課程設(shè)計(jì)--最少拍控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)</p><p>　　《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</p><p><b>　　一、課題名稱(chēng)</b></p><p><b>　　最少拍控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　二、課程設(shè)計(jì)目的</b></p>

2、<p>　　課程設(shè)計(jì)是課程教學(xué)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，是達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)，是綜合性較強(qiáng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，它對(duì)幫助學(xué)生全面牢固地掌握課堂教學(xué)內(nèi)容、培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐和實(shí)際動(dòng)手能力、提高學(xué)生全面素質(zhì)具有很重要的意義。</p><p>　　《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》是一門(mén)理論性、實(shí)用性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)占有更加重要的地位。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的課程設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合運(yùn)用知識(shí)的過(guò)程，它需要控制理論、程序設(shè)計(jì)、硬件

3、電路設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)融合。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，加深對(duì)學(xué)生控制算法設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)，學(xué)會(huì)控制算法的實(shí)際應(yīng)用，使學(xué)生從整體上了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)際組成，掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)步驟，編程調(diào)試，為從事計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的調(diào)試工作打下基礎(chǔ)。</p><p><b>　　三、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　設(shè)計(jì)以89C51單片機(jī)和ADC、DAC等電路、

4、由運(yùn)放電路實(shí)現(xiàn)的被控對(duì)象構(gòu)成的計(jì)算機(jī)單閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。</p><p>　　1. 硬件電路設(shè)計(jì)：89C51最小系統(tǒng)加上模入電路（用ADC0809等）和模出電路（用TLC7528和運(yùn)放等）；由運(yùn)放實(shí)現(xiàn)的被控對(duì)象。</p><p>　　2. 控制算法：最少拍控制。</p><p>　　3. 軟件設(shè)計(jì)：主程序、中斷程序、A/D轉(zhuǎn)換程序、濾波程序、最少拍控制程序、D/A輸

5、出程序等。</p><p><b>　　四、課程設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1. 模入電路能接受雙極性電壓輸入（-5V~+5V），模出電路能輸出雙極性電壓（-5V~+5V）。</p><p>　　2. 模入電路用兩個(gè)通道分別采集被控對(duì)象的輸出和給定信號(hào)。</p><p>　　3. 每個(gè)同學(xué)選擇不同的被控對(duì)象：&

6、lt;/p><p>　　4. 設(shè)計(jì)無(wú)紋波最少拍控制器。被控對(duì)象有積分環(huán)節(jié)的按斜坡輸入信號(hào)設(shè)計(jì)控制器，否則按階躍輸入信號(hào)設(shè)計(jì)控制器。</p><p>　　5. 定時(shí)中斷間隔可在10-50ms中選取，采樣周期取采樣中斷間隔的整數(shù)倍，可取1000-2000ms，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定。</p><p>　　6. 濾波方法可選擇平均值法，中值法等。</p><p&g

7、t;　　有關(guān)的設(shè)計(jì)資料可參考《計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)》的相關(guān)內(nèi)容。</p><p>　　五、課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果</p><p>　　1. 控制系統(tǒng)能正確運(yùn)行。</p><p>　　2. 正確整定PID參數(shù)后，系統(tǒng)階躍響應(yīng)的超調(diào)<15%</p><p><b>　　六、進(jìn)度安排</b></p><p

8、>　　七、課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容：</p><p>　　總結(jié)設(shè)計(jì)過(guò)程，寫(xiě)出設(shè)計(jì)報(bào)告，設(shè)計(jì)報(bào)告具體內(nèi)容要求如下：</p><p>　　1．課程設(shè)計(jì)的目和設(shè)計(jì)的任務(wù)。</p><p>　　2．課程設(shè)計(jì)的要求。</p><p>　　3．控制系統(tǒng)總框圖及系統(tǒng)工作原理。</p><p>　　4．控制系統(tǒng)的硬件電路連接圖（含被控對(duì)

