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1、计算机控制技术课程设计任务书一、 课程设计目的课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达到教学目标的重要环节，是综合性较强的实践教学环节，它对帮助学生全面牢固地掌握课堂教学内容、培养学生的实践和实际动手能力、提高学生全面素质具有很重要的意义。计算机控制技术是一门实用性和实践性都很强的课程，课程设计环节应占有更加重要的地位。计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它需要控制理论、程序设计、硬件电路设计等方面的知识融合。通过课程设计，加深对学生控制算法设计的认识，学会控制算法的实际应用，使学生从整体上了解计算机控制系统的实际组成，掌握计算机控制系统的整体设计方法和设计步骤，编程调试，为从事
2、计算机控制系统的理论设计和系统的整定工作打下基础。二、 课程设计内容设计以89C51单片机、ADC、DAC等电路和运放电路组成的被控对象构成的单闭环反馈控制系统。1. 硬件电路设计：89C51最小系统加上模入电路ADC0809和模出电路DAC0832；由运放构成的被控对象。2. 控制算法：PID控制、最少拍控制、大林算法。3. 软件设计：主程序、定时中断程序、A/D转换程序、滤波程序、D/A输出程序、最少拍控制程序等。三、 课程设计要求1. 模入电路能接受双极性电压输入（-5V+5V），模出电路能输出双极性电压（-5V+5V）。2. 被控对象：3. 控制器设计：最少拍控制器。被控对象有积分环节
3、的按斜坡输入信号设计控制器，否则按阶跃输入信号设计控制器。4. 定时中断间隔可在10-50ms中选取，采样周期取采样中断间隔的整数倍，可取1000-2000ms，由实验结果确定。四、 课程设计实验结果1. 控制系统能正确运行。2. 按设计信号下的系统输出响应。3. 其他典型输入信号下的系统输出响应。五、 进度安排序号内容天数1布置任务，查阅资料0.52总体方案确定，硬件电路设计1.53熟悉实验箱及C语言开发环境，研读范例程序，14控制算法设计15软件编程，调试16实验17总结，撰写课程设计报告1六、 课程设计报告内容：总结设计过程，写出设计报告，设计报告具体内容要求如下：1课程设计的目和设计的
4、任务。2课程设计的要求。3控制系统总框图及系统工作原理。4控制系统的硬件电路连接图（含被控对象），电路的原理。 5软件设计流程图及其说明。6电路设计，软件编程、调试中遇到的问题及分析解决方法。7实验结果及其分析。8体会。七、 参考文献（列出你所利用的参考文献。格式参见下。）1 于海生主编，微型计算机控制技术，北京：清华大学出版社，19992 张艳兵等编著，计算机控制技术，北京：国防工业出版社，20083 张毅刚主编，单片机原理及应用，北京：高等教育出版社，20044 陈涛编著，单片机应用及C51程序设计，北京：机械工业出版社，20085 楼然苗, 李光飞编著, 单片机课程设计指导, 北京: 北
5、京航空航天大学出版社, 2007 第 二 部 分课程设计报告目录1、课题简介11.1课程设计内容11.2课程设计要求12、方案设计12.1设计步骤12.2控制系统总框图及系统工作原理13、硬件电路设计23.1被控对象设计23.2硬件电路原理图24、控制算法设计35、软件编程设计55.1流程图设计55.2 程序设计56、实验结果分析87、总结9参考书目91、课题简介1.1课程设计内容设计以89C51单片机、ADC、DAC等电路和运放电路组成的被控对象构成的单闭环反馈控制系统。1. 硬件电路设计：89C51最小系统加上模入电路ADC0809和模出电路TLC7528；由运放构成的被控对象。2. 控制
6、算法：最少拍控制。3. 软件设计：主程序、定时中断程序、A/D转换程序、滤波程序、D/A输出程序、最少拍控制程序等。 1.2课程设计要求1. 模入电路能接受双极性电压输入（-5V+5V），模出电路能输出双极性电压（-5V+5V）。2. 被控对象3. 设计无纹波最少拍控制器。被控对象有积分环节的按斜坡输入信号设计控制器，否则按阶跃输入信号设计控制器。4. 定时中断间隔可在10-50ms中选取，采样周期取采样中断间隔的整数倍，可取1000-2000ms，由实验结果确定。5. 滤波方法可选择平均值法，中值法等。2、方案设计2.1 设计步骤先进行硬件设计，根据Gz改造被控对象 进行最少拍控制算法计算读
