计算机控制课程设计最小拍无波纹样本

《计算机控制》课程设计报告

题目：最小拍控制设计

姓名：

学号：

7月4日

《计算机控制》课程设计任务书

指引教师签字：系（教研室）主任签字：

6 月2

7 日

一、题目分析

依照题目规定，设单位反馈线性定常离散系统持续某些和零阶保持器传递函

T=0.1s，设计数字控制器

二、设计最小拍控制器

1、控制系统总体简介

最小拍闭环控制系统涉及给定值，输出值，D/A转换环节，数字控制器，被控对象，零阶保持器等环节。

在数字随动控制系统中，规定系统输出值尽快地跟踪给定值变化，至少拍控制就是为满足这一规定一种离散化设计办法。所谓至少拍控制，就是规定闭环系统对于某种特定输入在至少个采样周期内达到无静差稳态，且闭环脉冲传递函数具备如下形式：

式中N是在也许状况下最小正整数。这一形式表白闭环系统脉冲响应在N个采样周期后变为0，从而意味着系统在N拍之内达到稳态。

2、控制系统框图及闭环工作原理

图1 控制系统框图

最小拍双通道采样闭环系统框图如图1所示，在该系统中对给定值r(t)进行

D/A 转换采样，得到离散化r(z),并且对输出值c(t)也进行D/A 转换，得到c(z)，然后计算有e(k ）=c(k)-r(z)。D(z)为计算机控制系统脉冲传递函数，U(z)为输出控制量，然后通过A/D 转换后得到模仿控制量U(t)对包括零阶保持器被控量进行控值进而达到规定最小拍控制目。

3、至少拍无纹波系统控制算法设计

（1

matlab ，z 变换程序为

np=[0 0 10]; dp=[1 1 0]; hs=tf ( np ， dp); hz=c2d(hs,0.1) 成果为

Transfer function: 0.04837 z + 0.04679 ---------------------------------- z^2 – 1.905 z + 0.9048

Sampling time:0.1 seconds 即

（2）无波纹最小拍控制器D （z ）

依照G(z)，对象有一种纯迟后因子v=1,

两个极点，输

，m=2，则闭环脉冲传递函数10

()(1)

p G s s s =

+

为

11212()(10.967)()

z z f z f z ---Φ=++

由

12(1)(10.967)()f f Φ=-+ 12

'(1) 2.967 4.901f f Φ=+

得系数

1 1.266

f =，

20.758

f =-，则系统脉冲传函为

123

() 1.2660.4660.733z z z z ---Φ=++ (3)

误差脉冲传函为

121123

()(1)(10.733)1 1.267z 0.4660.733e z z z z z -----Φ=-+=--+ (4)

由*z e

D G φ

φ=

得设计控制器为

2226.183(z-0.6986)(z-0.9048)26.18341.98216.552

D(z)=(z-1)(z+0.733)0.2670.733z z z z -+=

-- (5)

4、无波纹最小拍控制系统simulink 仿真

图2 控制系统整体框图

仿真成果为：

（１）系统输入及系统输出曲线c(t)图形如图3所示：

图3 系统输入及系统输出曲线c(t) （2）系统误差e（t）曲线如图4所示：

图4 系统误差e（t）曲线（3）控制器输出u（k）曲线如图5所示：

图5 控制器输出u （k ）曲线

通过仿真曲线看出： 控制器D （z ）满足设计规定，系统在第三拍之后系统达到无差，输出响应从第三个采样周期开始完全跟踪输入，且没有波纹。最后控制器输出恒定（u()0k =），因而系统输出不会产生波纹，调节时间为

0.3s t s

=。

将

()

()()U z D z E z =

得系统差分方程为：

()0.267(1)0.733(2)26.183()41.983(1)16.552(2)u k u k u k e k e k e k =-+-+--+-

(6)

三、硬件电路设计及元件选型 1、AD 转换器选取AD0808

由于51 单片机大某些不带AD 转换器，因此模仿量采集就必要靠A/D 实现。咱们选取8位精度AD 转换器AD0808。ADC0808 是8位逐次逼近型A/D 转换器。它由一种8路模仿开关、一种地址锁存译码器、一种A/D 转换器和一种三态输出锁存器构成，内部具备锁存功能，故不需要加地址锁存器。ALE 脚为地址锁存信号，三根地址线固定接地，由于地址信号已经固定，故将ALE 接

高电平。

START脚为AD转换启动信号，高电平有效，程序控制。AD采样值为系统

偏差信号，故选取

。

由于ADC0808时钟所限，AD转换器时钟信号，由单片机P2.1脚产生，将CLOCK脚接单片机P2.1。由单片机产生300khz时钟信号。单片机晶振可选取为12MHz。

EOC 为转换结束信号。当EOC 为高电平时，表白转换结束；否则，表白正在进行A/D 转换。设计将其接单片机P2.2脚由程序读入，判断AD与否转换完毕。AD转换成果由P0口读入，故将AD转换器输出与单片机P0口相连，高低位依次相连。

图6 AD转换器硬件电路接线图

2．DA转换器选取DAC0832。

具备8位并行、中速(建立时间1us)、电流型、低廉(10~20元)特点。