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文檔簡(jiǎn)介
1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 廣東工業(yè)大學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì)(論文)課程名稱 最少拍控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 題目名稱 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè) 學(xué)生學(xué)部(系) 機(jī)電工程系 專業(yè)班級(jí) 10電氣<1>班 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 梁衛(wèi)權(quán)指導(dǎo)教師 曾美霞 2013年06月18日廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院課程設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書題目名稱最少拍控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生學(xué)部(系)機(jī)電工程系 專業(yè)班級(jí)電氣工程及其自動(dòng)化 姓 名 。學(xué) 號(hào) 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、課題名稱最少拍控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、課程設(shè)計(jì)目的課程設(shè)計(jì)是課程教學(xué)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容,是達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的重要環(huán)節(jié),是綜合性較強(qiáng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),它對(duì)幫助學(xué)生全面牢固地掌握課堂教學(xué)內(nèi)
2、容、培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐和實(shí)際動(dòng)手能力、提高學(xué)生全面素質(zhì)具有很重要的意義。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是一門理論性、實(shí)用性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程,課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)占有更加重要的地位。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的課程設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合運(yùn)用知識(shí)的過(guò)程,它需要控制理論、程序設(shè)計(jì)、硬件電路設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)融合。通過(guò)課程設(shè)計(jì),加深對(duì)學(xué)生控制算法設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí),學(xué)會(huì)控制算法的實(shí)際應(yīng)用,使學(xué)生從整體上了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)際組成,掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)步驟,編程調(diào)試,為從事計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的調(diào)試工作打下基礎(chǔ)。三、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)以89C51單片機(jī)和ADC、DAC等電路、由運(yùn)放電路實(shí)現(xiàn)的被控對(duì)象構(gòu)成的計(jì)算機(jī)單閉環(huán)反饋控制系
3、統(tǒng)。1. 硬件電路設(shè)計(jì):89C51最小系統(tǒng)加上模入電路(用ADC0809等)和模出電路(用TLC7528和運(yùn)放等);由運(yùn)放實(shí)現(xiàn)的被控對(duì)象。2. 控制算法:最少拍控制。3. 軟件設(shè)計(jì):主程序、中斷程序、A/D轉(zhuǎn)換程序、濾波程序、最少拍控制程序、D/A輸出程序等。四、課程設(shè)計(jì)要求1. 模入電路能接受雙極性電壓輸入(-5V+5V),模出電路能輸出雙極性電壓(-5V+5V)。2. 模入電路用兩個(gè)通道分別采集被控對(duì)象的輸出和給定信號(hào)。3. 每個(gè)同學(xué)選擇不同的被控對(duì)象: 4. 設(shè)計(jì)無(wú)紋波最少拍控制器。被控對(duì)象有積分環(huán)節(jié)的按斜坡輸入信號(hào)設(shè)計(jì)控制器,否則按階躍輸入信號(hào)設(shè)計(jì)控制器。5. 定時(shí)中斷間隔可在10-5
