计算法程序； 3）通过数据分析采样周期T对滤波效果的影响； 4）撰写设计说明书。第11组：（第2人） 基本要求同第人，只有第2）点要求不同 2）采用平均值滤波算法，设计算法程序；第12组：（第3人）基本要求同第2人，只有第3）点要求不同 3）通过数据分析参与平均值滤波的测量数据个数对对滤波效果的影响；第13组：（第4人） 基本要求同第1人，只有第2）点要求不同 2）加权平均值滤波器，设计算法程序；第14组：（第5人）基本要求同第4人，只有第3）点要求不同 3）通过数据分析参与加权平均值滤波的采样数据个数对滤波效果的影响；第15组：（第6人）基本要求同第4人
9、，只有第3）点要求不同 3）通过数据分析四次采样值加权平均值滤波器的系数对滤波效果的影响；三、温度控制系统设计被控对象为电炉，采用热阻丝加热，利用大功率可控硅控制器控制热阻丝两端所加的电压大小，来改变流经热阻丝的电流，从而改变电炉炉内的温度。可控硅控制器输入为05伏时对应电炉温度0300，温度传感器测量值对应也为05伏，对象的特性为带有纯滞后环节的一阶系统，惯性时间常数为T130秒，滞后时间常数为10秒。第16组：（第1人）1）设计温度控制系统的计算机硬件系统，画出框图； 2）编写积分分离PID算法程序，从键盘接受Kp、Ti、Td、T及的值； 3）通过数据分析Kp改变时对系统超调量的影响。 4
10、）撰写设计说明书。第17组：（第2人）基本要求同第1人，只有第3）点要求不同： 3）通过数据分析Ti改变时对系统超调量的影响。第18组：（第3人）基本要求同第1人，只有第3）点要求不同： 3）通过数据分析Td改变时对系统超调量的影响。第19组：（第4人）基本要求同第1人，只有第3）点要求不同： 3）通过数据分析T改变时对系统超调量的影响。第20组：（第5人）基本要求同第1人，只有第3）点要求不同： 3）通过数据分析改变时对系统超调量的影响。第21组：（第6人） 1）设计温度控制系统的计算机硬件系统，画出框图； 2）撰写设计说明书。第22组：（第7人）基本要求同第1人，但对象特性为积分加惯性系统
11、，惯性时间常数为40秒。第23组：（第8人）基本要求同第2人，但对象特性为积分加惯性系统，惯性时间常数为40秒。第24组：（第9人）基本要求同第3人，但对象特性为积分加惯性系统，惯性时间常数为40秒。第27组：（第10人）基本要求同第4人，但对象特性为积分加惯性系统，惯性时间常数为40秒。第28组：（第11人）基本要求同第5人，但对象特性为积分加惯性系统，惯性时间常数为40秒。第29组：（第12人）基本要求同第1人，但对象特性为二阶惯性系统，惯性时间常数均为20秒。第30组：（第13人）基本要求同第2人，但对象特性为二阶惯性系统，惯性时间常数均为20秒。第31组：（第14人）基本要求同第3人，
12、但对象特性为二阶惯性系统，惯性时间常数均为20秒。第32组：（第15人）基本要求同第4人，但对象特性为二阶惯性系统，惯性时间常数均为20秒。第33组：（第16人）基本要求同第5人，但对象特性为二阶惯性系统，惯性时间常数均为20秒。四、可燃气体检测及报警装置1对常见可燃气体进行自动监测的报警装置2检测到气体浓度超过设定上限时，发出声光报警 3工作原理：采用的控制方案-直接数字控制（DDC）第34组：（第1人）1）设计可燃气体检测及报警装置硬件系统，画出框图； 2）检测到气体浓度超过设定上限时，发出声光报警； 3）采用的控制方案-直接数字控制（DDC）； 4）CPU采用单片机； 5）撰写设计说明书
13、。第35组：（第2人）基本要求同第1人，只有第4）点要求不同： 4）CPU采用PLC。第36组：（第3人）基本要求同第1人，只有第4）点要求不同： 4）CPU采用PC。五、非编码键盘的扫描程序设计1通过8155扩展I/O口行列式键盘；2利用8031微控制器。第37组：1）8155扩展I/O口组成48行列式键盘，设计非编码键盘的扫描硬件系统，画出电路图； 2）对键盘按键能够正确识别，去抖动；3）键盘扫描； 4）撰写设计说明书。第38组：1）8155扩展I/O口组成66行列式键盘，设计非编码键盘的扫描硬件系统，画出电路图； 2）对键盘按键能够正确识别，去抖动；3）键盘扫描； 4）撰写设计说明书。六、逐点比较插补原理的实现设计一个计算机控制步进电机系统，该系统利用PC机的并口输