9、象），電路的原理。 </p><p>　　5．軟件設(shè)計(jì)流程圖及其說(shuō)明。</p><p>　　6．電路設(shè)計(jì)，軟件編程、調(diào)試中遇到的問(wèn)題及分析解決方法。</p><p>　　7．實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析。</p><p><b>　　8．體會(huì)。</b></p><p>　　發(fā)出任務(wù)書(shū)日期： 年 月

10、 日 指導(dǎo)教師簽名：</p><p>　　計(jì)劃完成日期： 年 月 日 教學(xué)單位責(zé)任人簽章：</p><p><b>　　第 二 部 分</b></p><p><b>　　課</b></p><p><b>　　程</b></p&

11、gt;<p><b>　　設(shè)</b></p><p><b>　　計(jì)</b></p><p><b>　　報(bào)</b></p><p><b>　　告</b></p><p><b>　　目 錄</b></p&

12、gt;<p><b>　　1 課題簡(jiǎn)介1</b></p><p>　　1.1 課程設(shè)計(jì)目的1</p><p>　　1.2 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容1</p><p>　　1.3 課程設(shè)計(jì)要求1</p><p>　　2 最少拍控制方案設(shè)計(jì)2</p><p>　　2.1 最少拍控制器的介紹

13、2</p><p>　　2.2 控制系統(tǒng)框圖及閉環(huán)工作原理2</p><p>　　3最少拍控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3</p><p>　　3.1 總體硬件電路圖3</p><p>　　3.2 輸入雙極性的實(shí)現(xiàn)原理4</p><p>　　3.3 輸出雙極性的實(shí)現(xiàn)原理4</p><p>　　

14、3.4 給定的被控對(duì)象的實(shí)現(xiàn)4</p><p>　　4 最少拍無(wú)紋波系統(tǒng)控制算法設(shè)計(jì)6</p><p>　　4.1 最少拍無(wú)紋波控制的基本原理6</p><p>　　4.2 最小拍無(wú)紋波控制的算法實(shí)現(xiàn)7</p><p>　　5最小拍無(wú)紋波控制軟件編程設(shè)計(jì)8</p><p>　　5.1 主程序及中斷程序的思考圖

15、及具體流程圖8</p><p>　　5.2 重要程序的作用與實(shí)現(xiàn)9</p><p>　　6 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析11</p><p>　　6.1仿真結(jié)果11</p><p>　　6.2 上機(jī)調(diào)試結(jié)果11</p><p>　　7 小結(jié)與體會(huì)12</p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)12<

16、;/p><p><b>　　1 課題簡(jiǎn)介</b></p><p>　　1.1 課程設(shè)計(jì)目的</p><p>　　課程設(shè)計(jì)是課程教學(xué)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，是達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)，是綜合性較強(qiáng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，它對(duì)幫助學(xué)生全面牢固地掌握課堂教學(xué)內(nèi)容、培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐和實(shí)際動(dòng)手能力、提高學(xué)生全面素質(zhì)具有很重要的意義。</p><p>　

17、　《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》是一門(mén)理論性、實(shí)用性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)占有更加重要的地位。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的課程設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合運(yùn)用知識(shí)的過(guò)程，它需要控制理論、程序設(shè)計(jì)、硬件電路設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)融合。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，加深對(duì)學(xué)生控制算法設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)，學(xué)會(huì)控制算法的實(shí)際應(yīng)用，使學(xué)生從整體上了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)際組成，掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)步驟，編程調(diào)試，為從事計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的調(diào)試工作打下基礎(chǔ)。</p&g

18、t;<p>　　1.2 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容</p><p>　　設(shè)計(jì)以89C51單片機(jī)和ADC、DAC等電路、由運(yùn)放電路實(shí)現(xiàn)的被控對(duì)象構(gòu)成的計(jì)算機(jī)單閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。</p><p>　　1. 硬件電路設(shè)計(jì)：89C51最小系統(tǒng)加上模入電路（用ADC0809等）和模出電路（用TLC7528和運(yùn)放等）；由運(yùn)放實(shí)現(xiàn)的被控對(duì)象。</p><p>　　2. 控制算法：

