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计算机控制系统ATMAGA128实验学号：SY0803517姓名： 蔺君计算机控制系统设计与实现1 设计要求给定对象的传递函数为，为便于观察，取采样周期为0.5s，要求用w’平面法，设计数字控制器D(z)，并用数字仿真机验证设计指标。设计指标为：（1）频域：（2）时域：（3）静态：（1/s）2 原系统分析2.1 时域分析由系统的传递函数，可知，系统有极点0，-1且有Kv＝2。当系统的输入为单位阶跃信号时，系统的单位负反馈闭环响应为：图1原系统闭环单位响应图取误差带为5%，有：超调量为，调节时间。2.2 频域分析系统的频响应为写成对数形式为：幅值为：相角为：系统的bode图为：图2原系统bode图图3原系统余度图由上图可知系统的幅值余度为无穷大，相角余度为38.7。3 离散化设计3.1 系统离散化由当采样周期为T＝0.5s时，带zoh离散化后，可得传递函数为：进一步变换到w’平面得到：3.2 w’平面性质由可得到系统的bode图为：图4系统w平面余度图从图中可知幅值余度为6.39，相角余度为14.8。图5 w平面系统单位阶跃响应又调节时间长，且超调量大，不满足系统要求。3.3 进行超前滞后校正由于系统的相角余度不够，且调节时间长，故应选用超前网络进行校正。选取，则有bode图为：图6Dw bode图3.4 系统串联后的性能将系统进行串联后有：此时有系统的bode图为：图7加入控制律后的bode图可以看出相角余度为52.2，幅值余度为12.3.对系统加入单位阶跃信号，可得到单位负反馈输出如下图：图8加入控制律后系统单位负反馈输出响应从图中可知，超调小于5%，调节时间小于3s，系统满足要求。3.5 求D(z)由进行w’反变换，有4 控制算法编排由故有：图9系统编排图由于A/D的量程为-10V~+10V，D/A的量程为-10V~+10V，故有：及又，，故进行比例因子配置，选取比例因子为16，配置后为：图10比例因子配置算法Ⅰ：Ⅱ算法Ⅱ：系统流程图如下：图11系统流程图5码制转换在计算机内部，将A/D的量程为-10V~+10V转换到-1~+1之间，又由于-10V对应AD量化值0，10V对应AD量化值1023，故应有：，其中为AD转换后在计算机内部表示的浮点值，为AD的采样量化数值，D/A的量程为-10V~+10V，又0对应DA输出-10V，2047对应DA输出+10V，故有：，其中DAValue为DA的机内码。6硬件电路由模拟电路来搭建系统的被控对象部分，对过运算放大器来实现。图12被控对象部分7数据分析按图12所示，连接硬件电路，并将控制律加入其中，进行试验，测得AD码如下：第一组：7F 76 67 5F5C 5D 5E 5F 60 5F 60 5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F第二组：83 7C 6D 62 5D 5C 5D 5F5F5F 60 5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F第三组：7F7C 71 65 5F 5D 5D 5E 5F 60 60 5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F第四组：83 7B 6B 61 5C5C 5D 5F5F 60 60 5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F5F由上述四组数据，将AD码转换成模拟量，由于AD转换完成后在数据管及串口上送的数据为10位AD中的高8位，故在进行信号恢复时，要考虑到上述变换，即此时的AD对应关系己变为：AD输入的-10V对应AD转换后的00H，AD输入的+10V对应AD转换的FFH，此时有变换公式为：其中，为AD的输入值，也就被控对象的输出，为数管码的显示值，即AD的转换结果的高8位。转换后得到如下数据：图13数据输出图数据分析如下：表14数据分析表组号超调量调节时间NO.111.37%5.5sNO.211.37%5.5sNO.38.24%5.5sNO.411.37%5.5s由上表可知，平均超调量为10.588%,调节时间为5.5s，可满足闭环要求。8部分程序8.1 定时器中断程序void timer0_ovf_isr(void){ TCNT0 = 0x64; //reload counter valuecount=count+1;if(count==50) {count=0;flag=1; //interruption flag }}8.2 码制转换程序//ad2floatfloat ad2f(intval){float temp;temp = (float)val;return (temp - 511.0)/512.0;}//float2DAint f