《计算机控制》课程设计报告---无波纹最小拍控制设计.docVIP

《计算机控制》课程设计报告 题目: 无波纹最小拍控制设计 《计算机控制》课程设计任务书 专 业 电气工程及其自动化 班 级 学 生 指导教师 题 目 无波纹最小拍控制设计 设计时间 2010年 6月 25 日 至 2010 年7 月 2 日 共 1 周 设计要求 设计任务：无波纹最小拍控制设计 采用零阶保持器的单位反馈离散系统，被控对象为，要求系统在单位斜坡输入时，实现无波纹最小拍控制，用离散设计法设计数字控制器。 方案设计： 采用Matlab完成控制系统的建立、分析、设计和模拟仿真； 选择元器件,完成电路设计，控制器采用MCS-51系列单片机(传感器、功率接口以及人机接口等可以暂不涉及)，使用Protel绘制原理图； 控制算法采用单片机汇编语言编程实现（应通过编译，无语法错误）。 报告内容: 控制系统仿真和设计步骤，应包含Matlab仿真的性能曲线、采样周期T的选择、数字控制器脉冲传递函数和差分方程形式； 元器件选型过程，电路设计过程，绘制的Protel原理图； 算法流程图，含有详细注释的源程序； 设计工作总结及心得体会； 列出所查阅的参考资料。 指导教师签字： 系（教研室）主任签字： 2010年 7 月 5 日 目 录 《计算机控制》课程设计任务书 2 1 设计任务与理论基础 4 1.1设计任务 4 1.2 离散化设计方法 4 2 控制器的设计与仿真 5 2.1无波纹最小拍控制器的设计 5 2.1.1 Z传递函数G(z) 5 2.1.2闭环Z传递函数Ф(z) 5 2.1.3 Z传递函数 D(z) 6 2.1.4 数字控制器的差分方程形式 6 2.2 Simulink仿真 7 3 电路设计 9 3.1 器件选择 9 3.2 电路设计 10 3.2.1 总电路图 10 3.2.2 8051外围电路 10 3.2.3ADC0809模块 11 3.2.4 DAC0832模块外围电路 12 4流程图与程序 12 4.1 流程图 12 4.2 源程序代码 13 5 工作总结与体会 16 附：参考文献 17 1 设计任务与理论基础 1.1设计任务 无波纹最小拍控制设计 采用零阶保持器的单位反馈离散系统，被控对象为，要求系统在单位斜坡输入时，实现无波纹最小拍控制，用离散设计法设计数字控制器。 1.2 离散化设计方法 图1-1计算机控制系统框图 Gc(s) —— 被控对象的连续传递函数， D(z) —— 数字控制器的Z传递函数， H(s) —— 零阶保持器的传递函数， T —— 采样周期。 广义对象G (s)的Z传递函数为： 则闭环Z传递函数为： 若已知Gc(s) ，且可根据控制系统的性能指标要求构造Ф(z)，则根据 和 得数字控制器得离散化设计步骤： 1）求广义对象的Z传递函数G(z)； 2）根据控制系统的性能指标和其他约束条件，确定所需的闭环Z传递函数Ф(z)； 3）求数字控制器的Z传递函数 D(z)； 4）根据D(z)求取控制算法的递推公式，设D(z)的一般形式： 得D(z)的计算机控制算法 2 控制器的设计与仿真 2.1无波纹最小拍控制器的设计 2.1.1 Z传递函数G(z) 按照离散化设计的步骤,先求得连同零阶保持器的广义对象脉冲传递函数为: 其在MATLAB环境下的描述语句如下： G=zpk([],[0 -1],10);%传递函数 HG=c2d(G,1,zoh); %带ZOH的离散化,采样周期为1s 程序运行结果如下： Zero/pole/gain: Zero/pole/gain: 10 3.6788 (z+0.7183) ------- ----------------- s (s+1) (z-1) (z-0.3679) 与手算结果一致。 2.1.2闭环Z传递函数Ф(z) 闭环脉冲传递函数为： 误差脉冲传递函数为： 其在MATLAB环境下的描述语句如下： z=tf([1 0],[1],1); phil=(1+0.593/z)*(1-1/z)^2; %φe(z) phi=1.407*(1+0.718/z)*(1-0.586/z)/z; %φ(z) 程序运行结果如下： Transfer function: Transfer function: z^3 - 1.407 z^2 - 0.186 z + 0.593 1.4