19、最少拍控制。</p><p>　　3. 軟件設(shè)計(jì)：主程序、中斷程序、A/D轉(zhuǎn)換程序、濾波程序、最少拍控制程序、D/A輸出程序等。</p><p>　　1.3 課程設(shè)計(jì)要求</p><p>　　1. 模入電路能接受雙極性電壓輸入（-5V~+5V），模出電路能輸出雙極性電壓（-5V~+5V）。</p><p>　　2. 模入電路用兩個(gè)通道分別采集

20、被控對(duì)象的輸出和給定信號(hào)。</p><p>　　3. 每個(gè)同學(xué)選擇不同的被控對(duì)象：</p><p>　　G(s)=5/[(0.8s+1)(0.3s+1)]</p><p>　　設(shè)計(jì)無(wú)紋波最少拍控制器。被控對(duì)象有積分環(huán)節(jié)的按斜坡輸入信號(hào)設(shè)計(jì)控制器，否則按階躍輸入信號(hào)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)控制器。</b><

21、/p><p>　　5. 定時(shí)中斷間隔選取10ms，采樣周期取采樣中斷間隔的整數(shù)倍，取1000ms。</p><p>　　6. 濾波方法可選擇平均值法，中值法和滑動(dòng)濾波法。</p><p>　　2 最少拍控制方案設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 最少拍控制器的介紹</p><p>　　最少拍控制器是基于準(zhǔn)確的被控對(duì)象而建立的

22、一種控制算法。</p><p>　　隨動(dòng)系統(tǒng)式一種速度跟蹤系統(tǒng)，它的主要性能指標(biāo)是快速性，要求系統(tǒng)的輸出值盡快地跟蹤給定值地變化。應(yīng)用數(shù)字控制器設(shè)計(jì)的隨動(dòng)系統(tǒng)的快速性一般以系統(tǒng)需要多少個(gè)采樣周期數(shù)來(lái)表征。通常稱(chēng)一個(gè)采樣周期為一拍，無(wú)疑在越少的拍數(shù)內(nèi)，系統(tǒng)的輸出能跟上給定值，則系統(tǒng)的快速性越好。最少拍控制就是為滿(mǎn)足這一要求的一種離散化設(shè)計(jì)方法。所謂最少拍控制，就是要求閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)于某個(gè)典型的輸入，設(shè)計(jì)D(z)使閉環(huán)系

23、統(tǒng)響應(yīng)在最少的采樣周期內(nèi)（最少拍）達(dá)到采樣點(diǎn)上無(wú)靜差的穩(wěn)態(tài)，且閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)具有以下形式：</p><p>　　Φ(z)= Φ1z-1+Φ2z-2+…+ΦNz-N</p><p>　　其中N為可能情況下的最小正數(shù)。</p><p>　　這一形式表明閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)在N個(gè)采樣周期后變?yōu)榱?，即系統(tǒng)在N拍之內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定</p><p>　　最少拍

24、閉環(huán)控制系統(tǒng)包括給定值，輸出值，D/A轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，數(shù)字控制器，被控對(duì)象，零階保持器等環(huán)節(jié)。</p><p>　　2.2 控制系統(tǒng)框圖及閉環(huán)工作原理</p><p>　　最少拍雙通道采樣的閉環(huán)系統(tǒng)框圖如上所示，在該系統(tǒng)中，對(duì)給定值r(t)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換采樣，得到離散化的r(z)，并且對(duì)輸出值c(t)也進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，得到c(z)，然后計(jì)算有e(k）=c(k)-r(z)。D(z)為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

25、的脈沖傳遞函數(shù)，U(z)為輸出的控制量，然后經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后得到模擬控制量U(t)，對(duì)包含零階保持器的被控量進(jìn)行控值進(jìn)而達(dá)到要求的最小拍控制的目的。</p><p>　　3最少拍控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 總體硬件電路圖</p><p>　　3.2 輸入雙極性的實(shí)現(xiàn)原理</p><p>　　由圖可知，輸入通道IN7和IN

