数字位置随动系统设计.doc

1、成绩计算机控制系统课程设计说明书数字位置随动控制系统设计DESIGN OF DIGITAL POSITION SERVO CONTROL SYSTEM学生姓名凌立章学院名称信电工程学院学号20130503243班级13自动化专业名称电气工程及其自动化指导老师曹言敬2016年6月10日徐州工程学院课程设计说明书 目 录1 绪论11.1课题研究背景11.2控制系统设计题目11.3控制系统设计要求22 总体控制方案设计32.1控制系统方框图32.2控制系统工作原理32.3不同控制方案的对比3 2.3.1 PLC控制系统32.3.2单片机控制系统52.4总体控制方案53 控制系统模型建立53.1直流电

2、机模型63.2控制系统动态结构图64 硬件选型64.1位置传感器选型74.2直流电机选型74.3驱动电路选型84.4微控制器选型94.5 A/D转换器选型95 硬件电路设计9 5.1时钟电路12 5.2复位电路12 5.3按键电路126 控制系统软件设计126.1 PID控制器设计14 6.1.1 PID控制的基本原理146.1.2位置式PID控制算法与增量式PID算法156.1.3数字PID参数的整定方法156.2 控制系统软件流程图167 基于Matlab的控制系统算法仿真177.1 M语言编程仿真177.2仿真结果分析17结论18参考文献20附录211绪论1.1课题研究背景 随动系统最早

3、出现于20世纪初。随动系统能够根据外界输入的控制量的变化 ，实时输出控制量以驱动执行设备精确复现这种变化，它伴随着控制器件、执行机构和功率驱动装置的产生而逐渐发展起来。到了20世纪中期，先进控制理论的成熟，使得随动系统的发展更是突飞猛进，广泛应用于工业、医疗、交通、宇航以及军事设备中。在工业特别是机械制造业，随动系统在机床的速度控制、位置控制中扮演了关键的角色，使得制造机构能够完成复杂的空间曲线运动，极大地推动工业自动化制造水平向更精密的方向发展；在交通行业，飞机的平衡飞行、地铁的自动调速、电梯的启停升降，均有随动系统的贡献；在宇航方面，无论是人造卫星的姿态调整、对接技术，还是月球车在自主状态

4、下各种动作的执行，都展现了随动控制技术的作用；在军事领域，随动系统的控制使得雷达或导弹能实时跟踪目标，确保机载或舰载系统的稳定。总之，随动系统的广泛应用使其在当今社会多个领域中占据越来越重要的地位，在促进行业进步的同时，其自身也在不断发展更新。 位置随动控制系统是通过控制器来实现自动控制理论的各种控制算法，通过执行机构电力电子功率变换装置实现对电机的控制，来达到位置随动控制的目的。其中控制器可以说是整个系统的心脏，其设计的好坏直接影响整个系统的性能。有些位置随动控制系统的控制器主要由模拟控制器来实现的，但对于那些较复杂控制算法，单靠硬件电路来实现系统控制相对比较困难。随着微电子技术的迅猛发展，

5、 研发出各种高性能数字信号处理器，其运算能力强而且具有丰富的外部接口。将数字信号处理器应用在位置随动控制系统，构成数字位置随动控制系统，该系统就可以通过软件编程的方式完成各种简单或复杂的传动控制算法，通过外部接口实现与电力电子功率变换装置的连接， 最终实现对电机的控制，这样既可以提高系统的灵活性的也可以减小系统的体积。近几年基于数字信号处理芯片开发的位置伺服系统成为研究的热点，并且很多芯片厂家还开发一些电机专用控制芯片，并在芯片内部集成了PWM发生单元等，简化了与电力电子功率变换装置间的连接，而且具有强大的处理功能可以完成现代控制理论或智能控制理论的一些复杂算法，如果采用这些电机专用控制芯片来

6、完成系统设计，即可以节省了开发周期，又简化了系统的硬件结构。1.2控制系统设计题目控制系统功能要求：利用单片机实现全数字位置随动系统，由键盘输入PID参数及给定值。利用功能键实现点动和自动以及复位。直流电动机实现可逆运行，并由位置传感器（如光电码盘等）检测转角信号，经频压转换电路实现位置检测。控制器参数可以用Simulink仿真确定，但为了实现系统快速性好、超调小和无静差的控制要求，设计中可采用积分分离式PID控制算法（也可自行选择）。全数字位置随动系统示意如图1-1。手柄角度盘直流电机位置给定位置反馈驱动电路A/D转换单片机电源键盘输入图1-1 全数字位置随动系统示意图1.3控制系统设计要求