4、0ms中選取,采樣周期取采樣中斷間隔的整數(shù)倍,可取1000-2000ms,由實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定。6. 濾波方法可選擇平均值法,中值法等。有關(guān)的設(shè)計(jì)資料可參考計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的相關(guān)內(nèi)容。五、課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果1. 控制系統(tǒng)能正確運(yùn)行。2. 正確整定PID參數(shù)后,系統(tǒng)階躍響應(yīng)的超調(diào)<15%六、進(jìn)度安排序號(hào)內(nèi)容天數(shù)1布置任務(wù),熟悉課題要求0.52總體方案確定,硬件電路設(shè)計(jì)1.53熟悉實(shí)驗(yàn)箱及C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境,研讀范例程序,14控制算法設(shè)計(jì)15軟件編程,調(diào)試16實(shí)驗(yàn)17總結(jié),撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告1七、課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容:總結(jié)設(shè)計(jì)過(guò)程,寫出設(shè)計(jì)報(bào)告,設(shè)計(jì)報(bào)告具體內(nèi)容要求如下:1課程設(shè)計(jì)的目和設(shè)計(jì)的任務(wù)。2課程
5、設(shè)計(jì)的要求。3控制系統(tǒng)總框圖及系統(tǒng)工作原理。4控制系統(tǒng)的硬件電路連接圖(含被控對(duì)象),電路的原理。 5軟件設(shè)計(jì)流程圖及其說(shuō)明。6電路設(shè)計(jì),軟件編程、調(diào)試中遇到的問(wèn)題及分析解決方法。7實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析。8體會(huì)。發(fā)出任務(wù)書日期: 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名:計(jì)劃完成日期: 年 月 日 教學(xué)單位責(zé)任人簽章:第 二 部 分課程設(shè)計(jì)報(bào)告目 錄專心-專注-專業(yè)1 課題簡(jiǎn)介1.1 課程設(shè)計(jì)目的課程設(shè)計(jì)是課程教學(xué)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容,是達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的重要環(huán)節(jié),是綜合性較強(qiáng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),它對(duì)幫助學(xué)生全面牢固地掌握課堂教學(xué)內(nèi)容、培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐和實(shí)際動(dòng)手能力、提高學(xué)生全面素質(zhì)具有很重要的意義。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是一門理論性
6、、實(shí)用性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程,課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)占有更加重要的地位。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的課程設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合運(yùn)用知識(shí)的過(guò)程,它需要控制理論、程序設(shè)計(jì)、硬件電路設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)融合。通過(guò)課程設(shè)計(jì),加深對(duì)學(xué)生控制算法設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí),學(xué)會(huì)控制算法的實(shí)際應(yīng)用,使學(xué)生從整體上了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)際組成,掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)步驟,編程調(diào)試,為從事計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的調(diào)試工作打下基礎(chǔ)。1.2 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)以89C51單片機(jī)和ADC、DAC等電路、由運(yùn)放電路實(shí)現(xiàn)的被控對(duì)象構(gòu)成的計(jì)算機(jī)單閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。1. 硬件電路設(shè)計(jì):89C51最小系統(tǒng)加上模入電路(用ADC0809等)和模出電路(用