26、6加了阻值為10K的電阻。IN1~IN5的模擬量的允許輸入范圍：0~4.98V。而加了上拉電阻的IN7和IN6端口，當(dāng)輸入IN7的電壓為0V時(shí)，進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換的電壓為2.5V；當(dāng)輸入IN7的電壓為-5V時(shí)，進(jìn)入轉(zhuǎn)換的電壓為0V。就是說(shuō)，輸入到外端口的電壓Uout和進(jìn)入轉(zhuǎn)換的電壓Uin的關(guān)系是Uin=(Uout+Vcc)/2,因此能夠在IN7端口加上-5V~+4.96V的電壓也可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換的功能。</p><p>

27、　　3.3 輸出雙極性的實(shí)現(xiàn)原理</p><p>　　上圖為雙極性的輸出電路，該電路通過(guò)放大器和電阻的一系列計(jì)算關(guān)系實(shí)現(xiàn)輸出的雙極性。具體來(lái)說(shuō)， R2左端的電壓為轉(zhuǎn)換輸出的單極性電壓Vdan,該電壓的大小為，這就是原本單極性輸出的正常電壓。但是加上如上的電路之后，我們?cè)O(shè)輸出電壓為Vout,因?yàn)橛疫叺姆糯笃?號(hào)端口接地，所以2號(hào)端口也虛地，即電壓為0V。又因?yàn)榉糯笃?號(hào)端子向右可以認(rèn)為是斷路，無(wú)電流。綜上，有：所以

28、</p><p>　　只要調(diào)試W102是W102加上R4為2K，那么輸出的電壓，由此可知，實(shí)現(xiàn)了D/A轉(zhuǎn)換的雙極性輸出。</p><p>　　3.4 給定的被控對(duì)象的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中有8個(gè)被控對(duì)象，我們?nèi)∑渲幸粋€(gè)分析被控對(duì)象是如何實(shí)現(xiàn)的。</p><p><b>　　被控對(duì)象為</b></

29、p><p>　　G(s)=5/[(0.8s+1)(0.3s+1)]</p><p>　　的實(shí)現(xiàn)的硬件電路圖為</p><p>　　在該圖中，左邊的積分環(huán)節(jié)通過(guò)選取200K的輸入電阻和4UF的并聯(lián)電容來(lái)實(shí)現(xiàn)，右邊的放大器上并聯(lián)了R=100K和C=3uF實(shí)現(xiàn)時(shí)間常數(shù)T2=0.3s，然后通過(guò)R7/R8=5實(shí)現(xiàn)放大系數(shù)Kp=5的要求。</p><p>　

30、　4 最少拍無(wú)紋波系統(tǒng)控制算法設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 最少拍無(wú)紋波控制的基本原理</p><p>　　按最少拍有紋波系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制器，其系統(tǒng)的輸出值跟蹤輸入值后，在非采樣點(diǎn)有紋波存在；原因就在于當(dāng)偏差為0時(shí)，數(shù)字控制器的輸出序列u(k) 不為恒值（常數(shù)或零），而是振蕩收斂的；非采樣時(shí)刻的紋波現(xiàn)象不僅造成非采樣時(shí)刻的偏差，而且浪費(fèi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功率，增加設(shè)備磨損，因此必須消除。<

31、/p><p>　　4.1.1 設(shè)計(jì)最少拍無(wú)紋波控制器的必要條件</p><p>　　無(wú)紋波系統(tǒng)要求系統(tǒng)的輸出信號(hào)在采樣點(diǎn)之間不產(chǎn)生紋波，必須滿(mǎn)足：</p><p>　?、賹?duì)階躍輸入，當(dāng)t ≥ NT時(shí)，有y(t)=常數(shù)；</p><p>　?、趯?duì)速度輸入，當(dāng)t ≥ NT時(shí)，有y’(t)=常數(shù)；即G (s)中至少要有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，</p>

32、<p>　?、蹖?duì)加速度輸入，當(dāng)t ≥ NT時(shí)，有y’’(t)=常數(shù)；G (s)中至少要有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，</p><p>　　這樣，被控對(duì)象G (s)必須有能力給出與系統(tǒng)r(t)相同且平滑的輸出。因此，設(shè)計(jì)最少拍無(wú)紋波控制器時(shí)，針對(duì)輸入對(duì)象必須有足夠的積分環(huán)節(jié)。</p><p>　　4.1.2 最少拍無(wú)紋波系統(tǒng)確定Ф(z)的約束條件</p><p>　　