7、范例程序，画出流程图，进行修改调试实验结果2.2控制系统总框图及系统工作原理最少拍控制算法D（z）REC图2-1系统总框图误差E=R-C经运放运算得到，并由模数转换器采集。最少拍控制算法由软件程序和单片机实现。输出U经数模转换器和零阶保持器转换成模拟信号送至被控对象。被控对象由两只运放及阻容元件构成。3、硬件电路设计3.1 被控对象设计被控对象由两只运放及阻容元件构成。积分部分C=4uF，R=250k惯性部分R1=25k，R2=200k，C=1uF图3-1被控对象设计3.2硬件电路原理图图3-2系统电路图4、控制算法设计被控对象传递函数根据香农采样定理，选择采样周期T=0.1s零阶保持器的传递
8、函数为对被控对象带零阶保持器进行Z变换，得:由该式可知：其中D为采样周期纯滞后环节的个数，q=2为单位速度输入，为G(z)中零点的个数，v为G(z)中不稳定极点的个数，j为G(z)在单位圆上极点的个数故e(z)和(z)可设为又所以有解得 所以5、软件编程设计5.1流程图设计图5-1系统流程图5.2 程序设计#include #include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ADC_7 XBYTE0x0600#define DAC_1 XBYTE0x0640sbit str = P17;定义
9、A/D启动信号sbit DIN0 = P10;声明同步信号uint data time;声明变量，用于定时uchar data t0_h,t0_l;用于存储定时器0的初值int TK=10;声明采样周期=TK*10msint TC;TC的变量float KK0=7.8;系数float KK1=-9.366;float KK2=2.809;float KK3=0;float PP1=-0.332;float PP2=-0.668;float PP3=0;char UK;当前时刻DA的输出char EK;当前时刻的偏差char UK_1,UK_2,UK_3,EK_1,EK_2,EK_3;前三次采样
10、时刻的控制量和偏差void main(void) TMOD = 0x01;time = 10;定时10mst0_h = (65536-500*time)/256;计算定时器0初值t0_l = (65536-500*time)%256;t0_l = t0_l+20;修正因初值重装而引起的定时误差TH0 = t0_h;TL0 = t0_l;IT1 = 1;边沿出发中断EX1 = 1;开外部中断1ET0 = 1;开外部中断0TR0 = 1;启动定时器TC = 1;DAC_1= 0x80;DA清零UK=UK_1=UK_2=UK_3=0; EK=EK_1=EK_2=EK_3=0;EA = 1;开总开关w
11、hile(1);void int1() interrupt 2 using 2float i,j;DIN0 = 1;读取输入前，先输出高电平 if(DIN0)判断同步信号是否到达 UK=UK_1=UK_2=UK_3=0; EK=EK_1=EK_2=EK_3=0; DAC_1 =0x80;DA输出零TC=1; else TC-;判断采样周期是否到达 if(TC=0) EK = ADC_7-128;采样当前的偏差值，并计算偏差的变化量i=EK*KK0;i=i+EK_1*KK1;i=i+EK_2*KK2;i=i+EK_3*KK3;j=UK_1*PP1; j=j+UK_2*PP2;j=j+UK_3*P
12、P3;i=i-j; if(i0) 判断是否溢出 if(i=127) UK=127; else UK=(char)i; else if(i-128) UK=-128; else UK=(char)i; DAC_1=UK+128;DA输出控制量 UK_3=UK_2; 控制量地推 UK_2=UK_1; UK_1=UK; EK_3=EK_2; 偏差递推 EK_2=EK_1; EK_1=EK;TC=TK; 采样周期变量恢复 void Timer0() interrupt 1 using 1str = !str;TH0 = t0_h;TL0 = t0_l;6、实验结果分析首先利用MATLAB仿真，仿真图及
13、结果如图6-1图6-1 MATLAB仿真图图6-2仿真结果使用实验箱做仿真时得到的仿真结果为图6-3 图6-3实验箱仿真结果及数字控制器输出结果从仿真结果来看，调节之后的电路可以两拍跟踪斜坡输入信号，MATLAB仿真结果没有任何纹波，但是在实验箱上仿真时出现了纹波，后期出现了不稳定的偏差，原因是实验箱上的电阻电容原件并不是非常精确的数值，在做G（s）的参数时有偏差，因此会出现上述结果。7、总结参考书目1 于海生主编，微型计算机控制技术，北京：清华大学出版社，19992 张艳兵等编著，计算机控制技术，北京：国防工业出版社，20083 张毅刚主编，单片机原理及应用，北京：高等教育出版社，20044 陈涛编著，单片机应用及C51程序设计，北京：机械工业出版社，20085 楼然苗, 李光飞编著, 单片机课程设计指导, 北京: 北京航空航天大学出版社, 2007