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文檔簡(jiǎn)介
1、<p> 《計(jì)算機(jī)控制》課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p> 題目: 超前校正控制器設(shè)計(jì) </p><p> 姓名: </p><p> 學(xué)號(hào):
2、 </p><p> 2015年6月12日</p><p> 《計(jì)算機(jī)控制》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p> 指導(dǎo)教師簽字: 系(教研室)主任簽字:</p><p> 2015年 6 月 5 日</p><p> 控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)</p&
3、gt;<p><b> 1.1實(shí)驗(yàn)要求</b></p><p> 設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為,采用模擬設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)超前校正數(shù)字控制器,使校正后的系統(tǒng)滿足如下指標(biāo):(1) 速度誤差;(2) 相角裕度; (3) 幅值裕度dB。</p><p><b> 1.2系統(tǒng)分析</b></p><p> ?。?)首
4、先調(diào)整增益K使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差滿足要求,即系統(tǒng)應(yīng)首先滿足速度誤差系數(shù)的要求,為使系統(tǒng)滿足速度誤差系數(shù)的要求可得:</p><p><b> (1)</b></p><p><b> 故可求得:</b></p><p><b> ?。?)</b></p><p> ?。?)用m
5、atlab畫出未校正前系統(tǒng)的bode圖</p><p> (2.1)matlab程序如下:</p><p> numl=[0 0 20];</p><p> denl=[0.5 1 0];</p><p> G=tf(numl,denl);</p><p> W=logspace(-1,2,200);<
6、/p><p><b> bode(G,W)</b></p><p> margin(G);</p><p> [Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(G);</p><p> [Gm,Pm,Wcg,Wcp]</p><p> (2.2)程序運(yùn)行結(jié)果:</p><p&
7、gt; >> Untitled1</p><p><b> ans =</b></p><p> Inf 17.9642 Inf 6.1685</p><p> ?。?.3)bode圖為:</p><p> 圖1 未校前正系統(tǒng)的bode圖</p><p>
8、 (2.4)系統(tǒng)性能分析及校正方法選擇:</p><p> 由仿真結(jié)果知:當(dāng)系統(tǒng)的速度誤差系數(shù)滿足要求時(shí),系統(tǒng)的幅值裕度為無(wú)窮大,故幅值裕度滿足要求;而系統(tǒng)的相角裕度為17.9642,小于要求值50,因此,需要串聯(lián)一個(gè)超前環(huán)節(jié)來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校正,即采用串聯(lián)超前校正。</p><p> 1.3模擬控制器設(shè)計(jì)</p><p> ?。?)、確定剪切頻率:</p&
9、gt;<p> 由未校正系統(tǒng)的bode圖可得:</p><p> 20 lg20=20lg2+4lg (3)</p><p><b> 從而求得:</b></p><p><b> ?。?)</b></p><p> 進(jìn)而可得相角裕度為:
10、。 (5)</p><p> ?。?)、由分析知系統(tǒng)應(yīng)引進(jìn)相位超前校正網(wǎng)絡(luò),故設(shè)控制器的傳遞函數(shù)為 。 (6)</p><p> ?。?)、計(jì)算所需的相角超前量,由題意知: 。 (7)</p><p> ?。?)、根據(jù)可以確定系數(shù):</p><p> 。
11、 (8)</p><p> ?。?)、對(duì)應(yīng)于的處的幅值增量應(yīng)為:</p><p><b> ?。?)</b></p><p> 所以在校正前系統(tǒng)的bode圖上有:</p><p><b> (10)</b></p><p> 所以解得:
12、 。 (11)</p><p> ?。?)、校正裝置的轉(zhuǎn)折頻率分別為:</p><p><b> ?。?2)</b></p><p><b> (13)</b></p><p><b> ?。?4)</b></p>
13、<p><b> ?。?5)</b></p><p> 故矯正裝置的傳遞函數(shù)為:</p><p><b> ?。?6)</b></p><p> ?。?)、校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為:</p><p><b> ?。?7)</b></p><
14、p> ?。?)、根據(jù)校正后的開環(huán)頻率特性驗(yàn)算相角裕度和幅值裕度:</p><p><b> ?。?8)、(19)</b></p><p> 綜上,在 的前提下,校正后系統(tǒng)的剪切頻率為: ,相角裕度大于 ,幅值裕度為 ,完全滿足系統(tǒng)靜動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)要求。</p><p> (9)、對(duì)校正后的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行matlab仿真:</p>
15、<p> ?。?.1)、matlab程序?yàn)椋?lt;/p><p> numc=[0.23 1];</p><p> denc=[0.055 1];</p><p> Gc=tf(numc,denc)</p><p> W=logspace(-1,3,100);</p><p><b> fi
16、gure(2)</b></p><p> bode(Gc,W);grid</p><p><b> G_o=Gc*G</b></p><p><b> figure(3)</b></p><p> margin(G_o);</p><p> [Gm,Pm
17、,Wcp]=margin(G_o);</p><p> [Gm,Pm,Wcg,Wcp]</p><p> (9.2)、程序運(yùn)行的結(jié)果為:</p><p> >> Untitled2</p><p><b> Gc =</b></p><p> 0.23 s + 1</p
18、><p> -----------</p><p> 0.055 s + 1</p><p> Continuous-time transfer function.</p><p><b> G_o =</b></p><p> 4.6 s + 20</p><p>
