計算機控制課程設(shè)計--超前校正控制器設(shè)計

1、<p>　　《計算機控制》課程設(shè)計報告</p><p>　　題目: 超前校正控制器設(shè)計 </p><p>　　姓名: </p><p>　　學(xué)號:

2、 </p><p>　　2015年6月12日</p><p>　　《計算機控制》課程設(shè)計任務(wù)書</p><p>　　指導(dǎo)教師簽字： 系（教研室）主任簽字：</p><p>　　2015年 6 月 5 日</p><p>　　控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計</p&

3、gt;<p><b>　　1.1實驗要求</b></p><p>　　設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，采用模擬設(shè)計法設(shè)計超前校正數(shù)字控制器，使校正后的系統(tǒng)滿足如下指標：(1) 速度誤差；(2) 相角裕度; (3) 幅值裕度dB。</p><p><b>　　1.2系統(tǒng)分析</b></p><p>　?。?）首

4、先調(diào)整增益K使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差滿足要求，即系統(tǒng)應(yīng)首先滿足速度誤差系數(shù)的要求，為使系統(tǒng)滿足速度誤差系數(shù)的要求可得：</p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　故可求得：</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p>　?。?）用m

5、atlab畫出未校正前系統(tǒng)的bode圖</p><p>　　(2.1)matlab程序如下：</p><p>　　numl=[0 0 20];</p><p>　　denl=[0.5 1 0];</p><p>　　G=tf(numl,denl);</p><p>　　W=logspace(-1,2,200);<

6、/p><p><b>　　bode(G,W)</b></p><p>　　margin(G);</p><p>　　[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(G);</p><p>　　[Gm,Pm,Wcg,Wcp]</p><p>　?。?.2）程序運行結(jié)果：</p><p&

7、gt;　　>> Untitled1</p><p><b>　　ans =</b></p><p>　　Inf 17.9642 Inf 6.1685</p><p>　?。?.3）bode圖為：</p><p>　　圖1 未校前正系統(tǒng)的bode圖</p><p>

8、　?。?.4）系統(tǒng)性能分析及校正方法選擇：</p><p>　　由仿真結(jié)果知：當(dāng)系統(tǒng)的速度誤差系數(shù)滿足要求時，系統(tǒng)的幅值裕度為無窮大，故幅值裕度滿足要求；而系統(tǒng)的相角裕度為17.9642，小于要求值50，因此，需要串聯(lián)一個超前環(huán)節(jié)來對系統(tǒng)進行校正，即采用串聯(lián)超前校正。</p><p>　　1.3模擬控制器設(shè)計</p><p>　　（1）、確定剪切頻率:</p&

9、gt;<p>　　由未校正系統(tǒng)的bode圖可得：</p><p>　　20 lg20=20lg2+4lg （3）</p><p><b>　　從而求得：</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　進而可得相角裕度為：

10、。 （5）</p><p>　?。?）、由分析知系統(tǒng)應(yīng)引進相位超前校正網(wǎng)絡(luò)，故設(shè)控制器的傳遞函數(shù)為 。 （6）</p><p>　?。?）、計算所需的相角超前量，由題意知: 。 （7）</p><p>　?。?）、根據(jù)可以確定系數(shù):</p><p>　　。

11、 （8）</p><p>　?。?）、對應(yīng)于的處的幅值增量應(yīng)為：</p><p><b>　　（9）</b></p><p>　　所以在校正前系統(tǒng)的bode圖上有：</p><p><b>　?。?0）</b></p><p>　　所以解得：

12、 。 （11）</p><p>　?。?）、校正裝置的轉(zhuǎn)折頻率分別為：</p><p><b>　?。?2）</b></p><p><b>　?。?3）</b></p><p><b>　　（14）</b></p>

13、<p><b>　?。?5）</b></p><p>　　故矯正裝置的傳遞函數(shù)為：</p><p><b>　?。?6）</b></p><p>　?。?）、校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：</p><p><b>　　（17）</b></p><

