具有纯滞后一阶惯性系统的计算机控制系统设计计控课设报告.docx

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1、目录第一部分设计任务2一、课程设计题目及要求2二、设计任务对象与设计的分析论证3第二部分设计方案5一、设计方案分析论证5二、系统方框图14三、程序设计流程图15第三部分电路设计19一、器件选择19二、温度检测电路与整形放大滤波电路21三、A/D转换电路21四、D/A转换电路22五、数码管显示电路23第四部分整机电路图24第五部分安装调试及性能检测25一、安装调试25二、系统性能分析25第一部分设计任务一、课程设计题目及要求题目：具有纯滞后一阶惯性系统的计算机控制系统设计要求：1、针对一个具有纯滞后的一阶惯性环节的温度控制系统和给定的系统性能指标：

2、（1）工程要求相角裕度为30°～60°，幅值裕度>6dB（2）要求测量范围-50℃～200℃，测量精度0.5％，分辨率0.2℃2、书面设计一个计算机控制系统的硬件布线连接图，并转化为系统结构图；3、选择一种控制算法并借助软件工程知识编写程序流程图；4、用MATLAB和SIMULINK进行仿真分析和验证;对象确定：K=10*log(C*C-sqrt(C)),rand(‘state’,C),T=rang(1),考虑θ=0或T/2两种情况。C为学号除去最后一位的后3位数，如学号201330583168，则C=316，K=115.7，T=0.9824，θ

3、=0或0.49125、进行可靠性和抗干扰性的分析。6、时间安排：7天二、设计任务对象与设计的分析论证1.控制对象的分析与说明由设计任务可知，本人的学号为201330581010，则C=101。在MATLAB命令窗口中输入相关的命令可以得到K和T。C=101;K=10*log(C*C-sqrt(C))K=92.2926rand('state',C)T=rand(1)T=0.6211即是K=92.2926，T=0.6211由要求可得θ=0或θ=T/2=0.3106（1）当纯时延为0时(=0)，被控对象传递函数为：（2）当纯时延为T/2(＝0.3106

4、)，被控对象传递函数为：针对以上两种情况，需要分别进行分析，以取得预期效果。2.系统设计的一般步骤和要点完成控制目的？达到预期目的？硬件有错？系统试运行布线和安装写EPPROM元器件芯片选择和测试编制源程序、调试和仿真开关量、模拟量I/O通道设计画应用程序流程图系统控制工艺流程图系统总体方案设计投入运行调试硬件控制对象的功能和工作过程的分析第二部分设计方案一、设计方案分析论证1.控制对象特性分析（1）当=0时，使用MATLAB画出其频率特性曲线图，程序如下：num=[92.2926]den=[0.62111]g=tf(num,den);margi

5、n(g);gridon;得到=0时的系统波特图：从上图可以看出，系统的幅值裕度为无穷大，相角裕度为90.6，故不满足题要求。（2）当＝0.3106时，使用MATLAB画出其频率特性曲线图，其程序如下：num=[122.0501]den=[0.81901]g=tf(num,den,'iodelay',0.4095);margin(g);gridon;得到＝0.3106时的系统波特图：从波特图中可以看出幅值裕度为-0.111，相角裕度为-33.6。所以不满足要求。综上，分别要对＝0和＝0.3106两种情况分别进行设计。2.算法选择最小拍无纹波：即最少

6、调整时间系统，在给定某种典型输入（如单位阶跃输入、单位速度输入或单位加速度输入）条件下，通过设计一个控制规律使得闭环系统输出具有最快的响应速度，且输出的采样点之间没有纹波。在满足系统的快速性、准确性、稳定性和可实现性条件下，设计出来的数字调节器可以实现无静差的稳定状态。但是最少拍系统存在着局限性：对输入信号类型的适应性差；对系统参数的变化敏感；控制作用易超出允许的控制范围。Dalin算法：在控制系统设计中，纯滞后往往是影响系统动态特性的不利因素，如在热工和化工的许多工业生产过程中，其被控对象模型的不确定性、参数随时间的漂移性和含有较大的纯滞后，如

7、果要求控制系统在最少拍内达到稳态，则不但不能达到预期的效果，反而会引起系统产生大的超调或振荡。而事实上，对这类系统的控制要求，快速性是次要的，而主要要求系统没有超调或很少的超调。达林算法就是一种专门针对工业生产过程中含有纯滞后控制对象的直接数字设计算法。综合选择：对温度控制系统的要求,主要是保证炉温按规定的温度工艺曲线变化,超调小或者无超调,稳定性好,不振荡,对系统的快速性要求不高。而Dalin算法的设计目标是对带时延的一阶或二阶惯性环节工业对象，设计一个数字调节器，使得整个闭环系统的传递函数为具有纯时延特性的一阶惯性环节，目的是使输出无超调或者

8、超调很小。结合本次课程设计的控制对象数学模型，若其为不带延时的一阶惯性环节，则选用（1）方案，用最少拍无波纹来设计控制器；若其为带时延的