7、TLC7528和運(yùn)放等);由運(yùn)放實(shí)現(xiàn)的被控對(duì)象。2. 控制算法:最少拍控制。3. 軟件設(shè)計(jì):主程序、中斷程序、A/D轉(zhuǎn)換程序、濾波程序、最少拍控制程序、D/A輸出程序等。1.3 課程設(shè)計(jì)要求1. 模入電路能接受雙極性電壓輸入(-5V+5V),模出電路能輸出雙極性電壓(-5V+5V)。2. 模入電路用兩個(gè)通道分別采集被控對(duì)象的輸出和給定信號(hào)。3. 每個(gè)同學(xué)選擇不同的被控對(duì)象:G(s)=5/(0.8s+1)(0.3s+1)4. 設(shè)計(jì)無(wú)紋波最少拍控制器。被控對(duì)象有積分環(huán)節(jié)的按斜坡輸入信號(hào)設(shè)計(jì)控制器,否則按階躍輸入信號(hào)設(shè)計(jì)控制器。5. 定時(shí)中斷間隔選取10ms,采樣周期取采樣中斷間隔的整數(shù)倍,取100
8、0ms。6. 濾波方法可選擇平均值法,中值法和滑動(dòng)濾波法。2 最少拍控制方案設(shè)計(jì)2.1 最少拍控制器的介紹最少拍控制器是基于準(zhǔn)確的被控對(duì)象而建立的一種控制算法。隨動(dòng)系統(tǒng)式一種速度跟蹤系統(tǒng),它的主要性能指標(biāo)是快速性,要求系統(tǒng)的輸出值盡快地跟蹤給定值地變化。應(yīng)用數(shù)字控制器設(shè)計(jì)的隨動(dòng)系統(tǒng)的快速性一般以系統(tǒng)需要多少個(gè)采樣周期數(shù)來(lái)表征。通常稱一個(gè)采樣周期為一拍,無(wú)疑在越少的拍數(shù)內(nèi),系統(tǒng)的輸出能跟上給定值,則系統(tǒng)的快速性越好。最少拍控制就是為滿足這一要求的一種離散化設(shè)計(jì)方法。所謂最少拍控制,就是要求閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)于某個(gè)典型的輸入,設(shè)計(jì)D(z)使閉環(huán)系統(tǒng)響應(yīng)在最少的采樣周期內(nèi)(最少拍)達(dá)到采樣點(diǎn)上無(wú)靜差的穩(wěn)態(tài),
9、且閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)具有以下形式:(z)= 1z-1+2z-2+Nz-N其中N為可能情況下的最小正數(shù)。這一形式表明閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)在N個(gè)采樣周期后變?yōu)榱悖聪到y(tǒng)在N拍之內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定最少拍閉環(huán)控制系統(tǒng)包括給定值,輸出值,D/A轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié),數(shù)字控制器,被控對(duì)象,零階保持器等環(huán)節(jié)。2.2 控制系統(tǒng)框圖及閉環(huán)工作原理最少拍雙通道采樣的閉環(huán)系統(tǒng)框圖如上所示,在該系統(tǒng)中,對(duì)給定值r(t)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換采樣,得到離散化的r(z),并且對(duì)輸出值c(t)也進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換,得到c(z),然后計(jì)算有e(k)=c(k)-r(z)。D(z)為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù),U(z)為輸出的控制量,然后經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后得到模擬
10、控制量U(t),對(duì)包含零階保持器的被控量進(jìn)行控值進(jìn)而達(dá)到要求的最小拍控制的目的。3最少拍控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1 總體硬件電路圖3.2 輸入雙極性的實(shí)現(xiàn)原理由圖可知,輸入通道IN7和IN6加了阻值為10K的電阻。IN1IN5的模擬量的允許輸入范圍:04.98V。而加了上拉電阻的IN7和IN6端口,當(dāng)輸入IN7的電壓為0V時(shí),進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換的電壓為2.5V;當(dāng)輸入IN7的電壓為-5V時(shí),進(jìn)入轉(zhuǎn)換的電壓為0V。就是說(shuō),輸入到外端口的電壓Uout和進(jìn)入轉(zhuǎn)換的電壓Uin的關(guān)系是Uin=(Uout+Vcc)/2,因此能夠在IN7端口加上-5V+4.96V的電壓也可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換的功能。3.3 輸出雙極性的
11、實(shí)現(xiàn)原理上圖為雙極性的輸出電路,該電路通過(guò)放大器和電阻的一系列計(jì)算關(guān)系實(shí)現(xiàn)輸出的雙極性。具體來(lái)說(shuō), R2左端的電壓為轉(zhuǎn)換輸出的單極性電壓Vdan,該電壓的大小為,這就是原本單極性輸出的正常電壓。但是加上如上的電路之后,我們?cè)O(shè)輸出電壓為Vout,因?yàn)橛疫叺姆糯笃?號(hào)端口接地,所以2號(hào)端口也虛地,即電壓為0V。又因?yàn)榉糯笃?號(hào)端子向右可以認(rèn)為是斷路,無(wú)電流。綜上,有:所以只要調(diào)試W102是W102加上R4為2K,那么輸出的電壓,由此可知,實(shí)現(xiàn)了D/A轉(zhuǎn)換的雙極性輸出。3.4 給定的被控對(duì)象的實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書中有8個(gè)被控對(duì)象,我們?nèi)∑渲幸粋€(gè)分析被控對(duì)象是如何實(shí)現(xiàn)的。 被控對(duì)象為G(s)=5/(0.