7、1) 定位精度0.4；(2) 定位过程超调量10%；(3) 输入阶跃、速度、加速度转角信号时，调节时间250ms。2 总体控制方案设计2.1 控制系统方框图该控制系统由角度盘，直流电机，微控制器，位置传感器、A/D转换器以及驱动电路等组成，见图2-1。图2-1控制系统方框图2.2 控制系统工作原理用手柄转动角度盘一定的角度后停止，由位置传感器检测到数据，将所采集到的数据经A/D转换器模数转换后，送至单片机定为定值，有位置反馈送来的信号，经A/D转换器模数转换后，送至单片机于给定信号比较，微控制器根据比较结果输出相应的控制量，经驱动电路放大后，控制直流电机转速，实现角度盘角度的自动调节与控制。

8、2.3 不同控制方案的对比2.3.1 PLC控制系统(1) PLC的定义可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字化或模拟式的输入/输出，控制各种类型的机械或生产过程。(2) PLC控制系统的特点1. 可靠性高，抗干扰能力强PLC用软件取代了继电器控制系统中大量的中间继电器和时间继电器，接线可减少到继电器控制系统的十分之一以下，大大减少了因触点接触不良造成的故障。2. 硬件配套齐全，使用方便，适应性强PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的

9、硬件装置。3. 编程方法简单易学梯形图是使用的最多的PLC编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易用，熟悉继电器电路图的电气技术人员只需花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。4. 维修工作量小，维修方便PLC控制系统实现环节主要是以可编程序逻辑控制器PLC为核心，以STEP7-Micro/WIN 软件为开发平台，以实验台上的各种设备为对象使用梯形图语言进行PLC控制程序的开发来控制各种设备。MCGS组态软件用于生成和运行监控程序的组态工程文件，完成构建PLC控制系统的监控功能。(3) PLC控制系统的适用领域 PLC是以自动控制技术、微计算

10、机技术、和通信技术为基础发展起来的新一代工业控制装置，随着微处理器技术的发展，PLC得到了迅速的发展，也在社会各领域的生产训得到了越来越多的应用。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业使用情况大致可归纳为如下几类。1. 开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2. 模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量

11、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量和数字量之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。3. 运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4. 过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制

12、算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。5. 数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、

13、食品工业中的一些大型控制系统。6. 通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。2.3.2 单片机控制系统(1) 单片机的定义单片机是一种集成在电路芯片上，采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器、只读存储器、I/O口、中断系统以及定时器等功能模块集成到一块硅片上，构成的一个小而完善的计算系统。(2) 单片机控制系统的特点1. 有优异的性能价格比。 2. 集成度高，体积小，可靠性好。

14、 3. 控制能力强。 4. 低功耗，低电压，便于生产便携式产品。5. 易扩展。 (3) 单片机的应用领域 1. 智能产品 单片机与传统的机械产品相结合，使传统的机械产品结构简单化、控制智能化，构成了新一代的机电一体化产品。例如：家用电器、办公设备、机床设备、纺织机械等工业设备。 2. 智能仪表 用单片机糅合到测量、控制仪表中，使仪表向数字化、智能化、多功能化、综合化、柔性化方向发展，使长期以来难以解决的误差修正、线性化等问题迎刃而解。它集测量、处理、控制于一体，使传统的仪器仪表行业呈现出了崭新的面貌。 3. 测控系统 用单片机构成的各种工业控制系统、自适应控制系统、数据采集系统等。 4. 数控

15、系统 用单片机作为机床数控系统的控制机，可提高机床数控系统的可靠性、增强功能、降低数控系统的成本。 5. 智能接口 用单片机控制计算机外部设备（例如PRT、KB、HD、FD、CRT等），用智能接口与计算机连接，可以大大减少主CPU的负担、提高系统的运行速度、提高系统的管理水平。2.4 总体控制方案基于以上比较，本文采用ATM89C51单片机为核心芯片，及其相关硬件来实现数字位置随动控制系统。在用位置传感器测量位置的同时，CPU通过A/D转换器读取测得角度模拟量并转换成位置值。当位置低于给定值时，系统自动增加电机转速，当位置超过给定值时，系统自动减速并反转从而达到定值。3 控制系统模型建立3.1

