计算机控制课程设计题目

《计算机控制》课程设计
一、课程设计要求
1.1 方案设计：
1)完成控制系统的分析、设计；
2)选择元器件,完成电路设计，控制器采用MCS-51系列单片机(传感器、功率接口以
及人机接口等自行设计)，使用Protel绘制原理图；
3)编程实现单片机上的控制算法，并上机调试。

1.2 报告内容:
1)控制系统仿真和设计步骤，应包含性能曲线、采样周期的选择、数字控制器的脉冲
传递函数和差分方程；
2)元器件选型，电路设计，以及绘制的Protel原理图；
3)软件流程图，以及含有详细注释的源程序，运行结果；
4)设计工作总结及心得体会；
5)列出所查阅的参考资料。

二、报告要求
1)每人提交一份打印的报告（A4纸，上侧两钉装订）。

2)报告要采用统一的封面和设计任务书（格式见附录）。

3)报告内容要求见设计任务书，其中原理图应至少包括单片机、AD和DA部分，源程
序采用C或者汇编语言编写均可。

4)报告中，各节标题用小三宋体加粗排版，正文字号用小四宋体排版，1.5倍行距。

公式用公式编辑器输入，流程图用Visio绘制，注意开始、结束、分支、判断等要采用标准图示方法。

注意调整图的大小以节约版面和保持美观，以能看清楚最小的文字和符号为准。

程序代码用五号字体排版。

三、时间安排
6.28~
7.3号，前期理论分析、查阅文献、设计
7.4~8号，画原理图、上机编程、仿真，实验室地点H405
验收时间：7月9日8:00 H405
四、注意事项
1)课程设计上机时间考核出勤，需要签到。

可以自己带笔记本电脑到实验室做课程设
计。

2)验收时除了报告外，还应该提供和报告中一致的设计资料、Protel图、程序代码、
MATLAB绘制的响应曲线和频率特性曲线等资料和数据。

3)对于周期T的选择、单片机和A/D、D/A等的型号选择有说明。

. 考虑算法编排结
构。

考虑单片机定时、单片机A/D、D/A操作等的实现方法。

五、附录
附录一计算机控制课程设计题目
附录二报告封面格式
附录三设计任务书格式
附录一 计算机控制课程设计题目
1、超前校正控制器设计
设单位反馈系统的开环传递函数为)
1()(0+=
s s K
s G ，采用模拟设计法设计超前校正数字控制器，使校正后的系统满足如下指标：(1) 当
t r =时，
稳态误差不大于0.1；(2) 开环系统截止频率6≥c ωrad/s ；(3) 相角裕度o 60≥γ; (4) 幅值裕度10≥h dB 。

2、超前校正控制器设计
设单位反馈系统的开环传递函数为)
15.0()(0+=
s s K
s G ，采用模拟设
计法设计超前校正数字控制器，使校正后的系统满足如下指标：(1) 速度误差20=Kv ；(2) 相角裕度o 50≥γ; (3) 幅值裕度10≥Kg dB 。

3、滞后校正控制器设计
设单位反馈系统的开环传递函数为)
12.0)(11.0()(0++=
s s s K
s G ，采用
模拟设计法设计滞后校正数字控制器，使校正后的系统满足如下指标：(1) 速度误差系数30=v K ； (2) 开环系统截止频率3.2≥c ω rad/s ； (3) 相位裕度o 40≥γ (4) 幅值裕度10≥Kg dB 。

4、滞后校正控制器设计
设单位反馈系统的开环传递函数为)
125.0)(1()(0++=
s s s K
s G ，采用模
拟设计法设计滞后校正数字控制器，使校正后的系统满足如下指标：(1) 单位恒速输入时的稳态误差为0.2； (2) 相位裕度o 40≥γ，s rad c /5.0≥ω。

5、滞后-超前校正控制器设计
设单位反馈系统的开环传递函数为)160
)(110()(0++=
s
s s K s G ，采用模
拟设计法设计滞后-超前校正数字控制器，使校正后的系统满足如下
指标：(1) 当t r =时，稳态误差不大于1/126； (2) 开环系统截止频率20≥c ω rad/s ； (3) 相位裕度o 35≥γ。