12、8s+1)(0.3s+1)的實(shí)現(xiàn)的硬件電路圖為在該圖中,左邊的積分環(huán)節(jié)通過(guò)選取200K的輸入電阻和4UF的并聯(lián)電容來(lái)實(shí)現(xiàn),右邊的放大器上并聯(lián)了R=100K和C=3uF實(shí)現(xiàn)時(shí)間常數(shù)T2=0.3s,然后通過(guò)R7/R8=5實(shí)現(xiàn)放大系數(shù)Kp=5的要求。4 最少拍無(wú)紋波系統(tǒng)控制算法設(shè)計(jì)4.1 最少拍無(wú)紋波控制的基本原理按最少拍有紋波系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制器,其系統(tǒng)的輸出值跟蹤輸入值后,在非采樣點(diǎn)有紋波存在;原因就在于當(dāng)偏差為0時(shí),數(shù)字控制器的輸出序列u(k) 不為恒值(常數(shù)或零),而是振蕩收斂的;非采樣時(shí)刻的紋波現(xiàn)象不僅造成非采樣時(shí)刻的偏差,而且浪費(fèi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功率,增加設(shè)備磨損,因此必須消除。4.1.1 設(shè)計(jì)最
13、少拍無(wú)紋波控制器的必要條件無(wú)紋波系統(tǒng)要求系統(tǒng)的輸出信號(hào)在采樣點(diǎn)之間不產(chǎn)生紋波,必須滿足:對(duì)階躍輸入,當(dāng)t NT時(shí),有y(t)=常數(shù);對(duì)速度輸入,當(dāng)t NT時(shí),有y(t)=常數(shù);即G (s)中至少要有一個(gè)積分環(huán)節(jié),對(duì)加速度輸入,當(dāng)t NT時(shí),有y(t)=常數(shù);G (s)中至少要有兩個(gè)積分環(huán)節(jié),這樣,被控對(duì)象G (s)必須有能力給出與系統(tǒng)r(t)相同且平滑的輸出。因此,設(shè)計(jì)最少拍無(wú)紋波控制器時(shí),針對(duì)輸入對(duì)象必須有足夠的積分環(huán)節(jié)。4.1.2 最少拍無(wú)紋波系統(tǒng)確定(z)的約束條件要使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出無(wú)紋波,就要求穩(wěn)態(tài)時(shí)的控制信號(hào)u(k)為常值(包括0)??刂菩盘?hào)u(k)的Z變換:如果系統(tǒng)經(jīng)過(guò)l個(gè)采樣周期
14、到達(dá)穩(wěn)態(tài),無(wú)紋波要求:設(shè)廣義對(duì)象由要使u(k)為常數(shù), u(k)必須是z-1的有限多項(xiàng)式。故閉環(huán)傳遞函數(shù)必須包含G(z)的全部零點(diǎn)及滯后環(huán)節(jié)。令w為G(z)所有零點(diǎn)數(shù)(包括單位圓內(nèi)、單位圓上以及單位圓外的零點(diǎn)),b1,b2, ,bw為其所有零點(diǎn)。由此可見(jiàn),有紋波和無(wú)紋波設(shè)計(jì)唯一區(qū)別在于:有紋波設(shè)計(jì)時(shí),(z)包含G(z)單位圓上和單位圓外的零點(diǎn);無(wú)波紋設(shè)計(jì)時(shí),(z)包含G(z)單位圓內(nèi)、單位圓上、單位圓外的所有零點(diǎn)。4.1.3 最少拍無(wú)紋波控制器確定(z)的步驟確定(z)必須滿足下列條件:被控對(duì)象中含有足夠的積分環(huán)節(jié),以滿足無(wú)紋波系統(tǒng)設(shè)計(jì)的必要條件;按選擇(z)按和選擇e(z);F1(z)、 F
15、2(z)階數(shù)的確定 若G(z)有j個(gè)極點(diǎn)在單位圓上,即z1,當(dāng)j q,有m=w+dn=v-j+q若G(z)有j個(gè)極點(diǎn)在單位圓上,即z1,當(dāng)j> q,有m=w+dn=v4.2 最小拍無(wú)紋波控制的算法實(shí)現(xiàn)對(duì)于具體的被控對(duì)象,如G(s)=5/(0.8s+1)(0.3s+1),要實(shí)現(xiàn)對(duì)它的計(jì)算機(jī)控制算法的設(shè)計(jì)需要經(jīng)過(guò)一系列的計(jì)算。首先廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù),對(duì)于該式,輸入速度信號(hào),能滿足無(wú)紋波控制的要求,且D=0,q=2,v=1,w=1,且j<q,故有m=w+d=1,n=v-j+q=2.對(duì)單位速度輸入信號(hào),因?yàn)?,故可以解?由此可知,于是求得利用MATLAB 仿真軟件,得到結(jié)果:D(s)=