16、 直流电机模型选取一直流电动机，其铭牌参数为:额定电压 ,额定电流=10. 4A,额定转速=377rad/s,额定输出功率，电动机轴上的转动惯量J=0.027。查阅相关资料，推导出电机的传递函数为： 式(3.1)3.2 控制系统动态结构图由以上推导，我们可以得到此位置随动控制系统的动态结构图，见图3-1。图3-1位置随动控制系统的动态结构图 4 硬件选型4.1 位置传感器选型FBL50-R 系列单圈绝对式旋转编码器UART 异步串行口输出：RS232C、RS485、RS4222 个控制接点输出（具有电子凸轮功能）采用变压器原理测角，无触点、长寿命，具有其它类原理测角无可比拟的可靠性和灵敏性。1

17、 单圈绝对编码输出 2. 测角范围：03603. 角度分辨率、允许最大转速：位数 分辨率 08 256 最大转速 13500rpm 4. 输出接口：串行口 RS232C、RS485、RS422 可选 5. 通讯协议：Fable 协议、Modbus RTU 协议 6. 附加功能：输出锁定、2 个控制接点输出 输出锁定功能使编码器保持锁定时刻的输出数据不变，适用于多只传感器需要同步采样的场所 控制接点输出具有电子凸轮功能，也可用于上下限 报警，接点参数用户可以自行设定 7. 编码器供电：直流 5V 或 930V 可选，功耗功耗2W8. 工作温度：-40+859. 出线长度：1m，更长连线需用户外

18、接10. 外形结构：A、C 两种外形结构可选 位置传感器实物图见图4-1。图4-1 FBL50-R 系列单圈绝对式旋转编码器4.2 直流电机选型电机型号130ZKYN额定电压 额定电流=10. 4A额定转速=377rad/s额定输出功率电动机轴上的转动惯量J=0.027直流电机实物图见图4-2。图4-2 直流电机电机型号130ZKYN4.3 驱动电路选型可控硅直流电机调速器 MTD-12系列交流单相输入直流调速详细技术参数见表4-1，直流电机实物图见图4-3。表4-1可控硅直流电机调速器 MTD-12详细技术参数型号：MTD-12类型：直流调速机输入电压：220(V)输出电压：180-320(

19、V)输出转速：0-1500（rpm）调速范围：0-1500（rpm）显示方式：指针式工作原理：电子式适配电机功率：0.5-7.5（kW）操作方式：手动精密式稳速精度：0.5%图4-3可控硅直流电机调速器 MTD-12实物图4.4 微控制器选型此设计采用ATM 89C51作为控制芯片。它是在MCS-48系列的基础上发展的高性能的8位单片机。CPU是它的核心设备，从功能上看，CPU包括两个部分；运算器和控制器，它执行对输入信号的分析和处理。AT89C51 提供以下标准功能：4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全

20、双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。控制芯片实物图见图4-5。图4-5 ATM 89C51芯片图4.5 A/D转换器选型本设计采用ADC0808作为A/D转换器，ADC0808是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及与微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机接口直接连接。ADC 0808，还提供一个8通道的

21、模拟多路开关和通道寻址逻辑，因而有理由把它作为简单的“数据采集系统”。利用它可直接输入8个单端的模拟信号分时进行A/D转换，在多点巡回检测和过程控制、运动控制中应用十分广泛。 主要技术指标和特性 1. 分辨率：8位。 2. 总的不可调误差：ADC0808为0.5 LSB。 3. 转换时间：取决于芯片时钟频率。 4. 单一电源：+5V。 5. 模拟输入电压范围：单极性05V；双极性5V,10V(需外加一定电路)。 6. 具有可控三态输出缓存器。 7. 启动转换控制为脉冲式(正脉冲)，上升沿使所有内部寄存器清零，下降沿使A/D转换开始。 8. 使用时不需进行零点和满刻度调节。 ADC0808外部引