14、p>　　（8）、根據(jù)校正后的開環(huán)頻率特性驗算相角裕度和幅值裕度：</p><p><b>　?。?8）、（19）</b></p><p>　　綜上，在 的前提下，校正后系統(tǒng)的剪切頻率為： ，相角裕度大于 ，幅值裕度為 ，完全滿足系統(tǒng)靜動態(tài)性能指標要求。</p><p>　?。?）、對校正后的網(wǎng)絡(luò)進行matlab仿真：</p>

15、<p>　　（9.1）、matlab程序為：</p><p>　　numc=[0.23 1];</p><p>　　denc=[0.055 1];</p><p>　　Gc=tf(numc,denc)</p><p>　　W=logspace(-1,3,100);</p><p><b>　　fi

16、gure(2)</b></p><p>　　bode(Gc,W);grid</p><p><b>　　G_o=Gc*G</b></p><p><b>　　figure(3)</b></p><p>　　margin(G_o);</p><p>　　[Gm,Pm

17、,Wcp]=margin(G_o);</p><p>　　[Gm,Pm,Wcg,Wcp]</p><p>　?。?.2）、程序運行的結(jié)果為：</p><p>　　>> Untitled2</p><p><b>　　Gc =</b></p><p>　　0.23 s + 1</p

18、><p>　　-----------</p><p>　　0.055 s + 1</p><p>　　Continuous-time transfer function.</p><p><b>　　G_o =</b></p><p>　　4.6 s + 20</p><p>

19、　　--------------------------</p><p>　　0.0275 s^3 + 0.555 s^2 + s</p><p>　　Continuous-time transfer function.</p><p><b>　　ans =</b></p><p>　　Inf 50.4719

20、 Inf Inf</p><p>　　（9.3）、校正后的bode圖為：</p><p>　　圖2 校正后連續(xù)系統(tǒng)的bode圖</p><p>　　圖3 控制器的bode圖</p><p>　?。?.4）、通過matlab的仿真結(jié)果可以得出，加入控制器后，在滿足系統(tǒng)的速度誤差系數(shù)的前提下，系統(tǒng)的幅值裕度依然滿足要求；此外

21、，通過仿真還可以得出，經(jīng)過串聯(lián)超前校正后，系統(tǒng)的相角裕度變?yōu)?，完全滿足系統(tǒng)的性能指標中對相角裕度 的要求。 </p><p>　?。?0）、用matlab繪出系統(tǒng)校正前后的單位階躍響應(yīng)曲線：</p><p>　?。?0.1）、matlab繪制單位階躍響應(yīng)曲線的程序如下：</p><p>　　numl=[0 0 20];</p><p>　

22、　denl=[0.5 1 0];</p><p>　　G=tf(numl,denl);</p><p>　　W=logspace(-1,2,200);</p><p>　　numc=[0.23 1];</p><p>　　denc=[0.055 1];</p><p>　　Gc=tf(numc,denc)</p&

23、gt;<p>　　W=logspace(-1,3,100);</p><p><b>　　figure(2)</b></p><p>　　bode(Gc,W);grid</p><p><b>　　G_o=Gc*G</b></p><p>　　G_1=feedback(G,1)<

24、/p><p>　　G_o1=feedback(G_o,1)</p><p>　　num=[0 0 20];</p><p>　　den=[0.5 1 20];</p><p>　　numd=[0 0 4.6 20];</p><p>　　dend=[0.0275 0.555 5.6 20];</p><

25、p>　　t=0:0.005:5;</p><p>　　figure(4);</p><p>　　[c1,x1,t]=step(num,den,t);</p><p>　　[c2,x2,t]=step(numd,dend,t);</p><p>　　plot(t,c1,':k',t,c2,'-k')<

26、/p><p><b>　　grid </b></p><p>　　legend('G1校正前','G_01校正后')</p><p>　　（10.2）、程序運行結(jié)果如下：</p><p>　　>> Untitled3</p><p>　　Transfer f