16、(2.815z+0.6252)/(z2-0.32222z+0.01),進(jìn)一步可知u(k)=0.593u(k-1)+0.4070u(k-2)+0.6294e(k)-0.4087e(k-1)+0.0293e(k-2),這就是計(jì)算機(jī)控制所要的控制式。采樣周期選擇1s,定時(shí)中斷選擇為10ms,就是說(shuō)100個(gè)定時(shí)中斷后進(jìn)行采樣。5最小拍無(wú)紋波控制軟件編程設(shè)計(jì)5.1 主程序及中斷程序的思考圖及具體流程圖5.2 重要程序的作用與實(shí)現(xiàn)5.2.1任務(wù)的分配主程序主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)初始化和變量初始化的操作,具體來(lái)說(shuō),如流程圖所示,包括設(shè)定定時(shí)器的工作狀態(tài)、定時(shí)器裝初值、設(shè)定外中斷類型、開(kāi)外中斷和定時(shí)中斷、啟動(dòng)定時(shí)器、D
17、/A清零、變量清零等內(nèi)容,完成上述操作后就等待進(jìn)入定時(shí)中斷。定時(shí)中斷程序?qū)崿F(xiàn)的功能有兩個(gè):一是重新裝入定時(shí)初值,二是啟動(dòng)D/A轉(zhuǎn)換進(jìn)而能進(jìn)入轉(zhuǎn)換外中斷。外中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)了采樣和計(jì)算輸出控制量的功能。首先檢查是否到了同步信號(hào),如果到了,就把輸出清零、變量初始化并給采樣周期值,沒(méi)到就檢查是否到了采樣周期。如果到了采樣周期,就進(jìn)行下一步的采樣和計(jì)算。具體就是,依次采樣7號(hào)通道和6號(hào)通道,然后計(jì)算出偏差。根據(jù)之前算得的公式計(jì)算出控制輸出u(k),然后檢查控制量是否溢出,溢出了就取相應(yīng)的最值。這之后輸出控制量。最后進(jìn)行控制量和偏差的遞推和采樣周期恢復(fù),就返回了。5.2.2重要程序的源碼介紹A/D轉(zhuǎn)換程
18、序If(TC=0) cont=ADC_7-128; DEFI=0; str =0; str =1; EX1 =0; k =200; While(k>0) k-; EX1 =1; set =ADC_7-128; DEFI=1; EK=cont-set; .從以上程序中我們可以知道,當(dāng)采樣周期到時(shí),首先采樣7號(hào)端口的數(shù)值然后選中6號(hào)端口,啟動(dòng)轉(zhuǎn)換,等待200uS后,采樣6號(hào)端口的數(shù)值,需要注意的一點(diǎn)是在6號(hào)端口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后也會(huì)產(chǎn)生中斷信號(hào)影響計(jì)算機(jī)的控制,因此在等待轉(zhuǎn)換之前要先關(guān)掉外部中斷,等轉(zhuǎn)換完成后再打開(kāi)。于是兩通道都完成采樣了。最少拍控制程序開(kāi)始我們已經(jīng)計(jì)算出最小拍的控制輸出和偏差
19、以及之前的控制輸出之間的關(guān)系是:u(k)=0.593u(k-1)+0.4070u(k-2)+0.6294e(k)-0.4087e(k-1)+0.0293e(k-2)。于是首先定義一些變量YY0、YY1、YY2、YY3、HH1、HH2、HH3,在主函數(shù)中賦給他們計(jì)算出的相應(yīng)的數(shù)值,然后在中斷服務(wù)程序里進(jìn)行計(jì)算,對(duì)應(yīng)的程序就是:float KK0 = -0.1896; /系數(shù)YY0float KK1 = -0.04109; /系數(shù)YY1float KK2 = 0.02798; /系數(shù)YY2float KK3 = 0; /系數(shù)YY3float PP1 = 1.9572; /系數(shù)HH1float PP
