計算機課程設計報告--串聯(lián)校正綜合法控制器設計

1、<p>　　《計算機控制》課程設計報告</p><p>　　題目: 串聯(lián)校正綜合法控制器設計 </p><p>　　姓名: </p><p>　　學號: </p><p>　　2015年6月12日</p><

2、;p>　　《計算機控制》課程設計任務書</p><p>　　指導教師簽字： 系（教研室）主任簽字：</p><p>　　2015年 6 月 12 日</p><p><b>　　方案設計：</b></p><p><b>　　一、題目分析</b><

3、;/p><p>　　設單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，采用模擬設計法設計數(shù)字控制器，使校正后的系統(tǒng)滿足如下指標：，，。</p><p><b>　　控制系統(tǒng)設計</b></p><p><b>　　1．被控對象特性</b></p><p>　　圖1 被控對象整體框圖</p><p&g

4、t;　　圖2 校正前后幅頻特性圖</p><p><b>　　2．控制器的設計</b></p><p>　　2.1取K=70，畫待校正系統(tǒng)對數(shù)幅頻特性||dB，如圖2所示。求得待校正系統(tǒng)的截止頻率=24rad/s。</p><p>　　2.2繪制期望幅頻特性</p><p><b>　　低頻段：</b&

5、gt;</p><p>　　I型系統(tǒng)，=1rad/s時，有：20lg|| =20lgK=36.9dB斜率為-20dB/dec，與20lg||的低頻段重合。</p><p><b>　　中頻及銜接段：</b></p><p><b>　　由式：</b></p><p>　　將及轉(zhuǎn)換為響應的頻域指標，并

6、取為=1.6，=13rad/s</p><p>　　按式（2-17）及（2-18）估算，應有4.88rad/s，21.13rad/s </p><p>　　在=13rad/s處，作-20dB/dec斜率直線，交20lg||于=45rad/s處，見圖 取=4rad/s，=45rad/s。</p><p>　　此時，H=/=11.25。由式（2-9）知，相應的</

7、p><p>　　在中頻段與過=4rad/s的橫軸垂線的的交點上，作-40dB/dec斜率直線，交期望特性低頻段于=0.75rad/s處。</p><p><b>　　高頻及銜接段：</b></p><p>　　在=45rad/s的橫軸垂線與中頻段的交點上，作斜率為-40dB/dec直線，交待校正系統(tǒng)的20lg||于=50rad/s處；時，取期望特性

8、高頻段20lg||與待校正系統(tǒng)高頻段特性20lg||一致。</p><p>　　于是，期望特性的參數(shù)為：=0.75rad/s，=4rad/s，=45rad/s，=50rad/s， =13rad/s，H=11.25。</p><p>　　2.3將||與||dB特性相減，得串聯(lián)校正裝置傳遞函數(shù)：</p><p><b>　　2.4驗算性能指標</b>

9、;</p><p>　　校正后系統(tǒng)開環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù)：</p><p>　　直接算得：=13rad/s，，=1.4，，。完全滿足設計要求。 </p><p>　　三、MATLAB仿真</p><p><b>　　1．校正前性能曲線</b></p><p><b>　　1.1校正前電路&

10、lt;/b></p><p><b>　　1.2校正前伯德圖</b></p><p>　　1.3校正前階躍響應曲線</p><p><b>　　2．校正后性能曲線</b></p><p><b>　　2.1校正后電路</b></p><p><

11、;b>　　2.2校正后伯德圖</b></p><p>　　2.3校正后階躍響應曲線</p><p><b>　　3．控制器Z變換</b></p><p>　　3.1 Z變換可得：</p><p><b>　　D(Z)= </b></p><p><b&

12、gt;　　3.2 差分方程：</b></p><p>　　u(k)=1.6144u(k-1)-0.616u(k-2)+0.8193e(k)-1.54093e(k-1)+0.7242e(k-2)</p><p>　　3.3 MATLAB電路</p><p><b>　　四、硬件電路搭建</b></p><p>

13、<b>　　1．控制器選擇</b></p><p><b>　　1.1 控制器選擇</b></p><p>　　選擇8051單片機，外接晶振為12MHz.</p><p><b>　　1.2 A/D選擇</b></p><p>　　由于用proteus進行仿真，但在它的庫里沒A

14、DC0809的仿真模型，而有ADC0808的，故AD轉(zhuǎn)換器選ADC0808。ADC0808是一種逐次比較式的8路模擬輸入，內(nèi)部具有鎖存功能，故不需要加地址鎖存器。ALE腳為地址鎖存信號，高電平有效，三根地址線固定接地，由于地址信號已經(jīng)固定，故將ALE接高電平。</p><p><b>　　1.3 D/A選擇</b></p><p>　　選擇DAC0808，8位數(shù)模轉(zhuǎn)換

15、集成芯片，電流輸出，A1—A8為8位并行數(shù)據(jù)輸入端，可以滿足設計的要求。</p><p><b>　　輸出電壓值為： </b></p><p>　　1.4 A/D轉(zhuǎn)換電路的設計</p><p>　　將AD轉(zhuǎn)換的ADDA,ADDB,ADDC接地，選擇IN0鎖存器。</p><p>　　EOC接P3.2,轉(zhuǎn)換結束則輸出1，否

16、則輸出為0；</p><p>　　OE接Vcc，輸出數(shù)字量；</p><p>　　ST接P3.6,轉(zhuǎn)化開始信號。由1變零轉(zhuǎn)換開始；</p><p>　　IN0接輸入的模擬數(shù)據(jù)e(t);IN1-IN7懸空；</p><p>　　Clock接外部時鐘源，輸入600KHZ時鐘信號；</p><p>　　Vref(+)接+5V

