1、4 计算机控制课程设计报告计算机控制课程设计报告 题目: 串联校正控制器设计 姓名: 学号: 2013 年 12 月 2 日 计算机控制课程设计任务书 学 号 班 级 学 生 指导教师 题 目 串联校正控制器设计 设计时间 2013 年 11 月 25 日 至 2013 年 12 月 2 日 共 1 周 设计要求 设计任务： （按照所选题目内容填写） 设单位反馈系统的开环传递函数为 () (1)(4 ) K Gs sss ，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。 方案设计： 1. 完成控制系统的
2、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可以暂不涉及)，使用 Protel 绘制原理图； 3. 编程实现单片机上的控制算法。 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； 4. 设计工作总结及心得体会； 5. 列出所查阅的参考资料。 指导教师签字： 系（教研室）主任签字： 2013 年 11 月 25 日 1、 模拟控制器的设计模拟控制器的设计
3、 原系统的开环传递函数为 (1)(4) K s ss ，单位负反馈。 根据题目要求，系统阻尼比为 0.5，无阻尼自然振荡频率 2rad/s。因此期望 主导极点为 2 113 dnn sjj 用 Matlab 绘制其根轨迹如下图所示： -15-10-50510 -15 -10 -5 0 5 10 15 R oot Locus R eal Axi s (seconds- 1) I m agi nary Axi s (seconds - 1) 图 1 校正前系统的根轨迹 由上图可知，期望闭环极点位于根轨迹左侧，可以采用相位超前校正，使根 轨迹左移。 由图可见，开环几点之一，1s 正好位于期望闭环极点
4、 d s垂线下的负实轴 上，如果令校正装置的零点设在紧靠1s 这个开环极点的左侧，另1.2 c z ， 这样做往往能增大 d s成为闭环主导极点的可能性。运用 Matlab 编程求出对应于 零点1.2 c z 的极点为5 c p ，因此校正后系统的开环传递函数为： (1.2) ( ) (1)(2)(5) Ks G s s sss 其根轨迹如图 2 所 4 R oot Locus R eal Axi s (seconds- 1) I m agi nary Axi s (seconds- 1) -25-20-15-10-50510 -15 -10 -5 0 5 10 15 Syst em : G
5、G ai n: 29. 5 Pol e: -1 + 1. 71i D am pi ng: 0. 507 O vershoot (% ): 15. 8 Frequency (rad/ s): 1. 98 图 2 校正后系统根轨迹 根据幅值条件，可以求出系统工作于点 d s的K值为 30。 原系统及校正后系统的阶跃响应如图 3 所示： 02468101214161820 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1 1. 2 1. 4 St ep R esponse Ti m e (seconds) Am pl i t ude 图 3 原系统阶跃响应 02468101214161820 0 0.
6、 2 0. 4 0. 6 0. 8 1 1. 2 1. 4 St ep R esponse Ti m e (seconds) Am pl i t ude 图 4 校正后系统的阶跃响应 可以看出原系统阶跃响应单调递增变化，为过阻尼的情况；校正后系统衰减 震荡，为欠阻尼，由其根轨迹曲线可以看出，工作点近似位于期望闭环极点上。 至此，模拟控制器设计完毕。 2、 器件选取器件选取及电路设计及电路设计 （1） 控制器选用 STC89C52 单片机，晶振选取 12MHz。P0 口作为普通 I/O 口使用，故需接入上拉电阻。 （2） A/D 选用 ADC0804。其分辨率为 8 位，转换时间为 100us，输入电压 范围为 05V。芯片内部具有三态输出数据锁存器，可直接连接在数据总线上。 （3） D/A 选用 DAC0832。其为 8 位 D/A 转换器，其转换时间为 1us。数 据输入可以采用双缓冲、单缓冲、或直通方式，以便适用