6、滞后-超前校正控制器设计
设单位反馈系统的开环传递函数为)
2)(1(2)(0++=
s s s K
s G ，采用模拟
设计法设计滞后-超前校正数字控制器，使校正后的系统满足如下指标：(1) 静态速度误差系数为10， 2) 相位裕度o 45≥γ，幅值裕度10≥Kg dB 。

7、串联校正综合法控制器设计
设单位反馈系统的开环传递函数为)
102.0)(112.0()(0++=
s s s K
s G ，采
用模拟设计法设计数字控制器，使校正后的系统满足如下指标：70≥Kv ，%40≤p M ，s t s 1≤。

8、串联校正控制器设计
设单位反馈系统的开环传递函数为)
125.0)(105.0(10
)(++=
s s s s G ，采
用模拟设计法设计数字控制器，使校正后的系统满足如下指标：相对谐振峰值4.1=r M ，谐振频率s rad /10>τω。

9、串联滞后校正控制器设计
设单位反馈系统的开环传递函数为)
104.0()(+=
s s K
s G ，采用模拟设
计法设计数字控制器，使校正后的系统满足：速度输入时，稳态误差不大于1%，相角裕度o c 45)(≥ωγ。

10、串联校正控制器设计
设单位反馈系统的开环传递函数为)
11.0)(101.0()(005.0++=-s s s Ke s G s
，采用
模拟设计法设计数字控制器，使校正后的系统满足：速度输入时，稳态误差等于0.01，相角裕度o c 45)(≥ωγ。

11、超前校正控制器设计
设单位反馈系统的开环传递函数为)
101.0)(11.0(100
)(++=
s s s s G ，采用
模拟设计法设计数字控制器，使校正后的系统满足：速度误差系数不
小于100，相角裕度不小于30度，截止角频率不小于45。

12、滞后校正控制器设计
设单位反馈系统的开环传递函数为)
15.0)(1(5
)(++=
s s s s G ，采用模
拟设计法设计数字控制器，使校正后的系统满足：相角裕度不小于40度，截止角频率为0.5。

13、超前滞后校正控制器设计
设单位反馈系统的开环传递函数为)
101.0)(11.0(100
)(++=
s s s s G ，采用
模拟设计法设计数字控制器，使校正后的系统满足：速度误差系数不小于100，相角裕度不小于40度，截止角频率不小于20。

14、串联校正控制器设计
设单位反馈系统的开环传递函数为)
2(4
)(+=
s s s G ，用根轨迹法设计串联校正控制器，并采用模拟法设计数字控制器，使校正后的系统满足：最大超调量为16%，调整时间为2s 。

15、串联校正控制器设计
设单位反馈系统的开环传递函数为)
4)(1()(++=
s s s K
s G ，用根轨迹
法设计串联校正控制器，并采用模拟法设计数字控制器，使校正后的系统满足：系统阻尼比为0.5，无阻尼自然振荡频率2rad/s 。

16、串联校正控制器设计
设单位反馈系统的开环传递函数为)
4)(1()(++=
s s s K
s G ，用根轨迹
法设计串联校正控制器，并采用模拟法设计数字控制器，使校正后的系统满足：系统阻尼比为0.5，5≥K ，s t s 10=。

17、零极点匹配离散化
已知连续系统控制器传函为1
8.01
)(2
++=
s s s D ，T=0.5s ，比较有一
个和有两个无穷远处零点的零极点匹配方法的离散化频率响应曲线，实现有两个无穷远处零点的零极点匹配结果。

18、零极点匹配离散化
已知连续系统控制器传函为1
8.14.01
)(2
3
+++=
s s s s D ，T=0.5s ，比
较有三个和有两个无穷远处零点的零极点匹配方法的离散化频率响应曲线，实现有三个无穷远处零点的零极点匹配结果。

19、最小拍控制设计
设单位反馈线性定常离散系统的连续部分和零阶保持器的传递
函数分别为)
1(10
)(+=s s s G p ，s e s G Ts h --=1)(，采样周期T=0.05s ，设计数
字控制器)(z D ，要求系统在单位阶跃输入时实现最小拍无波纹控制。

20、最小拍控制设计
设单位反馈线性定常离散系统的连续部分和零阶保持器的传递
函数分别为)
1(10
)(+=s s s G p ，s e s G Ts h --=1)(，采样周期T=0.1s ，设计数
字控制器)(z D ，要求系统在单位斜坡输入时实现最小拍无波纹控制。