17、,Vreft(-)接-5V，VCC接電源,GND接地；</p><p>　　OUT1-OUT8接單片機的P0.0-P0.7;</p><p>　　1.5 D/A轉(zhuǎn)換電路設計</p><p>　　A1-A8接單片機的P1.0-P1.7，數(shù)字量輸入；</p><p>　　VEE引腳接-5V,VREF+選擇+5V；</p><p

18、>　　此時DAC0808處于直通工作方式，一旦有數(shù)字量輸入，就直接進入DAC寄存器，進行D/A轉(zhuǎn)換。</p><p>　　1.6 8051單片機的電路設計：</p><p>　　P0.0-P0.7接A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字輸入端；</p><p>　　P1.0-P1.7接D/A轉(zhuǎn)化數(shù)字輸出端；</p><p>　　P3.6接A/D轉(zhuǎn)換ST端；&l

19、t;/p><p>　　P3.2接A/D轉(zhuǎn)換EOC端；</p><p>　　外接12MHZ的時鐘電路輸入到時鐘端XTAL1,XTAL2;</p><p>　　外接復位電路到RET；</p><p><b>　　2．部分電路圖</b></p><p>　　2.1 整體電路圖：</p><

20、;p>　　2.2 A/D轉(zhuǎn)換電路圖</p><p>　　2.3 D/A轉(zhuǎn)換電路圖</p><p>　　2.4 單片機部分電路圖</p><p>　　2.5 控制對象傳函電路圖</p><p>　　2.6 時鐘及復位電路</p><p><b>　　五、單片機控制算法</b></p>

21、;<p><b>　　1．程序流程圖</b></p><p>　　圖18 程序流程圖</p><p><b>　　2．源程序</b></p><p>　　/******************延時子程序*******************/</p><p>　　void delay

22、()/*延時0.01s*/</p><p><b>　　{</b></p><p>　　#pragma asm</p><p>　　DEL: MOV R7,#40</p><p>　　DEL1: MOV R6,#125</p><p>　　DEL2: DJNZ R6,DEL2</p>

23、;<p>　　DJNZ R7,DEL1</p><p>　　#pragma endasm</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/****************主程序************************/</p><p>　　void main()</p>

24、<p><b>　　{</b></p><p>　　#pragma asm</p><p>　　MOV TCON,#01H; //設置外部中斷0位跳沿觸發(fā)方式</p><p>　　MOV IE,81H; //開中斷，設置為外部中斷0，工作方式0</p><p>　　#pragma en

25、dasm</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　#pragma asm</p><p>　　CLR P3.6 //負跳變，A/D轉(zhuǎn)換芯片開始工作</p><p><b>　　NOP&l

26、t;/b></p><p>　　NOP //三個空操作，為中斷查詢提供時間</p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　SETB P3.6 //跳沿觸發(fā)，A/D轉(zhuǎn)換芯片停止轉(zhuǎn)換工作</p><p>　　#pragma endasm</p><p>　　de

27、lay(); //等待下一次轉(zhuǎn)換</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/****************中斷服務子程序***************/</p><p>　　void in0() interrupt 0 using

28、0</p><p><b>　　{</b></p><p>　　ek2=ek1; //將ek1的值往后移入ek2</p><p>　　ek1=ek0; //將ek0的值往后移入ek1</p><p>　　ek0=P0; //P0口輸入存進ek0</p><p>　　uk2=

29、uk1; //輸出的uk1存入ek2</p><p>　　uk1=uk0; //輸出的uk0存入uk1</p><p>　　uk0=1.6144*uk1-0.616*uk2+0.8193*ek0-1.54093*ek1+0.7242*ek2; //計算輸出uk</p><p>　　P1=uk0; //將輸出由P1口輸出</p&

30、gt;<p><b>　　}</b></p><p>　　五、 設計工作總結及心得體會：</p><p>　　通過此次課程設計，收獲了很多。通過這幾天的學習，掌握了許多知識，深入的學習了自動控制系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)這兩門課的相關內(nèi)容，并結合了單片機課程內(nèi)容，完成了校正控制器的設計。并對MATLAB，SIMULINK還有PROTEUS等設計工具的熟練度大大

31、提高。</p><p>　　另外，本次計算機課程設計是一門涉及知識面非常廣的課設，在此次課程設計中，不但復習了計算機控制系統(tǒng)，還對自動控制原理，單片機應用這兩門課有了更加的理解，加深了對課程的理解。</p><p>　　在課設的過程中，遇到了很多平時學習中忽略的問題。在將理論應用于實際設計的過程中，常常發(fā)現(xiàn)過去在書本上學到的方法并不一定能很好地運用于實際設計，需要根據(jù)具體情況具體分析，這也

32、大大的鍛煉了自己將理論與實際結合，靈活運用的能力。</p><p>　　在學習的過程中，也遇到了很多自己不懂或者不理解的地方，后來通過去圖書館查閱資料以及上網(wǎng)搜索相關問題得到了解決，這也鍛煉了自己處理實際問題和查閱資料的能力。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　【1】劉建昌 編著 《計算機控制系統(tǒng)》 北京：科學出

33、版社，2009</p><p>　　【2】張毅剛 主編 《單片機原理及應用》 北京：高等教育出版社，2010.05</p><p>　　【3】張晉格主編 《自動控制原理》 哈爾濱工業(yè)大學出版社，2007.2</p><p>　　【4】郭天祥主編.《51單片機C語言教程》 電子工業(yè)出版社，2009.1</p><p>　　【5】趙廣元 編著