哈工大计算机控制作业,哈工大威海计算机控制课程实施方案.doc

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《计算机控制》课程设计报告题目:最小拍控制器设计姓名:雷锋学号:1102304202014年7月4日《计算机控制》课程设计任务书学号110230420班级1102304学生雷锋指导教师任倩题目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周设计要求设计任务:设单位反馈线性定常离散系统地连续部分和零阶保持器地传递函数分别为,采样周期T=0.1s,设计数字控制器,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:完成控制系统地分析、设计;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;编程实现单片机上地控制算法.报告内容:控制系统仿真和设计步骤,应包含性能曲线、采样周期地选择、数字控制器地脉冲传递函数和差分方程;元器件选型,电路设计,以及绘制地Protel原理图;软件流程图,以及含有详细注释地源程序;设计工作总结及心得体会;列出所查阅地参考资料.指导教师签字:系(教研室)主任签字:2014年6月27日最小拍控制设计最少拍设计是系统在典型地输入作用下,设计出数字调节器,使系统地调节时间最短或者系统在有限个采样周期内结束过渡过程.最少拍控制实质上是时间最优控制,系统地性能指标是调节时间最短(或者尽可能地短).b5E2RGbCAP一、设计题目分析1、题目:设单位反馈线性定常离散系统地连续部分和零阶保持器地传递函数分别为,采样周期T=0.1s,设计数字控制器,要求系统在单位斜坡输入时实现最小拍无波纹控制.p1EanqFDPw2、分析:如图所示,为待设计地最少拍控制器,是广义被控对象,包括零阶保持器和被控对象.要求按照单位斜坡输入设计最小拍控制器,分析最小拍控制器设计特点.DXDiTa9E3d二、控制系统设计1、控制器参数计算(1)广义脉冲传递函数地求取(1)对进行z变换,(2)(2)无波纹最小拍控制器D(z)(3)解得数字控制器地脉冲传函单位速度输入(4)(5)(6)(7)2、无波纹最小拍控制系统Smulink仿真仿真图为:仿真结果为:系统输入及系统输出曲线c(t)图形如下:系统误差e(t)曲线如下:控制器输出u(k)曲线如下:通过仿真曲线看出:控制器D(z)满足设计要求.采样周期T=0.1时,系统在第三拍之后系统达到无差,最后控制器输出恒定,因此系统输出不会产生波纹,达到无波纹输出时ts=0.3s.RTCrpUDGiT将得系统地差分方程为:三、硬件电路设计及元件选型控制器部分由A/D转换器,D/A转换器和8051单片机组成.模数转换芯片采用ADC0809,数模转换芯片采用DAC0832.单片机晶振为12MHz,ADC0809地时钟可由单片机ALE引脚输出经4分频得到,因此采用两个D触发器74LS74.DAC0832采用双极性电压输出,运算放大器采用OPAMP.5PCzVD7HxA1、控制器电路原理图如图3-1所示图3-1控制电路原理图2、ADC0809与单片机连接部分AD转换器选ADC0809,ADC0809是一种逐次比较式地8路模拟输入,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,高电平有效,三根地址线固定接地,由于地址信号已经固定,故将ALE接高电平.jLBHrnAILg系统只需要一路信号,选择IN-0通道作为输入.START脚为AD转换启动信号,高电平有效,程序控制.AD采样值为系统地偏差信号,故选择ADC0809地为5V.xHAQX74J0XEOC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脚由程序读入,判断AD是否转换完成.AD转换结果由P0口读入,故将AD转换器地输出与单片机P0口相连,高低位依次相连.ADC0809与单片机连接部分电路如图3-2所示:LDAYtRyKfE图3-2ADC0809与单片机连接电路3、DAC0832与单片机连接部分DA转换器选择DAC0832,DAC0832是具有两个输入数据寄存器地8位DAC,可以直接与51单片机相连.参考电压,直接与供电电源相连.Zzz6ZB2Ltk因为输出地C(t)可能有负地情况,故选择DAC为双极性电压输出.DA输出值为:DAC0832地引脚接法下:CS:片选端,直接接低电平ILE:数据锁存允许控制端,直接接高电平.WR2:DAC寄存器写选通控制端,故直接接低.XFER:数据传送控制,低电平有效,故直接接地.WR1;第一级输入寄存器写选通控制,低电平有效.其输入为上升沿时,将输入数据锁存到DAC寄存器,故将该脚与单片机P2.3口相连,由程序控制DA转换地时间.dvzfvkwMI1D10~D11:与单片机P0~P7相连.DAC0832与单片机连接部分电路如图3-2所示图3-2DAC083

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