22、脚 见图4-6。图4-6 ADC0808引脚图 ADC0808转换器引脚介绍： IN0IN78路模拟输入，通过3根地址译码线ADDA、ADDB、ADDC来选通一路。 D7D0A/D转换后的数据输出端，为三态可控输出，故可直接和微处理器数据线连接。8位排列顺序是D7为最高位，D0为最低位。 ADDA、ADDB、ADDC模拟通道选择地址信号，ADDA为低位，ADDC为高位。 ALE：地址锁存允许信号，输入高电平有效。 START：A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲使其启动（脉冲上升沿使0808复位，下降沿启动A/D转换）。 EOC：A/D转换结束信号，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（

23、转换期间一直为低电平）。 OE：数据输出允许信号，输入高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 CLK：时钟脉冲输入端。VREF（+）和VREF（-）：参考电压输入端。Vcc：主电源输入端5V。GND：接地。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。5 硬件电路设计5.1 时钟电路89C51用内部振荡电路，这时需要XTAL1、XTAL2引脚来外接石英晶振和微调电容，如图5-1所示。外接石英晶振为12MHZ，两个电容为30pF为起振电容。 图5-1 89C51内部时钟电路5.2 复位电路89C51单片机有一个复位引脚R

24、ST，高电平有效。在时钟电路工作以后，当外部电路使得RST端出现两个机器周期以上的高电平，系统内部复位。复位方式有两种：上电复位和按钮复位。本设计选用按钮复位，因为遇到特殊情况系统出错，可以及时复位保证系统损失减到最低。复位电路如图5-2所示。 图5-2 89C51按钮复位电路 5.3 按键电路(1) 键盘输入的特点键盘实际上是一组按键开关的集合。通常，键盘开关利用了机械触点的通、断作用。一个电压信号通过键盘开关机械出点的断开、闭合输出波形。(2) 按键的确认键的闭合与否，反映在输出电压上就是呈现高电平或低电平，如果高电平表示键断开，低电平则表示键闭合，通过对行线电平高低状态的检测，便可确认按

25、键按下与否。为了确保CPU对一次按键动作只确认一次按键有效，必须消除抖动期的影响。(3) 消除按键的抖动采用软件延时来消除按键抖动的基本思想是：在第一次检测到有按键按下时，该键所对应的行线为低电平，执行一段延时10ms的子程序后，确认该行线电平是否仍为低电平，如果仍为低电平，则确认为该行确实有按键按下。当按键松开时，行线的低电平变为高电平，执行一段延时10ms的子程序后，检测到该行线为高电平，说明按键确实已经松开。采取以上措施，躲开了两个抖动期，从而消除了按键抖动的影响。根据设计要求，需要对系统进行实时的调节，因此需要输入设备，由于调节参数较少，可以使用符合的按键，我选择独立按键，足以满足系统

26、要求。独立式键盘就是各键相互独立，每个按键各接一根输入线的电平状态可以很容易的判断哪个按键被按下。在按键数目较多时，独立式键盘电路需要较多的输入口线且电路结构复杂，故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。各种独立式键盘中，各按键均采用了上拉电阻，这是为了保证在按键断开时，各I/O口有确定的低电平。按键电路如图5-3。图5-3 89C51按键电路6 控制系统软件设计6.1 PID控制器设计在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术

27、之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。6.1.1 PID控制的基本原理PID控制由反馈系统偏差的比例、积分和微分的线性组合而成，这3种基本控制规律各具特点。比例控制比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅

28、有比例控制时系统输出存在稳态误差。积分控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态无稳态误差。微分控制在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能

29、会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件或有滞后组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”， 它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。6.1.2 位置式PID控制算法与增量式PID算法 1. 位置式PID

30、控制算法 位置式的PID表达式为 式（6.1） 由于位置式PID控制计算机输出的u(k)与执行机构的实际位置一一对应，一旦计算机出现故障，u(k)的大幅度变化会引起执行机构位置的大幅度变化，这种情况往往是生产中不允许出现的。在某些场合，还可能造成重大的生产事故。此外，位置式PID的输出不仅与本次偏差有关，而且与历次测量偏差值有关，计算时要对偏差累加，计算机运算工作量大。为了克服上述位置式PID的不足，人们提出了一种增量式PID控制算法。 2. 增量式PID控制算法增量式的PID表达式为 式（6.2） 式（6.3） 由上式可见，控制器的输出仅仅与最近三次的偏差值有关。由于计算机控制系统采用恒定的

