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《计算机控制技术课程设计》指导书 设计目的和要求 计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它不仅需要微型机 控制理论、程序设计方面的基础知识，而且还需要具备一定的生产工艺知识。课程设计包括确定控制任务、系统总体方案设计、硬件系统设计、控制软件的设计等， 以便使学生掌握计算机控制系统设计的总体思路和方法。 设计内容及步骤 确定控制任务 （设计目标参数，技术指标） 有如下题目供参考（可选其他）： a.水温控制（过程控制类） b.电机速度控制 c.电机角度控制 系统总体方案设计 a. 基本系统选择 b. 接口电路的确定（A/D、D/A） c. 系统软件的配置 硬件系统设计 a．单片机基本系统 b．A/D接口电路 c．D/A接口电路 d．开关量输入输出电路 软件系统设计 a. 系统初始参数设定模块 b. 检测模块 c. 控制模块 d. 报警模块 e. 键盘、显示接口模块 控制系统仿真 依据所搭建的系统，采用matlab/simulink进行仿真，给出仿真曲线和结果分析。 撰写设计报告 a. 设计题目 b. 任务要求 c. 系统总体方案 d. 各个硬件模块设计和原理图 e. 各个软件模块设计和流程图 f. 心得体会和参考资料 课程设计进度安排（供参考）： 要求学生集中时间、争取在3周的时间内完成，进度按排如下。 序号 项 目 时 间 1 查阅资料，理解系统 1天（6.25） 2 系统总体设计 2天（6.26-27） 3 硬件系统设计 4天（6.28-7.3） 4 软件系统设计 4天（7.4-7.8） 5 系统仿真与分析 2天（7.9-7.10） 6 撰写实训报告 2天（7.6-7） 7 答辩，验收 3天（7.11-13） 四、报告基本内容 （1）总体方案设计：构建系统的结构框图，确定系统各组成模块的功能和相互关系。（2）详细设计：硬件部分：选择硬件型号，设计具体电路等。给出系统各个组成部分的接口电路。软件部分：依据采用的控制算法及计算机控制系统的构成特点，绘制程序流程图，并编写相应的程序代码。程序的各个关键环节应给出文字注释。（3）调试：首先在Matlab 软件中对系统进行仿真分析（simulink 仿真环境纯M文件编程均）编译软件；在实验室进行系统的软硬件联调，获得满意的控制效果。 （4）独立撰写课程设计对设计结果，应给出详细的比较和分析，应深入分析结果产生的原因，相应控制方法的适用场合等。答辩与课程设计等几方面结合起来考虑学习与设计态度的认真性，课堂知识理解掌握的深入程度，软件应用的熟练程度，设计方案的正确性或合理性，图文的质量效果，是否独立完成，是否具有独立分析解决问题的能力和创新精神等。 图1 单回路控制系统方框图 二、干扰对系统性能的影响 1．干扰通道的放大系数、时间常数及纯滞后对系统的影响。 干扰通道的放大系数Kf会影响干扰加在系统中的幅值。若系统是有差系统，则干扰通道的放大系数愈大，系统的静差也就愈大。 如果干扰通道是一惯性环节，令时间常数为Tf，则阶跃扰动通过惯性环节后，其过渡过程的动态分量被滤波而幅值变小。即时间常数Tf越大，则系统的动态偏差就愈小。 通常干扰通道中还会有纯滞后环节，它使被调参数的响应时间滞后一个τ值，但不会影响系统的调节质量。 2．干扰进入系统中的不同位置。 复杂的生产过程往往有多个干扰量，它们作用在系统的不同位置，如图2所示。同一形式、大小相同的扰动作用在系统中不同的位置所产生的静差是不一样的。对扰动产生影响的仅是扰动作用点前的那些环节。 图2 扰动作用于不同位置的控制系统 三、控制规律的选择 PID控制规律及其对系统控制质量的影响已在有关课程中介绍，在此将有关结论再简单归纳一下。 1．比例(P)调节 纯比例调节器是一种最简单的调节器，它对控制作用和扰动作用的响应都很快。由于比例调节只有一个参数，所以整定很方便。这种调节器的主要缺点是系统有静差存在。 2．比例积分(PI)调节 PI调节器就是利用P调节快速抵消干扰的影响，同时利用I调节消除残差，但I调节会降低系统的稳定性，这种调节器在过程控制中是应用最多的一种调节器。式中TI为积分时间。 3．比例微分(PD)调节 这种调节器由于有微分的超前作用，能增加系统的稳定度，加快系统的调节过程，减小动态和静态误差，但微分抗干扰能力较差，且微分过大，易导致调节阀动作向两端饱和。因此一般不用于流量和液位控制系统。 式中TD为微分时间。 4．比例积分微分(PID)调节器 PID是常规调节器中性能最好的一种调节器。由于它具有各类调节器的优点，因而使系统具有更高的控制质量。它的位置式和增量式传递函数分别为：