1、 计算机控制技术课程设计计算机控制技术课程设计 具有纯滞后一阶惯性系统的计算机控制系统设计具有纯滞后一阶惯性系统的计算机控制系统设计 班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师： 日 期： 目 录 一、 设计任务.1 1.1 题目. 1 1.2 内容与要求 . 1 二、 设计思想与方案.2 2.1 控制策略的选择 2 2.2 硬件设计思路与方案 2 2.3 软件设计思路与方案 3 三、 硬件电路设计.3 3.1 温度传感器输出端与 ADC 的连接 . 3 3.2 ADC 与单片机 8051 的连接 . 4 3.3 单片机 8051 与 DAC 的连接 . 4 3.4 整机电路 . 5 四、系统框图
2、.7 五、程序流程图.8 5.1 主程序流程图 8 5.2 子程序流程图 9 六、数字调节器的求解. 11 6.1 基本参数的计算 . 11 七、系统的仿真与分析.13 7.1 =0 时系统的仿真与分析 13 7.2 =0 时系统的可靠性与抗干扰性分析 14 7.2 =0.4461 时系统的仿真与分析 16 7.3 =0.4461 时系统的可靠性与抗干扰性分析 17 八、设计总结与心得体会.20 参考资料.21 1 一、一、 设计任务设计任务 一、一、题目设计题目设计 1. 针对一个具有纯滞后的一阶惯性环节 ( ) 1 s K e Gs T s 的温度控制系统和给定的系统性能指标： 工程要求相
3、角裕度为 30 60 ，幅值裕度6dB 要求测量范围-50200，测量精度 0.5，分辨率 0.2 2. 书面设计一个计算机控制系统的硬件布线连接图，并转化为系统结构图 具体要求：具体要求： 温度传感器、执行机构的选型 微型计算机的选型（MCS51、AVR 等等） 温度传感器和单片机的接口电路 其它扩展接口电路（主要是输入输出通道） 利用 Protel绘制原理图，制作 PCB 电路板（给出 PCB 图） 3. 软件部分：软件部分： 选择一种控制算法（最少拍无波纹或 Dalin 算法）设计出控制器（被控对象 由第 4 步中的参数确定） ，给出控制量的迭代算法，并借助软件工程知识编 写程序流程图
4、写出主要的单片机程序 4. 用用 MATLAB 和和 SIMULINK 进行仿真分析和验证进行仿真分析和验证 对象确定：K=10*log(C*C-sqrt(C),rand(state,C), T=rand(1) 考虑=0 或 T/2 两种情况，即有延时和延时半个采样周期的情况。 C 为学号的后 3 位数，如 C=325，K=115.7，T=0.9824，=0 或 0.4912 具体要求：具体要求： 分析控制器能否使系统满足给定性能指标（相角裕度为 30 60 ，幅值裕 度6dB） 画出相应的曲线图并标注关键参数 画出阶跃响应曲线和脉冲响应曲线 5.进行可靠性和抗干扰性的分析进行可靠性和抗干扰性
5、的分析 二、二、内容与要求：内容与要求： 1.知识准备。 基本要求： 2 掌握系统分析和设计的基本要求和特点； 系统设计的一般步骤和要点； 控制对象及其分析； 方案设计和结构图处理； 控制任务的分解和模块设计； 精度设计（变送器的选择，字长的确定，说明书） ，可靠性、抗干扰设计 2.自己查找资料和进行书面设计，期间进行普遍性和特殊性辅导 基本要求： 传感器资料； 信号归一化资料和低通滤波器资料； 现代功率电子技术 （变流技术） 资料；某一控制机的内存空间和端口空间分配资料计算机控制系统应用例资料。 实验内容和要求：学习查找书面设计相关的资料并进行仿真。 作业要求：按格式和设计内容要求书写计算机
6、控制技术课程设计和课程设计 心得, 二、二、 设计思想与方案设计思想与方案 2.1 控制策略的选择控制策略的选择 对于一个计算机控制系统而言， 其设计方法有两种： 一种是模拟化设计方法， 另一种是数字化设计方法。 模拟化设计方法沿用连续控制系统的设计方法，按系统性能指标求得控制系 统的校正网络或模拟调节器， 然后选择适当的采样频率对其进行离散化而得出由 计算机实现的数字调节规律。在模拟化设计方法中，PID 算法是一种非常重要和 常用的设计方法，其算法简单易行，常常能满足一般问题的求解，但对于大滞后 系统而言，却无能为力。史密斯预估补偿算法通过预估补偿器的补偿控制，在一 定程度上可解决控制滞后所带来的问题，但其对干扰抵制的效果并不理想，且对 过程模型的误差十分敏感，其物理模型的精度较难保证。 直接数字设计法是在已知控制过程或广义对象离散模型的条件下，根据给定 系统期望闭环脉冲传递函数或某一优化目标函数出发， 直接利用 Z 变换理论综合