33、要使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出無(wú)紋波，就要求穩(wěn)態(tài)時(shí)的控制信號(hào)u(k)為常值（包括0）。控制信號(hào)u(k)的Z變換：</p><p>　　如果系統(tǒng)經(jīng)過(guò)l個(gè)采樣周期到達(dá)穩(wěn)態(tài)，無(wú)紋波要求：</p><p><b>　　設(shè)廣義對(duì)象</b></p><p><b>　　由</b></p><p>　　要使u(k)為常數(shù)，

34、u(k)必須是z-1的有限多項(xiàng)式。故閉環(huán)傳遞函數(shù)必須包含G(z)的全部零點(diǎn)及滯后環(huán)節(jié)。</p><p><b>　　令</b></p><p>　　w為G(z)所有零點(diǎn)數(shù)（包括單位圓內(nèi)、單位圓上以及單位圓外的零點(diǎn)），b1,b2, …,bw為其所有零點(diǎn)。</p><p>　　由此可見(jiàn)，有紋波和無(wú)紋波設(shè)計(jì)唯一區(qū)別在于：</p><

35、;p>　　有紋波設(shè)計(jì)時(shí)，Ф(z)包含G(z)單位圓上和單位圓外的零點(diǎn)；</p><p>　　無(wú)波紋設(shè)計(jì)時(shí)，Ф(z)包含G(z)單位圓內(nèi)、單位圓上、單位圓外的所有零點(diǎn)。</p><p>　　4.1.3 最少拍無(wú)紋波控制器確定Ф(z)的步驟</p><p>　　確定Ф(z)必須滿(mǎn)足下列條件：</p><p>　?、俦豢貙?duì)象中含有足夠的積分環(huán)

36、節(jié)，以滿(mǎn)足無(wú)紋波系統(tǒng)設(shè)計(jì)的必要條件；</p><p><b>　　②按選擇Ф(z)</b></p><p><b>　?、郯?lt;/b></p><p><b>　　和選擇Фe(z)；</b></p><p>　?、蹻1(z)、 F2(z)階數(shù)的確定</p><

37、p>　　若G(z)有j個(gè)極點(diǎn)在單位圓上，即z＝1，當(dāng)j≤ q，有</p><p>　　m=w+dn=v-j+q</p><p>　　若G(z)有j個(gè)極點(diǎn)在單位圓上，即z＝1，當(dāng)j> q，有</p><p>　　m=w+dn=v</p><p>　　4.2 最小拍無(wú)紋波控制的算法實(shí)現(xiàn)</p><p>

38、　　對(duì)于具體的被控對(duì)象，如G(s)=5/[(0.8s+1)(0.3s+1)]，要實(shí)現(xiàn)對(duì)它的計(jì)算機(jī)控制算法的設(shè)計(jì)需要經(jīng)過(guò)一系列的計(jì)算。首先廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)，對(duì)于該式，輸入速度信號(hào)，能滿(mǎn)足無(wú)紋波控制的要求，且D=0,q=2,v=1,w=1,且j<q,故有m=w+d=1,n=v-j+q=2.對(duì)單位速度輸入信號(hào)，，因?yàn)椋士梢越獾?由此可知,</p><p><b>　　,于是求得</b>

39、;</p><p>　　利用MATLAB 仿真軟件，得到結(jié)果：</p><p>　　D(s)=(2.815z+0.6252)/(z^2-0.32222z+0.01),進(jìn)一步可知</p><p>　　u(k)=0.593u(k-1)+0.4070u(k-2)+0.6294e(k)-0.4087e(k-1)+0.0293e(k-2),這就是計(jì)算機(jī)控制所要的控制式。<

40、;/p><p>　　采樣周期選擇1s,定時(shí)中斷選擇為10ms,就是說(shuō)100個(gè)定時(shí)中斷后進(jìn)行采樣。</p><p>　　5最小拍無(wú)紋波控制軟件編程設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1 主程序及中斷程序的思考圖及具體流程圖</p><p>　　5.2 重要程序的作用與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　5.2.1任務(wù)的分配</p>