27、unction:</p><p><b>　　20</b></p><p>　　----------------</p><p>　　0.5 s^2 + s + 20</p><p>　　Transfer function:</p><p>　　4.6 s + 20</p><

28、p>　　-----------------------------------</p><p>　　0.0275 s^3 + 0.555 s^2 + 5.6 s + 20</p><p><b>　　>></b></p><p>　?。?0.3）、校正前后系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線：</p><p>　　圖

29、4 校正前后系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線</p><p>　　1.4模擬法設(shè)計數(shù)字控制器</p><p>　?。?）、模擬控制器的離散化設(shè)計：</p><p>　　采用雙線性變換法（tustin）進行離散化</p><p>　?。?）、采樣周期的選擇：</p><p>　　考慮到A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換的時間、數(shù)據(jù)處理的精度

30、，以及單片機計算的時間，故采樣周期不能太大也不能太小，不妨取T=0.01s（在后面的控制中可得知取采樣周期為T=0.01s完全滿足要求）。</p><p>　　（3）、將模擬控制器離散化，模擬控制器離散化后的傳遞函數(shù)為：</p><p><b>　?。?0）</b></p><p>　?。?）、將被控對象離散化，被控對象離散化后的傳遞函數(shù)為：&

31、lt;/p><p><b>　?。?1）</b></p><p>　?。?）、繪制校正后離散系統(tǒng)的伯德圖：</p><p>　?。?.1）、matlab仿真程序如下：</p><p>　　num1=[0.23 1];</p><p>　　den1=[0.055 1];</p><p

32、>　　GC1=tf(num1,den1);</p><p><b>　　GC1</b></p><p>　　GZ1=c2d(GC1,0.01,'tustin');</p><p><b>　　GZ1</b></p><p>　　num0=[20];</p><

33、;p>　　den0=conv([1 0],[0.5 1]);</p><p>　　Gp=tf(num0,den0);</p><p>　　GZ2=c2d(Gp,0.01,'tustin')</p><p><b>　　GZ2</b></p><p>　　GZ=GZ1*GZ2;</p>

34、<p><b>　　GZ</b></p><p>　　margin(GZ);</p><p>　?。?.2）、程序的運行結(jié)果如下所示：</p><p>　　>> Untitled4</p><p><b>　　GC1 =</b></p><p>　　0.

35、23 s + 1</p><p>　　-----------</p><p>　　0.055 s + 1</p><p>　　Continuous-time transfer function.</p><p><b>　　GZ1 =</b></p><p>　　3.917 z - 3.75<

36、;/p><p>　　--------------</p><p>　　z - 0.8333</p><p>　　Sample time: 0.01 seconds</p><p>　　Discrete-time transfer function.</p><p><b>　　GZ2 =</b><

37、;/p><p>　　0.0009901 z^2 + 0.00198 z + 0.0009901</p><p>　　-------------------------------------</p><p>　　z^2 - 1.98 z + 0.9802</p><p>　　Sample time: 0.01 seconds</p>

38、<p>　　Discrete-time transfer function.</p><p><b>　　GZ2 =</b></p><p>　　0.0009901 z^2 + 0.00198 z + 0.0009901</p><p>　　-------------------------------------</p>

39、;<p>　　z^2 - 1.98 z + 0.9802</p><p>　　Sample time: 0.01 seconds</p><p>　　Discrete-time transfer function.</p><p><b>　　GZ =</b></p><p>　　0.003878 z^3

40、+ 0.004043 z^2 - 0.003548 z - 0.003713</p><p>　　---------------------------------------------------</p><p>　　z^3 - 2.814 z^2 + 2.63 z - 0.8168</p><p>　　Sample time: 0.01 seconds<

41、/p><p>　　Discrete-time transfer function.</p><p>　　>> </p><p>　?。?.3）、離散系統(tǒng)的bode圖如下所示：</p><p>　　圖5 離散后系統(tǒng)的bode圖</p><p>　　(6)、繪制校正后離散系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線：<

