史密斯预估控制系统设计

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扬州大学

水利与能源动力工程学院

课程设计报告

题目：史密斯预估控制系统设计

课程：计算机控制技术课程设计

专业：________ 电气工程及其自动化_________ 班级：_____________ 电气1101 _____________ 姓名： _____________________________

学号： _________________________

第一部分

任

务

书

《计算机控制技术》课程设计任务书

一、 课题名称

史密斯预估控制系统设计

二、 课程设计目的

课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达到教学目标的重要环节，是综合性较强的实践教学环节， 它对帮助学生全面牢固地掌握课堂教学内容、培养学生的实践和实际动手能力、提高学生全面素质具有很重 要的意义。

《计算机控制技术》是一门理论性、实用性和实践性都很强的课程，课程设计环节应占有更加重要的地 位。计算机控制技

术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它需要控制理论、程序设计、硬件电路设计等 方面的知识融合。通过课程设计，加深对学生控制算法设计的认识，学会控制算法的实际应用，使学生从整 体上了解计算机控制系统的实际组成，掌握计算机控制系统的整体设计方法和设计步骤，编程调试，为从事 计算机控制系统的理论设计和系统的调试工作打下基础。

三、 课程设计内容

设计以89C51单片机和ADC 、DAC 等电路、由运放电路实现的被控对象构成的计算机单闭环反馈控制 系统。

1. 硬件电路设计：89C51最小系统加上模入电路 （用ADC0809等）和模出电路（用TLC7528和运放等）； 由运放实现

的被控对象。

2. 控制算法：PID 控制加史密斯预估控制。

3. 软件设计：主程序、中断程序、 A/D 转换程序、滤波程序、

PID 控制加史密斯预估控制程序、 D/A 输

出程序等。

四、课程设计要求

模入电路能接受双极性电压输入（-5V~+5V ），模出电路能输出双极性电压（-5V~+5V ）。 模入电路用两个通道分别采集被控对象的输出和给定信号。

五、课程设计实验结果

1. 控制系统能正确运行。

2. 正确整定PID 参数后，系统阶跃响应的超调

<15%

六、进度安排

1. 2. 3. 每个同学选择不同的被控对象：

5

10

4.

G(s)

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(0.8s+1)(0.4s+1)

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5 6 *

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(s+1)(0.2s+1)

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(0.8s+1)(0.2s+1)

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(0.8s+1)(0.2s+1)

七、课程设计报告内容：

总结设计过程，写出设计报告，设计报告具体内容要求如下：

1•课程设计的目和设计的任务。

2•课程设计的要求。

3•控制系统总框图及系统工作原理。

4•控制系统的硬件电路连接图（含被控对象），电路的原理。

5•软件设计流程图及其说明。

6•电路设计，软件编程、调试中遇到的问题及分析解决方法。

7 •实验结果及其分析。

8体会。

第二部分

课

程

设

计

报

告

目录

1 课题简介 (1)

1.1课题的目的，任务，要求 (1)

1.2 课程设计内容 (1)

1.3 课程设计要求 (1)

2史密斯预估控制系统方案设计 (2)

2.1史密斯预估控制器的介绍 (2)

2.2控制系统框图及闭环工作原理 (2)

3史密斯预估控制系统硬件电路设计 (3)

3.1 总体硬件电路图 (3)

3.2 A/D 采样电路 (3)

3.3 输入双极性的实现 (3)

3.4 D/A 输出双极性的实现 (4)

3.5 A/D、D/A 端口地址的转换 (5)

3.6 给定被控对象的电路实现 (5)

4史密斯预估控制系统控制算法设计 (6)

4.1史密斯预估控制的基本原理 (6)

4.2史密斯预估控制的算法实现 (6)

4.2.1 史密斯预估器 (6)

4.2.2 计算公式推导 (7)

5史密斯预估控制软件编程设计 (8)

5.1各程序流程图及其主要功能 (8)

5.1.1 主程序流程图及其功能 (8)

5.1.2 定时中断程序流程图及其功能 (9)

5.1.3 外部中断程序流程图及其功能 (9)

5.2 重要程序的实现 (10)

5.2.1 function 程序 (10)

6 史密斯预估器的MA TLAB 仿真 (11)

6.1 史密斯预估器的simulink 仿真方框图 (11)

6.2 PID 参数设置 (11)

7 实验与结果分析 (12)

7.1 上机调试结果 (12)

7.1.1采用零阶保持器离散化时的输出波形 (12)

8 小结与体会 (13)

参考文献 (14)

附录 (15)