41、;<p>　　主程序主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)初始化和變量初始化的操作，具體來(lái)說(shuō)，如流程圖所示，包括設(shè)定定時(shí)器的工作狀態(tài)、定時(shí)器裝初值、設(shè)定外中斷類(lèi)型、開(kāi)外中斷和定時(shí)中斷、啟動(dòng)定時(shí)器、D/A清零、變量清零等內(nèi)容，完成上述操作后就等待進(jìn)入定時(shí)中斷。</p><p>　　定時(shí)中斷程序?qū)崿F(xiàn)的功能有兩個(gè)：一是重新裝入定時(shí)初值，二是啟動(dòng)D/A轉(zhuǎn)換進(jìn)而能進(jìn)入轉(zhuǎn)換外中斷。</p><p>　　外中斷服務(wù)

42、程序?qū)崿F(xiàn)了采樣和計(jì)算輸出控制量的功能。首先檢查是否到了同步信號(hào)，如果到了，就把輸出清零、變量初始化并給采樣周期值，沒(méi)到就檢查是否到了采樣周期。如果到了采樣周期，就進(jìn)行下一步的采樣和計(jì)算。具體就是，依次采樣7號(hào)通道和6號(hào)通道，然后計(jì)算出偏差。根據(jù)之前算得的公式計(jì)算出控制輸出u(k),然后檢查控制量是否溢出，溢出了就取相應(yīng)的最值。這之后輸出控制量。最后進(jìn)行控制量和偏差的遞推和采樣周期恢復(fù)，就返回了。</p><p>

43、　　5.2.2重要程序的源碼介紹</p><p><b>　　A/D轉(zhuǎn)換程序</b></p><p><b>　　If(TC==0)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　cont=ADC_7-128;</p><p>&l

44、t;b>　　DEFI=0;</b></p><p><b>　　str =0;</b></p><p><b>　　str =1;</b></p><p><b>　　EX1 =0;</b></p><p><b>　　k =200;<

45、/b></p><p>　　While(k>0) k--;</p><p><b>　　EX1 =1;</b></p><p>　　set =ADC_7-128;</p><p><b>　　DEFI=1;</b></p><p>　　EK=cont-set;&

46、lt;/p><p><b>　　........</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　從以上程序中我們可以知道，當(dāng)采樣周期到時(shí)，首先采樣7號(hào)端口的數(shù)值然后選中6號(hào)端口，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，等待200uS后，采樣6號(hào)端口的數(shù)值，需要注意的一點(diǎn)是在6號(hào)端口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后也會(huì)產(chǎn)生中斷信號(hào)影響計(jì)算機(jī)的控制，因此

47、在等待轉(zhuǎn)換之前要先關(guān)掉外部中斷，等轉(zhuǎn)換完成后再打開(kāi)。于是兩通道都完成采樣了。</p><p><b>　　最少拍控制程序</b></p><p>　　開(kāi)始我們已經(jīng)計(jì)算出最小拍的控制輸出和偏差以及之前的控制輸出之間的關(guān)系是：</p><p>　　u(k)=0.593u(k-1)+0.4070u(k-2)+0.6294e(k)-0.4087e(k-

48、1)+0.0293e(k-2)。于是首先定義一些變量YY0、YY1、YY2、YY3、HH1、HH2、HH3，在主函數(shù)中賦給他們計(jì)算出的相應(yīng)的數(shù)值，然后在中斷服務(wù)程序里進(jìn)行計(jì)算，對(duì)應(yīng)的程序就是：</p><p>　　float KK0 = -0.1896; //系數(shù)YY0</p><p>　　float KK1 = -0.04109;

49、 //系數(shù)YY1</p><p>　　float KK2 = 0.02798; //系數(shù)YY2</p><p>　　float KK3 = 0; //系數(shù)YY3</p><p>　　float PP1 = 1.9572; //系數(shù)HH1</p><p

50、>　　float PP2 = -0.9145; //系數(shù)HH2</p><p>　　float PP3 = -0.04276; //系數(shù)HH3</p><p>　　float G = 1; //增益調(diào)整</p><p>　　................