42、;/p><p>　　通過matlab編程的方法得出系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線</p><p>　?。?.1）matlab程序如下所示：</p><p>　　num1=[0.23 1];</p><p>　　den1=[0.055 1];</p><p>　　GC1=tf(num1,den1);</p><p

43、><b>　　GC1</b></p><p>　　GZ1=c2d(GC1,0.01,'tustin');</p><p><b>　　GZ1</b></p><p>　　num0=[20];</p><p>　　den0=conv([1 0],[0.5 1]);</p&g

44、t;<p>　　Gp=tf(num0,den0);</p><p>　　GZ2=c2d(Gp,0.01,'tustin')</p><p><b>　　GZ2</b></p><p>　　GZ=GZ1*GZ2;</p><p>　　margin(GZ);</p><p&g

45、t;　　T=feedback(GZ,1);</p><p><b>　　step(T);</b></p><p>　　（6.2）系統(tǒng)的運行結(jié)果如下：</p><p>　　>> Untitled5</p><p><b>　　GC1 =</b></p><p>　　

46、0.23 s + 1</p><p>　　-----------</p><p>　　0.055 s + 1</p><p>　　Continuous-time transfer function.</p><p><b>　　GZ1 =</b></p><p>　　3.917 z - 3.75&

47、lt;/p><p>　　--------------</p><p>　　z - 0.8333</p><p>　　Sample time: 0.01 seconds</p><p>　　Discrete-time transfer function.</p><p><b>　　GZ2 =</b>&

48、lt;/p><p>　　0.0009901 z^2 + 0.00198 z + 0.0009901</p><p>　　-------------------------------------</p><p>　　z^2 - 1.98 z + 0.9802</p><p>　　Sample time: 0.01 seconds</p>

49、;<p>　　Discrete-time transfer function.</p><p><b>　　GZ2 =</b></p><p>　　0.0009901 z^2 + 0.00198 z + 0.0009901</p><p>　　-------------------------------------</p&

50、gt;<p>　　z^2 - 1.98 z + 0.9802</p><p>　　Sample time: 0.01 seconds</p><p>　　Discrete-time transfer function.</p><p>　　(6.3)校正后離散系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線如下所示：</p><p>　　圖6 離散后系

51、統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線</p><p>　　2、對離散化后的系統(tǒng)進行simulink仿真：</p><p>　　2.1目的：通過進行simulink仿真以觀察離散化后的系統(tǒng)對單位階躍輸入、單位速度輸入的響應(yīng)情況，并以此看離散化后的系統(tǒng)能否滿足我們對系統(tǒng)靜動態(tài)性能的要求，并以此為依據(jù)進一步修改控制器的設(shè)計。</p><p>　　2.2單位階躍輸入時的simulink仿真

52、：</p><p>　?。?）、simulink模型圖為：</p><p>　　圖7 單位階躍輸入時的simulink模型</p><p>　?。?）、單位階躍輸入時系統(tǒng)的響應(yīng)波形為：</p><p>　　圖8 離散后系統(tǒng)的單位階躍輸入響應(yīng)波形</p><p>　?。?）、單位階躍輸入作用時 控制器輸入處的偏差信號波

53、形（scope1）如圖9所示：</p><p><b>　　圖9</b></p><p>　?。?）、無控制通道的偏差信號波形如下（scope2）如圖10所示：</p><p><b>　　圖10</b></p><p>　　2.3單位速度輸入時的simulink仿真：</p><

54、;p>　　（1）、simulink仿真模型如圖11所示：</p><p><b>　　圖11</b></p><p>　?。?）、單位速度輸入時的仿真波形為（scope）如圖12所示：</p><p><b>　　圖12</b></p><p>　?。?）、單位速度輸入時，有控制器的回路 的偏

55、差信號的波形為（scope1）如圖13所示：</p><p><b>　　圖13</b></p><p>　?。?）、單位速度輸入時，無控制器的回路的偏差信號的波形如圖14所示（scope2）：</p><p><b>　　圖14</b></p><p><b>　　3、硬件電路的設(shè)計&l