21、最小拍控制设计
设单位反馈线性定常离散系统的连续部分和零阶保持器的传递
函数分别为)
1(10
)(+=s s s G p ，s e s G Ts h --=1)(，采样周期T=0.02s ，设计数
字控制器)(z D ，要求系统在单位加速度输入时实现最小拍无波纹控
制。

22、最小拍控制设计
设单位反馈线性定常离散系统的连续部分和零阶保持器的传递
函数分别为)
1025.0(10)(+=s s s G p ，s e s G Ts
h --=1)(，采样周期T=0.025s ，
设计数字控制器)(z D ，要求系统在单位加速度输入时实现最小拍无波
纹控制。

)368.01)(1()
718.01(368.0)(G 1111------+=
z z z z z 23、阻尼因子法最小拍设计
设单位速度信号输入下的有波纹最小拍系统控制器为
采用阻尼因子法对该控制器进行改进，以增加对不同输入信号的适应性。

T=0.5s 。

24、非最小拍控制设计
已知T=0.05s ，含零阶保持器的广义被控对象为1
1
5.015.0)(---=z
z z G ，针对单位速度输入，设计具有抗系统参数变化能力的非最小拍系统，
分析该设计当被控对象参数变化为1
1
4.016.0)(---='z z z G 时的系统输出。

25、有限拍控制设计
采用零阶保持器的单位反馈离散系统，被控对象为s
s G p 1
)(=，采样周期T=1s ，要求系统输入信号为t t t R ⋅+⋅=3)(12)(时，稳态误差为零，并在有限拍结束过渡过程，用离散设计法设计数字控制器。

26、数字PID 控制器设计
设单位反馈系统的开环传递函数为)
130
)(15)(1()(0+++=
s
s s K
s G ，设
计数字PID 控制器，使系统的稳态误差不大于0.1，超调量不大于20%，调节时间不大于0.5s 。

并采用位置算法实现该PID 控制器。

27、Dahlin 算法控制设计
被控对象为1
5)(G p +=-s e s s
，T=0.5s, 1.0=τT , 采用Dahlin 算法设计
数字控制器。

28、Dahlin 算法控制设计
被控对象为)
130)(120(10)(G 12p ++=-s s e s s
，T=2s, 10=τT , 采用Dahlin 算
法设计消除振铃的数字控制器。

29、Dahlin 算法控制设计
被控对象为)
120)(1(4)(G 12p ++=-s s e s s
，T=1s, 8=τT , 采用Dahlin 算法
设计消除振铃的数字控制器。

30、Dahlin 算法控制设计
被控对象为)
110)(2.0(20)(G 12p ++=-s s e s s
，T=0.5s, 6=τT , 采用Dahlin 算
法设计消除振铃的数字控制器。

31、Smith 预估器控制设计
被控对象为s
e s G s
5118)(6+=-，T=0.5s ，画出系统框图，采用PID 控制，
设计Smith 数字预估器。

32、Smith 预估器控制设计
被控对象为2
12)(5+=-s e s G s
，T=1s ，画出系统框图，采用PID 控制，
设计Smith 数字预估器。

33、Smith 预估器控制设计
被控对象为6
431)(12+=-s e s G s
，T=1.5s ，画出系统框图，采用PID 控制，
设计Smith 数字预估器。

34、数字PID 控制设计
采用零阶保持器的单位反馈离散系统中，被控对象为
1
3)(15.0+=-s e s G s
p ，采用扩充响应曲线法，取控制度为1.2，确定PID 算法
的整定参数，采用增量式算法实现该数字PID 控制器。

35、数字PID 控制设计
已知一个一阶加纯滞后过程的传递函数s e s s G 101
101
)(-+=
，单位阶跃信号输入，采用PI 控制，使用扩充临界比例度法，取控制度为1.2，确定PI 算法的整定参数，采用增量式算法实现该数字控制器。

附录二、报告封面格式
《计算机控制》课程设计报告
题目:
姓名:
学号:
2012年7月8日
附录二、报告任务书格式
《计算机控制》课程设计任务书
指导教师签字：系（教研室）主任签字：
2012年6 月26 日。