51、...........</p><p>　　i = YY0*EK + YY1*EK_1 + YY2*EK_2+YY3*EK_3 ;</p><p>　　j = HH1*UK_1 + HH2*UK_2 + HH3*UK_3;</p><p>　　UK = G*i + j;</p><p><b>　　濾波程序的介紹</b>

52、</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)濾波的功能，要定義四個(gè)變量來(lái)保存采樣值M,M_1,N,N_1。</p><p><b>　　程序如下：</b></p><p>　　cont=(ADC_7-128+M+M_1)/3;</p><p><b>　　M_1=M;</b></p><p

53、>　　M=ADC_7-128;</p><p><b>　　........</b></p><p>　　set =(ADC_7-128+N+N_1)/3;</p><p><b>　　N_1=N;</b></p><p>　　N=ADC_7-128;</p><p>

54、;　　通過(guò)滑動(dòng)的方法，每次計(jì)算偏差EK時(shí)取本次和前兩次的采樣值取平均的方法，實(shí)現(xiàn)了濾波的功能，并且通過(guò)變量M,M_1,N,N_1的遞推實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)的效果。</p><p><b>　　6 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析</b></p><p><b>　　6.1 仿真結(jié)果</b></p><p>　　為了驗(yàn)證計(jì)算數(shù)據(jù)是否正確，首先，我們利用已

55、有的最小拍控制的Simulink可仿真模型</p><p>　　6.1.1單位階躍信號(hào)的Simulink仿真模型</p><p><b>　　系統(tǒng)輸出如圖所示</b></p><p><b>　　數(shù)字控制器輸出:</b></p><p>　　6.1.2單位速度信號(hào)的Simulink仿真模型</

56、p><p>　　單位速度信號(hào)如圖所示</p><p><b>　　系統(tǒng)輸出如圖所示</b></p><p><b>　　數(shù)字控制器輸出</b></p><p>　　6.2仿真模型上機(jī)結(jié)果分析</p><p>　　當(dāng)輸入信號(hào)為單位階躍信號(hào)時(shí)，按照最小拍控制策略設(shè)計(jì)的數(shù)字控制器，實(shí)現(xiàn)

57、輸入經(jīng)過(guò)一拍后，在采樣時(shí)刻系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差為零，輸出跟蹤輸入但在采樣點(diǎn)間，系統(tǒng)輸出有紋波存在。</p><p>　　當(dāng)輸入信號(hào)為單位速度信號(hào)時(shí)，按照最小拍控制策略設(shè)計(jì)的數(shù)字控制器，實(shí)現(xiàn)輸入經(jīng)過(guò)兩拍后，在采樣時(shí)刻系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差為零，輸出跟蹤輸入，但在采樣點(diǎn)間，系統(tǒng)輸出有紋波存在。</p><p>　　綜上所述，被控對(duì)象穩(wěn)定且不包含純滯后環(huán)節(jié)，按最少拍原則設(shè)計(jì)數(shù)字控制器，雖然設(shè)計(jì)方法直觀簡(jiǎn)單，又便于

58、在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，但也存在著缺點(diǎn)。</p><p>　?、傧到y(tǒng)輸出在采樣點(diǎn)間存在紋波，最少拍設(shè)計(jì)是保證在采樣點(diǎn)上穩(wěn)態(tài)誤差為零，而在采樣點(diǎn)之間系統(tǒng)輸出可能存在波動(dòng)，其原因在于數(shù)字控制器的輸出經(jīng)過(guò)兩拍后不為零或?yàn)槌Ｖ?，而是出于振蕩收斂?lt;/p><p>　?、谙到y(tǒng)適應(yīng)性差，最少拍原則是根據(jù)某種典型輸入信號(hào)設(shè)計(jì)的，對(duì)其它輸入信號(hào)不一定是最少拍，甚至可能產(chǎn)生很大的超調(diào)和靜差。</p>