56、t;/b></p><p>　　3.1控制系統(tǒng)的編排結(jié)構(gòu)</p><p>　?。?）編排結(jié)構(gòu)的選擇</p><p>　　分析：如果使用直接型編排結(jié)構(gòu)，那么當(dāng)控制器中任一系數(shù)存在誤差，則將導(dǎo)致控制器所有的零極點產(chǎn)生響應(yīng)的變化，嚴重影響系統(tǒng)的性能。</p><p>　　此外，在控制器設(shè)計時采用了超前串聯(lián)校正，所以采用串聯(lián)型結(jié)構(gòu)比較簡單，而且

57、任何一系數(shù)有誤差，不會使控制器所有的零極點產(chǎn)生相應(yīng)的變化。</p><p>　　綜上所述，采用串聯(lián)型編排結(jié)構(gòu)。</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)化為差分方程形式：</p><p><b>　　因為</b></p><p><b>　?。?2）</b></p><p>　　又因為

58、 ， （23）</p><p>　　所以由以上兩式可得：</p><p><b>　　（24）</b></p><p><b>　　即： </b></p><p><b>　?。?5）<

59、/b></p><p><b>　　3．2元器件選擇</b></p><p><b>　　(1)控制器選擇</b></p><p>　　選擇80C51單片機，外接晶振為6MHz.</p><p><b>　　(2)A/D選擇</b></p><p>

60、;　　選擇ADC0808,該AD有8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，分辨率為8位，當(dāng)時鐘為500KHZ時，轉(zhuǎn)換時間大約為130微秒；單個+5V供電，模擬輸入電壓范圍為0到5V,不需要零點和滿刻度校準；內(nèi)部沒有時鐘，所以需要外接時鐘，時鐘可以通過外接Dclock并將頻率設(shè)為500KHZ,也可以從單片機的ALE引腳引出，再經(jīng)過D觸發(fā)器進行二分頻，從而達到500KHz的時鐘信號。</p><p>　　如果采用后一種方法，

61、則D觸發(fā)器選擇74LS74。A/D轉(zhuǎn)換時間為，應(yīng)該能滿足設(shè)計的要求。</p><p><b>　　(3)D/A選擇</b></p><p>　　選擇DAC0832，分辨率為8位；可單緩沖，雙緩沖或者直接數(shù)字輸入；只需要在滿量程下調(diào)整線性度；單一電源供電+5V到+15V;可以滿足設(shè)計的要求。</p><p><b>　　輸出電壓值為：

62、</b></p><p><b>　?。?6）</b></p><p><b>　　3.3電路的設(shè)計</b></p><p>　?。?）A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計</p><p>　　將AD轉(zhuǎn)換的ADDA,ADDB,ADDC接地，以選擇IN0鎖存器。</p><p>　

63、　EOC接P3.3（轉(zhuǎn)換結(jié)束時，ADC發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC為高電平）,轉(zhuǎn)換結(jié)束則輸出1，否則輸出為0；</p><p>　　OE接P2.1，選擇是否輸出數(shù)據(jù)。OE=0,輸出高阻態(tài)，OE=1輸出數(shù)字量；</p><p>　　ST接P2.0,轉(zhuǎn)化開始信號。由1變零轉(zhuǎn)換開始；</p><p>　　IN0接輸入的模擬數(shù)據(jù)e(t);IN1-IN7懸空；</p>

64、<p>　　如果采用方法二，即可Clock接分頻器74LS74的輸出端，輸入500KHZ時鐘信號；</p><p>　　Vref(+)接+5V,Vref(-)接地，VCC接電源,GND接地；</p><p>　　ALE地址所存，上跳沿鎖存，可以接在P2.O口。</p><p>　　D0-D7接單片機的P1.0-P1.7;</p><p

65、>　　(2)D/A轉(zhuǎn)換電路設(shè)計</p><p>　　D0-D7接單片機的P0.0-P0.7，數(shù)字量輸入；</p><p>　　將CS，WR1,WR2,XFER引腳接地，這使得DAC0832工作在直通方式；</p><p>　　ILE引腳接+5V,Vref選擇+5V,GND接地；</p><p>　　此時DAC0832處于直通工作方式，一