20、2 = -0.9145; /系數(shù)HH2float PP3 = -0.04276; /系數(shù)HH3float G = 1; /增益調(diào)整. i = YY0*EK + YY1*EK_1 + YY2*EK_2+YY3*EK_3 ;j = HH1*UK_1 + HH2*UK_2 + HH3*UK_3;UK = G*i + j;濾波程序的介紹為了實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)濾波的功能,要定義四個(gè)變量來(lái)保存采樣值M,M_1,N,N_1。程序如下:cont=(ADC_7-128+M+M_1)/3;M_1=M;M=ADC_7-128;.set =(ADC_7-128+N+N_1)/3;N_1=N;N=ADC_7-128;通過(guò)滑動(dòng)的方
21、法,每次計(jì)算偏差EK時(shí)取本次和前兩次的采樣值取平均的方法,實(shí)現(xiàn)了濾波的功能,并且通過(guò)變量M,M_1,N,N_1的遞推實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)的效果。6 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析6.1 仿真結(jié)果為了驗(yàn)證計(jì)算數(shù)據(jù)是否正確,首先,我們利用已有的最小拍控制的Simulink可仿真模型6.1.1單位階躍信號(hào)的Simulink仿真模型系統(tǒng)輸出如圖所示數(shù)字控制器輸出:6.1.2單位速度信號(hào)的Simulink仿真模型單位速度信號(hào)如圖所示系統(tǒng)輸出如圖所示數(shù)字控制器輸出6.2仿真模型上機(jī)結(jié)果分析當(dāng)輸入信號(hào)為單位階躍信號(hào)時(shí),按照最小拍控制策略設(shè)計(jì)的數(shù)字控制器,實(shí)現(xiàn)輸入經(jīng)過(guò)一拍后,在采樣時(shí)刻系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差為零,輸出跟蹤輸入但在采樣點(diǎn)間,系統(tǒng)輸出
22、有紋波存在。當(dāng)輸入信號(hào)為單位速度信號(hào)時(shí),按照最小拍控制策略設(shè)計(jì)的數(shù)字控制器,實(shí)現(xiàn)輸入經(jīng)過(guò)兩拍后,在采樣時(shí)刻系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差為零,輸出跟蹤輸入,但在采樣點(diǎn)間,系統(tǒng)輸出有紋波存在。綜上所述,被控對(duì)象穩(wěn)定且不包含純滯后環(huán)節(jié),按最少拍原則設(shè)計(jì)數(shù)字控制器,雖然設(shè)計(jì)方法直觀簡(jiǎn)單,又便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn),但也存在著缺點(diǎn)。系統(tǒng)輸出在采樣點(diǎn)間存在紋波,最少拍設(shè)計(jì)是保證在采樣點(diǎn)上穩(wěn)態(tài)誤差為零,而在采樣點(diǎn)之間系統(tǒng)輸出可能存在波動(dòng),其原因在于數(shù)字控制器的輸出經(jīng)過(guò)兩拍后不為零或?yàn)槌V?,而是出于振蕩收斂。系統(tǒng)適應(yīng)性差,最少拍原則是根據(jù)某種典型輸入信號(hào)設(shè)計(jì)的,對(duì)其它輸入信號(hào)不一定是最少拍,甚至可能產(chǎn)生很大的超調(diào)和靜差??刂品档?/p>
23、約束最少拍設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上是時(shí)間最優(yōu)調(diào)節(jié)系統(tǒng),在此過(guò)程中,對(duì)數(shù)字控制器的輸出沒(méi)有做任何約束,但實(shí)際上控制機(jī)構(gòu)所能提供的能量是有限,所以采用最少拍原則設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),由于被控對(duì)象存在飽和特性,系統(tǒng)響應(yīng)輸出不一定滿足最少拍目的。從圖上的效果來(lái)看是能夠滿足控制的要求的,所計(jì)算的數(shù)據(jù)是正確的。7 小結(jié)與體會(huì)在本次設(shè)計(jì)的過(guò)程中,我發(fā)現(xiàn)很多的問(wèn)題,給我的感覺(jué)就是很難,很不順手,看似很簡(jiǎn)單的電路,連接起來(lái)也很困難,因?yàn)槲覀円檎夷K,選擇電阻和電容。還要將電腦中的程序載入模塊,調(diào)試運(yùn)行。在調(diào)試的過(guò)程中,遇到的問(wèn)題更多,調(diào)試的過(guò)程是一個(gè)讓人思考的過(guò)程,也是熟悉穩(wěn)態(tài)方法和實(shí)踐動(dòng)手的好機(jī)會(huì),順著模塊的順序依次排查