59、<p>　?、劭刂品档募s束最少拍設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上是時(shí)間最優(yōu)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在此過(guò)程中，對(duì)數(shù)字控制器的輸出沒(méi)有做任何約束，但實(shí)際上控制機(jī)構(gòu)所能提供的能量是有限，所以采用最少拍原則設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，由于被控對(duì)象存在飽和特性，系統(tǒng)響應(yīng)輸出不一定滿(mǎn)足最少拍目的。從圖上的效果來(lái)看是能夠滿(mǎn)足控制的要求的，所計(jì)算的數(shù)據(jù)是正確的。</p><p><b>　　7 小結(jié)與體會(huì)</b></p>

60、<p>　　在本次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問(wèn)題，給我的感覺(jué)就是很難，很不順手，看似很簡(jiǎn)單的電路，連接起來(lái)也很困難，因?yàn)槲覀円檎夷K，選擇電阻和電容。</p><p>　　還要將電腦中的程序載入模塊，調(diào)試運(yùn)行。在調(diào)試的過(guò)程中，遇到的問(wèn)題更多，調(diào)試的過(guò)程是一個(gè)讓人思考的過(guò)程，也是熟悉穩(wěn)態(tài)方法和實(shí)踐動(dòng)手的好機(jī)會(huì)，順著模塊的順序依次排查接線，出現(xiàn)問(wèn)題，想出各種可能的情況，測(cè)試解決。</p>

61、<p>　　通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，鍛煉了我的動(dòng)手實(shí)踐能力，讓我有機(jī)會(huì)將課本所學(xué)的知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合。切身體會(huì)到動(dòng)手能力的重要。同時(shí)電路的設(shè)計(jì)修改也是我將知識(shí)整理融匯的過(guò)程，在某些課設(shè)涉及的地方我的理解更加深入了。今后隨著學(xué)習(xí)的深入，還會(huì)有更加深入的理論方法，相信到時(shí)候我可以學(xué)會(huì)更多知識(shí)，將所學(xué)的知識(shí)學(xué)以致用。</p><p>　　經(jīng)過(guò)此次的課程設(shè)計(jì)，我對(duì)所學(xué)過(guò)的知識(shí)在應(yīng)用方面有了初步認(rèn)識(shí)，并且學(xué)到很多擴(kuò)展方

62、面的知識(shí)，且再對(duì)課題的仿真過(guò)程當(dāng)中，能夠熟練的使用Simulink軟件。通過(guò)查資料了解了課本上沒(méi)學(xué)到的知識(shí)，也知道了AT89C52與我們所學(xué)的80C51引腳，內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及用途上的差別。還選擇了ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換器， DAC0832作為本系統(tǒng)的D/A轉(zhuǎn)換器。通過(guò)模擬量經(jīng)過(guò)輸入通道進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)內(nèi)，通過(guò)編程，對(duì)所錄入的模擬信號(hào)進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)外擴(kuò)電路的顯示，以及D/A轉(zhuǎn)換后傳輸給執(zhí)行器進(jìn)行控制。經(jīng)過(guò)此次的課程

63、設(shè)計(jì)，我對(duì)所學(xué)過(guò)的知識(shí)在應(yīng)用方面有了初步認(rèn)識(shí)，并且學(xué)到很多擴(kuò)展方面的知識(shí)，且再對(duì)課題的仿真過(guò)程當(dāng)中，能夠熟練的使用Simulink軟件。通過(guò)查資料了解了課本上沒(méi)學(xué)到的知識(shí)，也知道了AT89C52與我們所學(xué)的80C51引腳，內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及用途上的差別。還選擇了ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換器， DAC0832作為本系統(tǒng)的D/A轉(zhuǎn)換器。通過(guò)模擬量經(jīng)過(guò)輸入通道進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)內(nèi)，通過(guò)編程，對(duì)所錄入的模擬信號(hào)進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)外擴(kuò)

64、電路的顯示，以及D/A轉(zhuǎn)換后傳輸給執(zhí)行器進(jìn)</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 于海生主編，微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，北京：清華大學(xué)出版社，1999</p><p>　　[2] 張艷兵等編著，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2008</p><p>　　[3] 張毅剛主編，單片