计算机控制课程设计-非最小拍控制设计

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1、《计算机控制》课程设计报告题目：非最小拍控制设计姓名：李凯学号：070210310姓名：姜意驰学号：070210320姓名：孙韬学号：0702103302010年12月3日系（教研室）主任签字：2010年11月26日《计算机控制》课程设计任务书专业自动化班级0702103学生李凯姜意驰孙韬指导教师王哓丽题n非最小拍控制设计设计时间2010年11月27日至2010年12月3日共1周设计要求设计任务：057"1己知含零阶保持器的广义被控对象为G（z）=U[z「针对单位1—O.5z速度输入，设计具有抗系统参数变化能力的非最小拍系统，分析该设计当被控对象参数变

2、化为G'（z）=。•乎时的系统输出。l-0.4z'*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Protcl原理图；3.算法流程图，含有详细注释的汇编源程序；

3、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:、题目分析f)57*1根据题目要求，含零阶保持器的广义被控对象为G(z)=±J,针对单位1—0・5z速度输入，设计具有抗系统参数变化能力的非最小拍系统，分析该设计当被控对象参数变化为G《z)=普二r时的系统输出。1-0.4z二、设计非最小拍控制器1•离散控制器的计算根据非最小拍设计方法，计算过程如下:G(z)=0.5Z-11—0.5Z」按照速度输入，有©⑵=(14)2(1+/)(1)(2)0⑵=1-©(Z)(3)D(z)=1.0(z)G(z)0,⑵(4)取a=0.5时，将G(z),0(

4、z),0,(z)分别代入上式，可以得到(5)-Of)l-1.5z_,+O.5z-32.MATLAB仿真与参数调整在MATLAB中，使用simulink进行仿真，首先绘制控制系统的结构图如下:图1.控制系统结构图分别调整各个环节的参数，采样周期选择1S,输入信号为R(t)=l(r)o其中D(z)表达式如(5)式，观察控制器的输出u(kT)以及系统的输入r(t)输出c(kT)o057-1(1)当G(z)=.时，1-0.5Z-1输入r⑴输出信号c(kT)的波形图如下：SB)QQQ摊凰锻0图2•输入输出信号波形其中c(z)=L5z"2+3z~3+4z“+控制器

5、的输出u(kT)图如下:图3・(2)当G'(z)二0.6Z-11-0.4z_1输入r(t)输出信号c(kT)的波形图如下：其中c(z)=1.8z-24-2.88z-3+3.828z4+5.0262+控制器的输出u(kT)图如下:图5从仿真的波形来看，Q取0.5时，G(z)变化，系统输出稳态误差仍然趋近于零。说明此控制器具有抗系统参数变化能力。D(z)=(1—0.5zT)(3—z3l-1.5z_,+0.5z-3差分方程为：u{k)=1.5u(k-1)-0.5况伙一3)+3幺仗)一1.5^一1)一一2)+0.5幺(&-3)(7)至此，数字控制器的理论设计就

6、完成了。三、电路的设计元器件选型过程，电路设计过程，绘制的Protel原理图；1.由于51单片机大部分不带AD转换器，所以模拟量的采集就必须靠A/D实现。我们选择8位精度的AD转换器AD0804oADC0804是8位逐次逼近型A/D转换器。它由一个8路模拟开关、一个地址锁存译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成(见图1)。(1)PIN1(CS)：ChipSelect,与RD、WR接脚的输入电压高低一起判断读取或写入与否，当其为低位准(low)时会activeo(2)PIN2(RD)：Reado当CS、RD皆为低位准(low)时，ADC0804

7、会将转换后的数字讯号经由DB7〜DB0输出至其它处理单元。(3)PIN3(WR)：启动转换的控制讯号。当CS、WR皆为低位准(low)时ADC0804做清除的动作，系统重置。当WR由0-1且CS=0时，ADC0804会开始转换信号，此时INTR设定为高位准(high)o⑷PIN4、PIN19(CLKIN>CLKR)：频率输入/输出。频率输入可连接处理单元的讯号频率范围为100kHz至800kHzo而频率输出频率最大值无法大于640KHZ,一般可选用外部或内部來提供频率。若在CLKR及CLKIN加上电阻及电容，则可产生ADC工作所需的时序。(5)PIN5

8、(INTR)：中断请求。转换期间为高位准(high),等到转换完毕时INTR会变为低位准(lo