66、旦有數(shù)字量輸入，就直接進入DAC寄存器，進行D/A轉(zhuǎn)換。DAC0832為電流型DAC，故需要運放轉(zhuǎn)換電路以得到輸出電壓信號，選擇運算放大器為LM324</p><p>　?。?）8051單片機的電路設(shè)計：</p><p>　　P0.0-P0.7接D/A轉(zhuǎn)換數(shù)字輸入端；</p><p>　　P1.0-P1.7接A/D轉(zhuǎn)化數(shù)字輸出端；</p><p&

67、gt;　　P2.0接A/D轉(zhuǎn)換ST端；</p><p>　　P2.1接A/D轉(zhuǎn)換OE端；</p><p>　　P2.2接A/D轉(zhuǎn)換EOC端；</p><p>　　外接2MHZ的時鐘電路輸入到時鐘端XTAL1,XTAL2;</p><p>　　外接復(fù)位電路到RET；</p><p><b>　　3.4硬件電路圖

68、</b></p><p>　　硬件電路圖如圖15所示：</p><p><b>　　圖15 </b></p><p>　　4.用單片機實現(xiàn)控制算法</p><p>　　4.1流程圖如圖16和圖17所示：</p><p>　　圖16 主程序流程圖</p><p>

69、;　　圖17 中斷服務(wù)子程序流程圖</p><p>　　4.2用C語言編寫的仿真程序</p><p>　　#include<reg51.h></p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　

70、　sbit ST=P2^0;</p><p>　　sbit OE=P2^1;</p><p>　　sbit EOC=P2^2; //A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束標志位</p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　float uk_1=0.0; <

71、;/p><p>　　float uk=0.0;</p><p>　　float ek=0.0;</p><p>　　float ek_1=0.0;//初始化</p><p><b>　　ST=0; </b></p><p>　　OE=0; //輸出高阻態(tài)</p><p>　　

72、/*定時器中斷初始化*/</p><p>　　TMOD|=0XF9;// 設(shè)置T1工作在方式1，16位定時器方式</p><p><b>　　TH1=0xEC;</b></p><p>　　TL1=0x78; //裝初值，定時10ms</p><p>　　EA=1;//開總中斷</p><p>

73、　　ET1=1;//開T1中斷</p><p>　　TR1=1;//啟動定時器1 </p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　if(EOC==1)</p><p><b>　　{ <

74、/b></p><p><b>　　uk_1=uk;</b></p><p><b>　　ek_1=ek;</b></p><p>　　OE=1;//輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)</p><p>　　ek=P1;//給單片機輸入數(shù)據(jù)，將ADC的輸出賦給ek</p><p>　　OE=0

75、; //OE輸出允許控制端，輸出高阻態(tài)</p><p><b>　　}</b></p><p>　　uk=0.039167*ek-0.017625*ek_1+0.1*uk_1;//控制器差分方程</p><p>　　A=(uchar)uk;//數(shù)據(jù)輸入到D/A轉(zhuǎn)換器</p><p><b>　　P0=A；&

76、lt;/b></p><p>　　while (EOC==0) ;//等待A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*************定時器中斷處理************/</p><p&

77、gt;　　void time(void) interrupt 1 using 1</p><p>　　{ TH1=0XEC;</p><p>　　TL1=0x78;//重裝初值</p><p><b>　　OE=0;</b></p><p>　　ST=0;//開始下一次轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)</p><p>

78、<b>　　}</b></p><p>　　5．設(shè)計工作總結(jié)及心得體會</p><p><b>　　5.1設(shè)計工作總結(jié)</b></p><p>　?。?）運用自動控制原理所學(xué)習(xí)的基本知識求解出控制器的傳遞函數(shù)模型</p><p>　　首先，按照自動控制原理第五章的相關(guān)內(nèi)容對所給系統(tǒng)進行分析，此過程中

