《计算机控制技术》课程设计--具有纯滞后一阶惯性系统的计算机控制系统设计

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1、《计算机控制技术》课程设计具有纯滞后一阶惯性系统的计算机控制系统设计班级：姓名：学号：指导老师：日期：23第一部分设计任务1、设计题目及要求2、设计方案分析论证第二部分设计方案一、设计方案分析论证1、控制策略选择（1）模拟化设计方法（2）数字化设计方法2、硬件设计方案（1）选取计算机系统（2）选取A/D和D/A3、软件设计方案二、系统框图设计三、功能说明第三部分电路设计1、温度检测与放大滤波电路2、AtmelMega16与ADC连接电路3、AtmelMega16与DAC连接电路4、整机电路第四部分软件部分1、主程序流程图2、数据采集过程流程图3、达林算法流程图第五部分数字控制器

2、设计1、基本参数计算2、θ=0时数字调节器D（z）的实现3、θ=T/2时数字调节器D（z）的实现第六部分系统仿真及性能测试1、θ=T/2时系统的仿真与分析2、θ=T/2时系统的可靠性与抗干扰性分析第七部分心得体会参考资料23第一部分设计任务一、设计题目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工程要求相角裕度为30°～60°，幅值裕度>6dB²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具体要求：²温度传感器、执行机构的选型²微型计算机的选型（MCS51、AVR

3、等等）²温度传感器和单片机的接口电路²其它扩展接口电路（主要是输入输出通道）²利用Protel绘制原理图，制作PCB电路板（给出PCB图）3.软件部分：²选择一种控制算法（最少拍无波纹或Dalin算法）设计出控制器（被控对象由第4步中的参数确定），给出控制量的迭代算法，并借助软件工程知识编写程序流程图23²写出主要的单片机程序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=rand(1)考虑θ=0或T/2两种情况，即有延时和延时半个采样周期的情况。C为学号的后3位数，如C=325，K

4、=115.7，T=0.9824，θ=0或0.4912具体要求：²分析控制器能否使系统满足给定性能指标（相角裕度为30°～60°，幅值裕度>6dB）²画出相应的曲线图并标注关键参数²画出阶跃响应曲线和脉冲响应曲线5.进行可靠性和抗干扰性的分析二、内容与要求：1.知识准备。基本要求：²掌握系统分析和设计的基本要求和特点；²系统设计的一般步骤和要点；²控制对象及其分析；²方案设计和结构图处理；²控制任务的分解和模块设计；23²精度设计（变送器的选择，字长的确定，说明书），可靠性、抗干扰设计2.自己查找资料和进行书面设计，期间进行普遍性和特殊性辅导基本要求：传感器资料；信号归一化资料和

5、低通滤波器资料；现代功率电子技术（变流技术）资料；某一控制机的内存空间和端口空间分配资料计算机控制系统应用例资料。实验内容和要求：学习查找书面设计相关的资料并进行仿真。作业要求：按格式和设计内容要求书写《计算机控制技术课程设计》和课程设计心得23第二部分设计方案一、设计方案分析论证1、控制策略选择（1）模拟化设计方法模拟化设计方法沿用连续控制系统的设计方法，按系统性能指标求得控制系统的校正网络或模拟调节器，然后选择适当的采样频率对其进行离散化而得出由计算机实现的数字调节规律。在模拟化设计方法中，PID算法是一种非常重要和常用的设计方法，其算法简单易行，常常能满足一般问题的求解，

6、但对于大滞后系统而言，却无能为力。史密斯预估补偿算法通过预估补偿器的补偿控制，在一定程度上可解决控制滞后所带来的问题，但其对干扰抵制的效果并不理想，且对过程模型的误差十分敏感，其物理模型的精度较难保证。（2）数字化设计方法直接数字设计法是在已知控制过程或广义对象离散模型的条件下，根据给定系统期望闭环脉冲传递函数或某一优化目标函数出发，直接利用Z变换理论综合设计满足性能指标的数字调节器。在解决大滞后的问题上，直接数字设计法最常用的一种方法是达林算法。达林算法不但可以解决大滞后问题，而且可大小减小系统过程中的超调量，还可消除振铃现象。综合考虑被控对象系统的特性，决定采用达林算法对本

7、温度大滞后控制系统进行控制。2、硬件设计方案（1）选取计算机系统实现达林算法的控制，必须采取计算机控制系统对温度控制系统进行控制。在此，计算机可采用AtmelMega16单片机。要对温度进行控制，首先要采用温度传感器对温度进行检测。由于传感器的输出信号较为微弱，故必须经放大后才能输入A/D转换单元。通过A/D转换，将放大后的模拟信号转化为数字信号后输入Mega1623单片机，在单片机内部进行比较处理和达林算法运算后把结果送D/A转换单元。经D/A转换后，经过驱动使温度调节器进行相应的动作，从