無(wú)波紋控制系統(tǒng)

1、天 津 理 工 大 學(xué)自動(dòng)化學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目： 最小拍無(wú)波紋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 劉楠楠 學(xué)號(hào) 20110729 屆 2011 班級(jí) 電氣一班 指導(dǎo)教師 專(zhuān)業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 目錄1 課題簡(jiǎn)介2 總體方案及硬件設(shè)計(jì)2.1-系統(tǒng)描述2.2-硬件設(shè)計(jì)- A/D- D/A-單片機(jī)及定時(shí)器設(shè)計(jì)-電源部分設(shè)計(jì)2.3-總體方案設(shè)計(jì)原理圖3 控制算法設(shè)計(jì)3.1-控制算法描述 4 軟件編程設(shè)計(jì)4.1-軟件編程調(diào)試平臺(tái)4.2-軟件流程圖4.3-軟件程序代碼5 小結(jié)6 參考文獻(xiàn)1課程簡(jiǎn)介利用STC89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)最小拍無(wú)波紋控制系統(tǒng)，被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型為 G(s)=5/s(0.8s+1)，設(shè)計(jì)最少拍無(wú)

2、波紋控制算法，并編程實(shí)現(xiàn)；根據(jù)要求，實(shí)現(xiàn)在單位速度信號(hào)的作用下，達(dá)到控制要求。2總體方案及硬件設(shè)計(jì)2.1-系統(tǒng)描述本系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用STC89C52單片機(jī)和ADC、DAC等基本元件構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，整體結(jié)構(gòu)如圖：STC89C52控制對(duì)象D/AA/D2.1-硬件設(shè)計(jì)- A/DADC芯片選用常用芯片ADC0809，它是一個(gè)8位ADC芯片，可以多路切換的CMOS組件，轉(zhuǎn)換方法采用主次逼近法。性能相對(duì)較為可靠，價(jià)格低廉，使用簡(jiǎn)單。其中輸入信號(hào)端加有LM358構(gòu)成的放大器，可以增加信號(hào)的靈敏度和分辨率。電路結(jié)構(gòu)圖如下：- D/A選用DAC8032芯片，它是一個(gè)8位DAC芯片，本本電路單元采用，單電源供電，它

3、是一款常用的DAC芯片，再輸入信號(hào)端加上LM358構(gòu)成的放大電路，不僅提高了系統(tǒng)的可靠程度，而且增加了控制信號(hào)的分辨率。-單片機(jī)及定時(shí)器設(shè)計(jì)STC89C52單片機(jī)也是51系列單片機(jī)，相對(duì)于傳統(tǒng)法51單片機(jī)，在性能和可靠性上都有較大的提高，電路圖設(shè)計(jì)如下：-電源部分設(shè)計(jì)電源部分選用LM7805和LM7905構(gòu)成，外加電壓范圍為812V，能夠輸出+5和-5V電壓，能夠滿(mǎn)足體統(tǒng)設(shè)計(jì)的點(diǎn)電平要求，電路圖如下：2.3-總體方案設(shè)計(jì)原理圖3 控制算法設(shè)計(jì)3.1-控制算法描述1、定時(shí)器T0的初值計(jì)算   本設(shè)計(jì)單片機(jī)采用12M晶振，由于51單片機(jī)12分頻，所以系統(tǒng)周期為1微秒。

4、ADC0809的轉(zhuǎn)換頻率最大為500KHZ，而單片機(jī)的系統(tǒng)時(shí)鐘為1M，所以本系統(tǒng)采用ADC0809全速工作，而對(duì)單片機(jī)IO口進(jìn)行采樣的周期為1S. 定時(shí)器定時(shí)時(shí)間為50MS,利用單片機(jī)小精靈軟件可以方便的計(jì)算出當(dāng)定時(shí)器0工作在方式1時(shí)，TH0=3C,TL0=B0。         2、對(duì)輸入信號(hào)的濾波 本設(shè)計(jì)利用中值濾波的方法對(duì)P2口采集的ADC輸入信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，中值濾波是一種較為簡(jiǎn)單有效的濾波方法，對(duì)椒鹽信號(hào)干擾有較好的抑制作用，不僅可以有效的減少信號(hào)干擾帶來(lái)的影響，而且相對(duì)別的濾波方法，能夠降低程

5、序的執(zhí)行時(shí)間。3、最少拍無(wú)波系統(tǒng)的差分方程計(jì)算首先使用MATLAB對(duì)G(S)進(jìn)行Z變換，則變換過(guò)程如下：>> np = 0 0 5np = 0 0 5>>dp = 0.8 1 0dp = 0.8000 1.0000 0>>hs = tf(np,dp) Transfer function : 5-0.8 s2 + s>>hz = c2d(hs ,1)Transfer function : 2.146 z + 1.421- Z2 1.287z + 0.2865：G(z)= 2.146 z + 1.421- Z2 1.287z + 0.2865無(wú)波紋最