79、同時用到了在電力電子技術(shù)課程里所學(xué)習(xí)的matlab仿真的相關(guān)內(nèi)容，即先假設(shè)在系統(tǒng)要求的速度誤差Kv下，用matlab畫出未校正系統(tǒng)的bode圖，觀察未校正系統(tǒng)的哪些性能指標滿足要求，哪些不能滿足要求；然后，利用自動控制原理所學(xué)知識判斷應(yīng)采用何種校正，以及利用相關(guān)知識設(shè)出控制器的傳遞函數(shù)模型，并求解出控制器傳遞函數(shù)模型的表達式。</p><p>　?。?）利用matlab仿真檢驗所求控制器能否實現(xiàn)系統(tǒng)所給要求<

80、;/p><p>　　首先，通過matlab編程來繪制出系統(tǒng)校正后的bode圖，看是否滿足幅值裕度的要求和相位裕度的要求；其次，再通過matlab編程繪制出校正前后系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線，通過對校正前后的單位階躍響應(yīng)曲線的比較，我們可以很清晰的看出控制器的作用，以及粗略的了解控制器設(shè)計的是否合理。</p><p>　?。?）對模擬控制器進行離散化并用matlab仿真觀察離散化后的系統(tǒng)能否滿足對系

81、統(tǒng)的各項動態(tài)性能的要求：</p><p>　　首先，利用計算機控制系統(tǒng)課程所學(xué)內(nèi)容，將系統(tǒng)進行離散化，本課設(shè)采用的是雙線性變換法（tustin），原因，精度較高一些且雙線性變換法在工程上應(yīng)用較廣泛。按照所學(xué)離散方法，依次將所求的控制器的傳遞函數(shù)模型和被控對象的傳遞函數(shù)模型離散化。</p><p>　　在離散化這一步驟中，非常重要細節(jié)之一就是對采樣時間的選取，這要求設(shè)計者應(yīng)先從大體上估計一個

82、比較常用的且能滿足各種器件的正常工作對采樣時間的要求，此外，還應(yīng)考慮到整體的精度，如本課程設(shè)計中的A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的精度和工作時間的要求。</p><p>　　其次，利用matlab編寫相關(guān)程序來繪制出離散化后系統(tǒng)能否滿足對系統(tǒng)各項性能指標之間的要求。在本次課程設(shè)計中，對離散化后的系統(tǒng)繪制了bode圖，并繪制了單位階躍響應(yīng)曲線，通過對matlab仿真結(jié)果的分析知，系統(tǒng)穩(wěn)定且滿足本次課程設(shè)計對其提出的各項性能指

83、標的要求。</p><p>　?。?）將所求的控制器離散化后的模型化為差分方程的形式</p><p>　　相關(guān)內(nèi)容參考《計算機控制系統(tǒng)》，注意：在現(xiàn)實工程中，不能采用后向差分方程，因為它需用到下一時刻或未來幾個時刻的數(shù)值，在物理上是無法實現(xiàn)的，故采用前向查分方程。</p><p>　?。?）將所得的差分方程用硬件實現(xiàn)</p><p>　　這部

84、分內(nèi)容主要參考了《單片機原理》第十一章的相關(guān)內(nèi)容，以及關(guān)于51單片機的相關(guān)內(nèi)容。</p><p>　　總體考慮為：首先需要ADC（即AD轉(zhuǎn)換器），將輸入的連續(xù)的偏差信號進行數(shù)字化處理，然后送給單片機進行相關(guān)控制，也就是說單片機是第二大部分內(nèi)容，其次，將單片機輸出的控制量再通過DAC（即DA轉(zhuǎn)換器）化為時間連續(xù)幅值離散的準連續(xù)量輸出，因為DAC8008的輸出是電流，故需要一個運算放大電路將其電流輸出轉(zhuǎn)化為電壓輸出。