24、接線,出現(xiàn)問(wèn)題,想出各種可能的情況,測(cè)試解決。通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì),鍛煉了我的動(dòng)手實(shí)踐能力,讓我有機(jī)會(huì)將課本所學(xué)的知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合。切身體會(huì)到動(dòng)手能力的重要。同時(shí)電路的設(shè)計(jì)修改也是我將知識(shí)整理融匯的過(guò)程,在某些課設(shè)涉及的地方我的理解更加深入了。今后隨著學(xué)習(xí)的深入,還會(huì)有更加深入的理論方法,相信到時(shí)候我可以學(xué)會(huì)更多知識(shí),將所學(xué)的知識(shí)學(xué)以致用。經(jīng)過(guò)此次的課程設(shè)計(jì),我對(duì)所學(xué)過(guò)的知識(shí)在應(yīng)用方面有了初步認(rèn)識(shí),并且學(xué)到很多擴(kuò)展方面的知識(shí),且再對(duì)課題的仿真過(guò)程當(dāng)中,能夠熟練的使用Simulink軟件。通過(guò)查資料了解了課本上沒(méi)學(xué)到的知識(shí),也知道了AT89C52與我們所學(xué)的80C51引腳,內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及用途上的差別
25、。還選擇了ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換器, DAC0832作為本系統(tǒng)的D/A轉(zhuǎn)換器。通過(guò)模擬量經(jīng)過(guò)輸入通道進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換,傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)內(nèi),通過(guò)編程,對(duì)所錄入的模擬信號(hào)進(jìn)行編程,實(shí)現(xiàn)外擴(kuò)電路的顯示,以及D/A轉(zhuǎn)換后傳輸給執(zhí)行器進(jìn)行控制。經(jīng)過(guò)此次的課程設(shè)計(jì),我對(duì)所學(xué)過(guò)的知識(shí)在應(yīng)用方面有了初步認(rèn)識(shí),并且學(xué)到很多擴(kuò)展方面的知識(shí),且再對(duì)課題的仿真過(guò)程當(dāng)中,能夠熟練的使用Simulink軟件。通過(guò)查資料了解了課本上沒(méi)學(xué)到的知識(shí),也知道了AT89C52與我們所學(xué)的80C51引腳,內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及用途上的差別。還選擇了ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換器, DAC0832作為本系統(tǒng)的D/A轉(zhuǎn)換器。通過(guò)模擬量經(jīng)過(guò)輸入通道進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換,傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)內(nèi),通過(guò)編程,對(duì)所錄入的模擬信號(hào)進(jìn)行編程,實(shí)現(xiàn)外擴(kuò)電路的顯示,以及D/A轉(zhuǎn)換后傳輸給執(zhí)行器進(jìn)行控制。參 考 文 獻(xiàn)1 于海生主編,微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù),北京:清華大學(xué)出版社,19992 張艷兵等編著,計(jì)算機(jī)控制技術(shù),
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