6、小拍控制器D（z） 根據(jù)G(z)，對(duì)象有一個(gè)純遲后因子v=1,一個(gè)零點(diǎn)b1=-0.662，兩個(gè)極點(diǎn)，單位速度信號(hào),所以q=1，則閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為由得系數(shù)，則系統(tǒng)脈沖傳函為 誤差脈沖傳函為 由得設(shè)計(jì)的控制器為將得系統(tǒng)的差分方程為：u(k) = 0.357u(k-1)+0.593u(k-2)+0.294e(k)-0.236e(k-1)+0.645e(k-2)4 軟件編程設(shè)計(jì)4.1-軟件編程調(diào)試平臺(tái) 本程序的開(kāi)發(fā)環(huán)境為Keil uvisin4,是一款較為常用的開(kāi)發(fā)環(huán)境，支持硬件仿真。4.2-軟件流程圖采樣周期變量加1定時(shí)器初值重裝裝CLK=CLK中斷返回A/D時(shí)鐘程序采樣中斷服務(wù)程序開(kāi)始主程序初始

7、化等待中斷NY中斷返回定時(shí)器初值重裝D/A輸出u(k)采樣變量賦新值采樣周期變量初始化A/D采樣計(jì)算u(k)采樣周期是否到4.3-軟件程序代碼#include<reg52.h>unsigned char count =0; /定時(shí)器計(jì)數(shù)量unsigned char count1 =0; /中值濾波計(jì)數(shù)量unsigned char ad_data ; /裝入AD值char e; /當(dāng)前采樣的實(shí)際值flout out_data; /當(dāng)前經(jīng)過(guò)運(yùn)算后的實(shí)際值char u; /定義DA輸出量char u0=0,u1=0,e0=0,e1=0; /采樣值char mid_data5=0; /中值

8、濾波的保存值char i,j; /冒泡排序的參數(shù)void timeInit(); /定時(shí)器初始化函數(shù)void main(void) /主函數(shù) timeInit(); while(1);void timeInit() TMOD |= 0X01; /選擇定時(shí)器0，工作方式1 TH0 = 3C; /設(shè)置定時(shí)器0初值 TL0 = B0; EA = 1; /打開(kāi)全局中斷 ET0 = 1; /打開(kāi)定時(shí)器中斷 TR0 = 1; /定時(shí)器中斷打開(kāi) void Time0_isr(void) interrupt 1 using 1 TH0 = 3C; /重新裝入初值 TL0 = B0; if(count>=

9、20) /定時(shí)器定滿(mǎn)一秒 count=0;ad_data=P2;e = ad_data- 128; / 因?yàn)槭请p極性輸入的這樣得到的實(shí)際值有正負(fù)電壓/最少拍無(wú)波紋差分方程算法If(out_data>0) /用于限定當(dāng)前值在-127+127之間 if(out_data >=127) u=127; else u=(char)out_data;else if(out_data<=-127) u=-127; else u=(char)out_data;mid_datacount1=u+128; count1+; u0=u1; u1=u; e0 =e1; e1=e; count +;

10、if(count1>=4) count1=0; for(i=0;i<5;i+) for(j=0;j<5-i;j+) if(mid_dataj>mid_dataj+1) temp=mid_dataj; mid_dataj = mid_dataj+1; mid_dataj+1 = temp; P2=mid_data2; /濾波后輸出值 5 小結(jié)通過(guò)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我較為詳細(xì)清晰地了解了最少波無(wú)波紋控制算法。它對(duì)輸入信號(hào)的快速響應(yīng)讓我感覺(jué)很是神奇，但是，在完成課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中也遇到了大量的困難，特別是復(fù)雜的差分方程的運(yùn)算，由于對(duì)MATLB不是很熟悉，所以很多參數(shù)要自己動(dòng)手去算，

11、但是，大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算讓我感覺(jué)很是困難，不過(guò)經(jīng)過(guò)一番努力，最后還是被完美的解決了。在此過(guò)程中，讓我清醒的認(rèn)識(shí)到數(shù)學(xué)的重要性。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)，硬件部分相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，用的基本上是常用的芯片，再結(jié)合數(shù)據(jù)手冊(cè)，能夠很好的完成，信號(hào)也基本讓人滿(mǎn)意。通過(guò)對(duì)資料的查詢(xún)，讓我更進(jìn)一步提高了自己的知識(shí)獲取能力。6 參考文獻(xiàn)1賴(lài)壽宏 主編 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 華中科技大學(xué)出版社 1994 2李毅剛 主編 單片機(jī)原理及應(yīng)用 高等教育出版社 2003 3李鐵橋 主編 計(jì)算機(jī)控制理論與應(yīng)用 20054謝龍漢 主編 Autium Designer 原理圖與PCB設(shè)計(jì)及仿真 電子工業(yè)出版社 20125Pro Log . Technical Manual and Data Book6J. A .Moore ,S .M Herb .Understanding Distributed Process Systems. Instrument Society of America, 20057J . V .Levy. A multiple computer system for reliable transaction processing ,ACM SIG SMALL Newsletter, 4,NO .5, 20068LAT