基于最小拍控制的直流伺服电机控制系统设计

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1、HefeiUniversity设计题目：基于最小拍控制的直流伺服电机控制系统设计系别：电子系年级专业：09自动化（1）姓名学号：*********************************************************指导教师：*******************完成日期：2012.6.15基于最小拍控制的直流伺服电机控制系统设计设计内容设计对象是直流伺服电机实验台，设计一个计算机控制的直流伺服电机控制系统。由测量元件(位移传感器)对被控制对象(电机)的被控参数(位移)进行测量，由变换发送单元(A/D转换器)将被

2、控参数变成一定形式的信号，送给控制器CPU，控制器将测量信号(实际位移量)与给定信号（位移量）进行比较，若有误差则按预定的控制规律产生一控制信号驱动执行机构(伺服电机控制电源)工作，使被控参数(实际位移量)与给定信号（位移量）保持一致。其电机位置随动系统：其中：=1.8，=0.15，K=100，控制算法选用最小拍控制。设计步骤一、总体方案设计二、控制系统的建模和数字控制器设计三、硬件的设计和实现1、选择计算机字长(选用51内核的单片机)2、设计支持计算机工作的外围电路(EPROM、RAM、I/O端口、键盘、显示接口电路等)；3、设计输入信

3、号接口电路；4、设计输出控制电路；5、其它相关电路的设计或方案(电源、通信等)。四、软件设计1、分配系统资源，编写系统初始化和主程序模块框图；2、编写A/D转换和位置检测子程序框图；3、编写控制程序和D/A转换控制子程序模块框图；4、其它程序模块(显示与键盘等处理程序)框图。五、编写课程设计说明书，绘制完整的系统电路图(A3幅面)。目录1引言12系统设计与论证12.1系统总体设计思路12.2系统模块22.2.1输入模块22.2.2反馈环节32.2.3显示模块32.2.4控制器的设计32.3软件设计与调试44系统测试64.1开环状态测试64

4、.2闭环状态测试65设计总结6参考文献7附录7附录一：系统硬件整体电路图7附录二：程序清单：81引言在数字随动控制系统中，要求系统的输出值尽快地跟踪给定值的变化，最小拍控制就是为满足这一要求的一种离散化设计方法。所谓的最小拍控制，就是要求闭环系统对于某种特定的输入在最少个采样周期内达到无静差的稳态，且闭环脉冲传递函数有以下形式：式中，N是可能情况下的最小正整数。这一形式表明闭环系统的脉冲响应在N个采样周期后变为零，从而意味着系统在N拍之内达到稳态。但是最小拍控制器有其局限性：1、最小拍控制器对典型输入的适应性较差。一种典型的最小拍闭环脉冲

5、传递函数只适应一种特定的输入而不能适应于各种输入。2、最小拍控制器的可实现性问题。对于某些对象的脉冲传递函数，如:那么所设计的闭环脉冲传递函数中必须含有纯滞后，且滞后时间至少要等于被控对象的滞后时间。否则系统的响应超前于被控对象的输入，这在实际中是实现不了的。3、最小拍控制的稳定性问题。在选择时必须有一个约束条件（稳定性条件）—D（z）的零点和G（z）的不稳定极点能够完全对消。2系统设计与论证2.1系统总体设计思路充分理解题意并分析后，我们将系统分为以下几个部分进行设计：中央控制器（AT89S52）、输入模块、反馈环节、显示模块、数模转化

6、模块、放大模块和电源模块。根据分析系统设计框图如图2-1所示：AT89C52输入模块LCD显示反馈电源模块D/A转化电压放大模块电机图2-1系统设计框图输入模块使用4*4键盘，主要功能是设定要求的电机转速值。电机转速通过按键输入信号经过中央处理器处理后从LCD（1602液晶显示屏）上显示。利用中央处理器读取输入值，通过用程序设计好的的最小拍控制器调节输出，其中包括电机转速的反馈，最后经过模数转化模块DAC0808转化成电压信号，再经过运算放大器放大电压信号，将此电压信号加在电机两端，作为电机的端电压。2.2系统模块2.2.1输入模块1.按

7、键部分键盘及接口电路的设计有以下两种方案：方案一：直接使用I／O口的键盘连接电路。由于AT89S52的I／O口具有输出锁存和输入缓冲的功能，因而他们组成键盘电路时，可省去输出锁存器和输入缓冲器，键位的列线、行线直接分别与单片机中接口相连。方案二：利用I／O口和译码器的接口连接按键电路。将键盘的4根列线与译码器相连后由译码器74LS138三根口输入单片机，可以节省I／O口。于本设计所需要的按键总数较少，我们采用方案一，按键电路我们采用4×4矩阵式键盘电路。2.键盘扫描方式的方案选择：方案一：采用定时扫描方式。此扫描方式每隔一段时间对键盘扫描

8、一次，通常利用单片机内部定时器，产生10ms的定时中断，CPU响应定时器溢出中断请求，对键盘进行扫描，以响应键盘输入请求。方案二：采用中断扫描方式。此扫描方式是在键盘上有键盘合上时才产生中断请