85、</p><p>　　首先，選擇各個器件，并標明各個器件的型號。</p><p>　　然后，利用visio軟件，畫出系統(tǒng)的流程圖，在流程圖中標明每一步要實現(xiàn)的工作以及各個步驟之間的時序關(guān)系和相互影響。注意：流程圖要仔細考慮，它直接影響或指導(dǎo)了你下面的硬件連線，以及如何通過編程來實現(xiàn)控制器，可以說是至關(guān)重要的一步。</p><p>　　其次，利用proteus畫出硬件

86、電路圖，在畫的過程中，所需要的器件應(yīng)及時添加到器件列表中，這樣便于觀察和修改。</p><p>　　此外，根據(jù)控制器的表達式，以及單片機或者說這個系統(tǒng)的工作原理和接線圖設(shè)計出相應(yīng)的程序。</p><p>　　最后，驗證、修改環(huán)節(jié)。先通過Keil uVision4或其它等價軟件生成單片機所需的Hex文件，然后在proteus仿真軟件里進行仿真和修改，并觀察仿真結(jié)果或者說實驗現(xiàn)象。</p

87、><p>　　5.2本次試驗的體會</p><p>　?。?）綜合性非常強，比如本次課程設(shè)計用到了《自動控制原理》、《計算機控制技術(shù)》以及在《電力電力技術(shù)》這門課程里所學(xué)習(xí)的matlab的使用。</p><p>　　（2）需要有一定的自學(xué)能力和不怕吃苦以及不懂就問的學(xué)習(xí)精神，本次課程設(shè)計需要用到matlab、proteus及其相關(guān)軟件keil uVision4、visi

88、o和mathtype，尤其是后面幾個從未接觸過的軟件，以及matlab里面通過M文件繪制系統(tǒng)的bode圖和單位階躍響應(yīng)曲線的方法對于剛開始接觸的初學(xué)者來說有一定難度，需要自己查閱相關(guān)資料。此外，實在不懂的地方，就要認真向別人請教，課程設(shè)計要獨立完成，但并不意味著當(dāng)遇到自己實在不會了或者是有的地方實在過不去了的時候也不能向別人請教。</p><p>　?。?） 學(xué)會利用網(wǎng)絡(luò)來解決疑惑。 例如在matlab仿真，以及

89、通過simulink仿真時怎樣將圖形保存的比較好一些,網(wǎng)上一般可搜到三種方法，其中一種就需要用到編輯里面的復(fù)制圖形，然而好多時候都沒有工具欄，于是在上網(wǎng)搜一下如何讓matlab的工具欄出現(xiàn)，網(wǎng)上提示結(jié)果為在命令窗口輸入：set(0,'ShowHiddenHandles','On')</p><p>　　set(gcf,'menubar','figure

90、9;)</p><p>　　兩行指令，則執(zhí)行后可在figure或示波器里出現(xiàn)所需工具欄。再如在proteus進行硬件仿真時需要用到Keil uVision4書寫程序并編譯運行成單片機可用的“.Hex”類型的文件，而我沒接觸過，也沒有相關(guān)指導(dǎo)資料，幸好在網(wǎng)上搜到了其使用指導(dǎo)。</p><p><b>　　6.參考文獻：</b></p><p>　

91、　1、《自動控制原理（第2版）》張晉格 主編</p><p><b>　　王廣雄 主審</b></p><p>　　哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 </p><p>　　2、《計算機控制系統(tǒng)設(shè)計課件》馬立勇</p><p>　　《計算機控制系統(tǒng)》劉建昌 關(guān)守平 周瑋 等 編著 </p><p><b&

92、gt;　　顧樹生 主審</b></p><p>　　科學(xué)出版社 2009年8月第一版</p><p>　　3、《單片機原路及應(yīng)用（第二版）》 張毅剛 彭喜元 彭宇 編著 高等教育出版社 版次：2010年5月第2版</p><p>　　4、《計算機控制-基于MATLAB實現(xiàn)》 肖詩松 劉明 劉時進 主場五 編著 清華大學(xué)出版社 版次：2006年12月