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1、天 津 理 工 大 学自动化学院课程设计报告题目： 最小拍无波纹控制系统设计学生姓名 刘楠楠 学号 20110729 届 2011 班级 电气一班 指导教师 专业 电气工程及其自动化 目录1 课题简介2 总体方案及硬件设计2.1-系统描述2.2-硬件设计2.2.1- A/D2.2.2- D/A2.2.3-单片机及定时器设计2.2.4-电源部分设计2.3-总体方案设计原理图3 控制算法设计3.1-控制算法描述 4 软件编程设计4.1-软件编程调试平台4.2-软件流程图4.3-软件程序代码5 小结6 参考文献1课程简介利用STC89C52单片机设计最小拍无波纹控制系统，被控对象的数学模型为 G(s
2、)=5/s(0.8s+1)，设计最少拍无波纹控制算法，并编程实现；根据要求，实现在单位速度信号的作用下，达到控制要求。2总体方案及硬件设计2.1-系统描述本系统设计使用STC89C52单片机和ADC、DAC等基本元件构成闭环控制系统，整体结构如图：STC89C52控制对象D/AA/D2.1-硬件设计2.2.1- A/DADC芯片选用常用芯片ADC0809，它是一个8位ADC芯片，可以多路切换的CMOS组件，转换方法采用主次逼近法。性能相对较为可靠，价格低廉，使用简单。其中输入信号端加有LM358构成的放大器，可以增加信号的灵敏度和分辨率。电路结构图如下：2.2.2- D/A选用DAC8032芯
3、片，它是一个8位DAC芯片，本本电路单元采用，单电源供电，它是一款常用的DAC芯片，再输入信号端加上LM358构成的放大电路，不仅提高了系统的可靠程度，而且增加了控制信号的分辨率。2.2.3-单片机及定时器设计STC89C52单片机也是51系列单片机，相对于传统法51单片机，在性能和可靠性上都有较大的提高，电路图设计如下：2.2.4-电源部分设计电源部分选用LM7805和LM7905构成，外加电压范围为812V，能够输出+5和-5V电压，能够满足体统设计的点电平要求，电路图如下：2.3-总体方案设计原理图3 控制算法设计3.1-控制算法描述1、定时器T0的初值计算本设计单片机采用12M晶振，由
4、于51单片机12分频，所以系统周期为1微秒。ADC0809的转换频率最大为500KHZ，而单片机的系统时钟为1M，所以本系统采用ADC0809全速工作，而对单片机IO口进行采样的周期为1S. 定时器定时时间为50MS,利用单片机小精灵软件可以方便的计算出当定时器0工作在方式1时，TH0=3C,TL0=B0。2、对输入信号的滤波 本设计利用中值滤波的方法对P2口采集的ADC输入信号数据进行处理，中值滤波是一种较为简单有效的滤波方法，对椒盐信号干扰有较好的抑制作用，不仅可以有效的减少信号干扰带来的影响，而且相对别的滤波方法，能够降低程序的执行时间。3、最少拍无波系统的差分方程计算首先使用MATLA
5、B对G(S)进行Z变换，则变换过程如下： np = 0 0 5np = 0 0 5dp = 0.8 1 0dp = 0.8000 1.0000 0hs = tf(np,dp) Transfer function : 5-0.8 s2 + shz = c2d(hs ,1)Transfer function : 2.146 z + 1.421- Z2 1.287z + 0.2865：G(z)= 2.146 z + 1.421- Z2 1.287z + 0.2865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=1,一个零点b1=-0.662，两个极点，单位速度信号,所以q=1，则
6、闭环脉冲传递函数为由得系数，则系统脉冲传函为 误差脉冲传函为 由得设计的控制器为将得系统的差分方程为：u(k) = 0.357u(k-1)+0.593u(k-2)+0.294e(k)-0.236e(k-1)+0.645e(k-2)4 软件编程设计4.1-软件编程调试平台 本程序的开发环境为Keil uvisin4,是一款较为常用的开发环境，支持硬件仿真。4.2-软件流程图采样周期变量加1定时器初值重装装CLK=CLK中断返回A/D时钟程序采样中断服务程序开始主程序初始化等待中断NY中断返回定时器初值重装D/A输出u(k)采样变量赋新值采样周期变量初始化A/D采样计算u(k)采样周期是否到4.3
7、-软件程序代码#includeunsigned char count =0; /定时器计数量unsigned char count1 =0; /中值滤波计数量unsigned char ad_data ; /装入AD值char e; /当前采样的实际值flout out_data; /当前经过运算后的实际值char u; /定义DA输出量char u0=0,u1=0,e0=0,e1=0; /采样值char mid_data5=0; /中值滤波的保存值char i,j; /冒泡排序的参数void timeInit(); /定时器初始化函数void main(void) /主函数 timeInit
8、(); while(1);void timeInit() TMOD |= 0X01; /选择定时器0，工作方式1 TH0 = 3C; /设置定时器0初值 TL0 = B0; EA = 1; /打开全局中断 ET0 = 1; /打开定时器中断 TR0 = 1; /定时器中断打开 void Time0_isr(void) interrupt 1 using 1 TH0 = 3C; /重新装入初值 TL0 = B0; if(count=20) /定时器定满一秒 count=0;ad_data=P2;e = ad_data- 128; / 因为是双极性输入的这样得到的实际值有正负电压/最少拍无波纹差分
9、方程算法If(out_data0) /用于限定当前值在-127+127之间 if(out_data =127) u=127; else u=(char)out_data;else if(out_data=4) count1=0; for(i=0;i5;i+) for(j=0;jmid_dataj+1) temp=mid_dataj; mid_dataj = mid_dataj+1; mid_dataj+1 = temp; P2=mid_data2; /滤波后输出值 5 小结通过本系统的设计，我较为详细清晰地了解了最少波无波纹控制算法。它对输入信号的快速响应让我感觉很是神奇，但是，在完成课程设计
10、的过程中也遇到了大量的困难，特别是复杂的差分方程的运算，由于对MATLB不是很熟悉，所以很多参数要自己动手去算，但是，大量的数学运算让我感觉很是困难，不过经过一番努力，最后还是被完美的解决了。在此过程中，让我清醒的认识到数学的重要性。本设计系统，硬件部分相对来说比较简单，用的基本上是常用的芯片，再结合数据手册，能够很好的完成，信号也基本让人满意。通过对资料的查询，让我更进一步提高了自己的知识获取能力。6 参考文献1赖寿宏 主编 微型计算机控制技术 华中科技大学出版社 1994 2李毅刚 主编 单片机原理及应用 高等教育出版社 2003 3李铁桥 主编 计算机控制理论与应用 20054谢龙汉 主
11、编 Autium Designer 原理图与PCB设计及仿真 电子工业出版社 20125Pro Log . Technical Manual and Data Book6J. A .Moore ,S .M Herb .Understanding Distributed Process Systems. Instrument Society of America, 20057J . V .Levy. A multiple computer system for reliable transaction processing ,ACM SIG SMALL Newsletter, 4,NO .5, 20068LATTIC Semiconductor Crop .,GAL Data Book ,20099周培德 主编 计算几何 清华大学出版社 200410Anany 主编 算法设计与分析基础 清华大学出版社 2002
