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南Z大
5outhChinaLiniversityofTechnology
计算机控制课程设计
学院自动化科学与工程
学生姓名
··学号
班级
提交日期2013年9月5日
指导老师
目录
一)课程设计任务题目及要求…
………二)课程设计任务对象与论证……………
………
三)控制器的计算、选择以及系统仿真…………
四)硬件电路的设计…………●●●……………●●●
五)系统框图………………
六)程序流程图
七)参考文献
八)心得体会
………………
………
………
一、课程设计任务题目及要求
总体:设计一个具有大纯时延时间的一阶惯性环节的计算机控制系
统,字数不少于3000字。
具体内容:
1)自己给出系统的闭环传递函数的表达式
2)自己设定系统性能指标
3)书面设计一个计算机控制系统的硬件布线连接图
4)硬件布线连接图转化为系统结构图
5)选择一种控制算法
6)软件工程知识编写程序流程图
7)在MATLAB下进行编程和仿真,给出单位阶跃函数的输出结
果表
8)进行系统的可靠性和抗干扰性的分析
要求:
1、针对一个具有纯滞后的一阶惯性环节
的温度控制系统和给定的系统性能指标:
工程要求相角裕度为30°~60°,幅值裕度6dB
要求测量范围-50℃~200℃,测量精度0.5%,分辨率0.2℃
2、书面设计一个计算机控制系统的硬件布线连接图,并转化为系统结构图;
3、选择一种控制算法并借助软件工程知识编写程序流程图;
4、用MATLAB和SIMULINK进行仿真分析和验证;
二、课程设计任务对象与设计的分析论证
1.控制对象的分析与说明
本设计的控制对象是一个含有具有大时滞的一阶惯性环节
的系统,而在通常的温度控制系统中,控制对象往往就可以视作含有一个大纯时延时间的一阶惯性环节的系统,故本次计算机控制系统设计则可以以一个温度控制系统为例设计:加热炉温度控制系统。目的是保持被加热液体的温度与设定值尽量一致,当系统出现干扰时能够
较快地恢复到设定值。
让纯时延为T/2,被控对象传递函数为:
需要对这一传递函数进行分析,添加适当的控制器,以满足
设计要求,取得预期效果。
2.系统设计的一般步骤和要点
C①建模:描述控制量和输出量之间的数学关系;
控制对象的功能和工作过程的分析
控制对象的功能和
工作过程的分析
C③选择算法;
C①系统结构包括系统总线的选择;
②内存空间分配:系统软件、应用程序、待扩充;
系统总体方案设计
③I/O分配:模拟/开关量I/O、待扩充;
④模拟量IVO通道的配置;
⑤中断、查询处理方式的确定;
即组构计控系统原理描述图,包括信号流程图
系统控制工艺流程图
(接合控制对象的工艺流程);
给定量方式
线路方案
采样信号
口地址分配
开关量、模拟量I/O
画应用程序流程图
内存参数区
滤波环节
通道设计
控制量输出
信号标准化
算法步骤
编制源程序、调试和仿真技术指标
编制源程序、调试
和仿真
技术指标
负载考虑
测试
如MOS、TTL器件逻辑电
平、I/O电流、输入/输出
N达到预期目的?能力,以及缓冲器的选择
N
达到预期目的?
Y
布线和安装写EPPROM
布线和安装
机箱设计、布线走向
系统试运行调试硬件电路板设计
系统试运行
调试硬件
端接板配置
Y
N
硬件有错?完成控制目的?
硬件有错?
NY
N
投入运行
三、控制器的计算,选择,和系统的仿真
1、当传递函数为
时,
用MATLAB绘出其波特图:
程序为:
num=[120];
den=[0.01241];
g=tf(num,den,iodelay,0.0062);
margin(g);
gridon;
波特图为:
由上图可知,幅值裕度为-0.276dB6dB,相角裕度为-107deg,不
满足题目要求。故需对对象进行合理控制使其工作符合要求,需要进
行设计。
2.算法选择
●最小拍无纹波:即最少调整时间系统,在给定某种典型输入(如单位阶跃输入、单位速度输入或单位加速度输入)条件下,通过设计一个控制规律使得闭环系统输出具有最快的响应速度,且输出的采样点之间没有纹波。在满足系统的快速性、准确性、稳定性和
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