无波纹最小拍控制设计

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1、《计算机控制》课程设计报告题目:无波纹最小拍控制设计2010年7月5日13《计算机控制》课程设计任务书专业学生题目无波纹最小拍控制设计设计时间2010年7月5日至2010年7月11日共1周设计要求设计任务：采用零阶保持器的单位反馈离散系统，被控对象为，要求系统在单位斜坡输入时，实现无波纹最小拍控制，用离散设计法设计数字控制器。方案设计：1.采用Matlab完成控制系统的建立、分析、设计和模拟仿真；2.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；3.控制算法采用单片机汇编语言编程实现（应通

2、过编译，无语法错误）。报告内容:1.控制系统仿真和设计步骤，应包含Matlab仿真的性能曲线、采样周期T的选择、数字控制器脉冲传递函数和差分方程形式；2.元器件选型过程，电路设计过程，绘制的Protel原理图；3.算法流程图，含有详细注释的源程序；4.设计工作总结及心得体会；5.列出所查阅的参考资料。指导教师签字：系（教研室）主任签字：2010年7月5日13方案设计：一、题目分析根据题目要求，设计无波纹最小拍控制器。采用零阶保持器的单位反馈离散系统，被控对象为，要求系统在单位斜坡输入时，实现无波纹最小拍控制，用离散设计法设计数字控制器。二、控制系统设计1、采样周期T的选择当取

3、采样周期T=1s时，经过理论验证，三拍后系统无波纹，达到无波纹输出时t=3s，满足控制器要求。当取采样周期T=0.1s时，满足控制器要求且三拍系统无波纹，达到无波纹输出时t=0.3s，但考虑到AD转换器和DA转换器的转换时间和速率有限，故在满足性能要求的前提下，这里选择采样周期T=1s。2、无波纹最小拍控制器的计算（1）带零阶保持器的广义被控对象为通过matlab，z变换程序为np=[0010];dp=[110];hs=tf(np,dp);hz=c2d(hs,1)结果为Transferfunction:3.679z+2.642----------------------z^2

4、-1.368z+0.3679Samplingtime:1即（2）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，两个极点，单位速度信号,所以q=1，则闭环脉冲传递函数为13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3、无波纹最小拍控制系统框图控制系统整体框图4、无波纹最小拍控制系统Matlab仿真通过Matlab观察阶跃输入响应输出程序如下num=[0.382-0.3640.0824];den=[1-0.407-0.593];dz=tf(num,den,-1);sys1=dz*hz;sys2=feedback(sys1,1);s

5、tep(sys2,20)13输出曲线如下由图可见，3拍后输出跟上输入，可实现最小拍控制，T=1s满足要求。5、无波纹最小拍控制系统simulink仿真仿真结果为：（１）系统输入及系统输出曲线c(t)图形如下：13（2）系统误差e（t）曲线如下：（3）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，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，调节时间为。将得系统的差分方程为：13三、硬件电路设计及元件选型控制器部分由AD转换器，DA转换器和AT89C51单片机组成。模数转换芯片采用ADC0809，数模转换芯片采用DA

6、C0832。系统结构总图1、AD转换器AD转换器选ADC0809,ADC0809是一种逐次比较式的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。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采样值为系统的偏差信号，故选择ADC0809的为5V。由于ADC0809的时钟所限，AD转换器的时钟信号，由单片机P2.1脚产生，将CLOCK脚接单片机的P2.1。由单片机产生500khz的时钟信号。单片机晶振可选择为12MHz

7、。EOC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转换器的输出与单片机P0口相连，高低位依次相连。设计AD转换器的接口电路如图所示：13AD转换器的接口电路2、DA转换器DA转换器选择DAC0832,DAC0832是具有两个输入数据寄存器的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。因为输出的C（t）可能有负的情况，故选择DAC为双极性电压输出。DA