31、采样周期T，在确定了, 之后，根据最近三次的偏差值即可求出控制增量。增量式PID只是在算法上作了一点改进，它与位置式PID并无本质区别，但与位置式PID比较，它有不少优点: 计算机发生故障时，影响范围小。由于它每次只输出控制增量，即对应执行机构位置的变化量，输出变化范围不大，所以，当计算机发生故障时，不会严重影响生产过程。手动/自动切换时冲击小。由于它每次输出的最大幅度为，所以，当控制从手动切换到自动时，可实现无扰动切换。计算工作量小。算式中不需要累加，且只用到2个历史数据。e (k-1),e (k-2)，通常采用平移法保存这2个历史数据。6.1.3 数字PID参数的整定方法理论整定方法：以被

32、控对象的数学模型为基础，通过理论计算如根轨迹、频率特性等方法直接求得控制器参数。 工程整定方法：近似的经验方法，不依赖模型。如扩充临界比例带法，扩充响应曲线法，试凑法等。本设计依据临界比例度法，结合试凑法，先增大至系统临界稳定，再适当减小，根据系统响应曲线，通过调节改善系统稳态性能，通过调节改善系统动态性能。可采用试凑法初步整定PID参数:增大比例系数一般将会加快系统的响应，在有静差的情况下有利于减小静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调量，并产生振荡，是稳定性变坏。增大积分时间参数有利于减小超调，使系统更加稳定，但系统静差的消除随之减慢。增大微分时间常数有利于加快系统的响应，使超调减小，

33、稳定性增强，但系统对扰动的抑制能力减弱，对扰动有较敏感的响应。在试凑时，可参考以上参数对控制过程的影响趋势，对参数实行“先比例，后积分，再微分”的稳定步骤。 (1)首先之整定比例部分，将比例系数由小到大并观察响应的响应曲线，直到得到反应快，超调小的响应曲线。如果没有静差或静差己小到允许的范围内，则只需比例调节器即可，最优比例系数可由此确定。(2)如果在比例的基础上，系统的静差不能满足设计需求，则需要加入积分环节。整定时间首先置积分时间为一较大值，并将经第一步得到的比例系数略微缩小，然后减小积分时间，使在保持系统良好动态性能的情况下，静差得到消除。可根据响应曲线的好坏反复改变比例系数与积分时间，

34、以得到满意的控制过程与整定参数。(3)若比例积分消除了静差，但动态过程不满足，则可加入微分环节。在整定时，可先置微分时间为零，然后再增大，同时相应地改变比例系数和积分时间，直到得到满意地调节效果和控制参数为止。数字控制器与模拟控制器相比，除了需要整定PID参数，还有一个重要参数采样周期T。从控制系统方面考虑，影响采样周期选择的因素主要有：被控对象的动态特性、扰动的特性、控制算法、执行机构的速度跟踪性能的要求等。6.2 控制系统软件流程图 图6-1 控制系统软件流程图7 基于Matlab的控制系统算法仿真7.1 M语言编程仿真 由于Matlab拥有强大的库函数和高级的编程语言，通过编写增量式数字

35、PID程序可以方便地实现数字位置随动控制系统算法的仿真。具体程序见附录。7.2 仿真结果分析 通过运行并调试附录程序，经过PID参数整定得，见到了系统响应曲线图7-1。系统的动态性能指标，见图7-2。整定的PID参数和采样周期见表7-1。图7-1 系统响应曲线 图7-2 调节时间、超调量和稳态误差表7-1 整定的PID参数和采样周期采样周期0.001s3.620.012541.62 结论 设计提出了数字随动系统实验装置的设计。由于位置控制是设计中的重要环节，所以要使其按照一定的设计要求进行自动调节，以准确控制。经上述结果可得超调量4.12%，调节时间215ms，稳态误差1.8006e-013符合定位精度0.4，定位过程超调量10%，输入阶跃、速度、加速度转角信号时，调节时间=10 u(k)=10; end if u(k)0.02);settling_time=time(yts(end)+1);disp(settling_time= );disp(settling_time ); ess=1-yout(end);disp(ess= );disp(ess );21