19、 --------------------------</p><p> 0.0275 s^3 + 0.555 s^2 + s</p><p> Continuous-time transfer function.</p><p><b> ans =</b></p><p> Inf 50.4719
20、 Inf Inf</p><p> ?。?.3)、校正后的bode圖為:</p><p> 圖2 校正后連續(xù)系統(tǒng)的bode圖</p><p> 圖3 控制器的bode圖</p><p> ?。?.4)、通過(guò)matlab的仿真結(jié)果可以得出,加入控制器后,在滿足系統(tǒng)的速度誤差系數(shù)的前提下,系統(tǒng)的幅值裕度依然滿足要求;此外
21、,通過(guò)仿真還可以得出,經(jīng)過(guò)串聯(lián)超前校正后,系統(tǒng)的相角裕度變?yōu)?,完全滿足系統(tǒng)的性能指標(biāo)中對(duì)相角裕度 的要求。 </p><p> ?。?0)、用matlab繪出系統(tǒng)校正前后的單位階躍響應(yīng)曲線:</p><p> (10.1)、matlab繪制單位階躍響應(yīng)曲線的程序如下:</p><p> numl=[0 0 20];</p><p>
22、 denl=[0.5 1 0];</p><p> G=tf(numl,denl);</p><p> W=logspace(-1,2,200);</p><p> numc=[0.23 1];</p><p> denc=[0.055 1];</p><p> Gc=tf(numc,denc)</p&
23、gt;<p> W=logspace(-1,3,100);</p><p><b> figure(2)</b></p><p> bode(Gc,W);grid</p><p><b> G_o=Gc*G</b></p><p> G_1=feedback(G,1)<
24、/p><p> G_o1=feedback(G_o,1)</p><p> num=[0 0 20];</p><p> den=[0.5 1 20];</p><p> numd=[0 0 4.6 20];</p><p> dend=[0.0275 0.555 5.6 20];</p><
25、p> t=0:0.005:5;</p><p> figure(4);</p><p> [c1,x1,t]=step(num,den,t);</p><p> [c2,x2,t]=step(numd,dend,t);</p><p> plot(t,c1,':k',t,c2,'-k')<
26、/p><p><b> grid </b></p><p> legend('G1校正前','G_01校正后')</p><p> ?。?0.2)、程序運(yùn)行結(jié)果如下:</p><p> >> Untitled3</p><p> Transfer f
27、unction:</p><p><b> 20</b></p><p> ----------------</p><p> 0.5 s^2 + s + 20</p><p> Transfer function:</p><p> 4.6 s + 20</p><
28、p> -----------------------------------</p><p> 0.0275 s^3 + 0.555 s^2 + 5.6 s + 20</p><p><b> >></b></p><p> ?。?0.3)、校正前后系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線:</p><p> 圖
29、4 校正前后系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線</p><p> 1.4模擬法設(shè)計(jì)數(shù)字控制器</p><p> ?。?)、模擬控制器的離散化設(shè)計(jì):</p><p> 采用雙線性變換法(tustin)進(jìn)行離散化</p><p> ?。?)、采樣周期的選擇:</p><p> 考慮到A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換的時(shí)間、數(shù)據(jù)處理的精度
30、,以及單片機(jī)計(jì)算的時(shí)間,故采樣周期不能太大也不能太小,不妨取T=0.01s(在后面的控制中可得知取采樣周期為T=0.01s完全滿足要求)。</p><p> ?。?)、將模擬控制器離散化,模擬控制器離散化后的傳遞函數(shù)為:</p><p><b> ?。?0)</b></p><p> ?。?)、將被控對(duì)象離散化,被控對(duì)象離散化后的傳遞函數(shù)為:&
31、lt;/p><p><b> ?。?1)</b></p><p> (5)、繪制校正后離散系統(tǒng)的伯德圖:</p><p> ?。?.1)、matlab仿真程序如下:</p><p> num1=[0.23 1];</p><p> den1=[0.055 1];</p><p
32、> GC1=tf(num1,den1);</p><p><b> GC1</b></p><p> GZ1=c2d(GC1,0.01,'tustin');</p><p><b> GZ1</b></p><p> num0=[20];</p><
33、;p> den0=conv([1 0],[0.5 1]);</p><p> Gp=tf(num0,den0);</p><p> GZ2=c2d(Gp,0.01,'tustin')</p><p><b> GZ2</b></p><p> GZ=GZ1*GZ2;</p>
34、<p><b> GZ</b></p><p> margin(GZ);</p><p> (5.2)、程序的運(yùn)行結(jié)果如下所示:</p><p> >> Untitled4</p><p><b> GC1 =</b></p><p> 0.
35、23 s + 1</p><p> -----------</p><p> 0.055 s + 1</p><p> Continuous-time transfer function.</p><p><b> GZ1 =</b></p><p> 3.917 z - 3.75<
36、;/p><p> --------------</p><p> z - 0.8333</p><p> Sample time: 0.01 seconds</p><p> Discrete-time transfer function.</p><p><b> GZ2 =</b><
37、;/p><p> 0.0009901 z^2 + 0.00198 z + 0.0009901</p><p> -------------------------------------</p><p> z^2 - 1.98 z + 0.9802</p><p> Sample time: 0.01 seconds</p>
38、<p> Discrete-time transfer function.</p><p><b> GZ2 =</b></p><p> 0.0009901 z^2 + 0.00198 z + 0.0009901</p><p> -------------------------------------</p>
39、;<p> z^2 - 1.98 z + 0.9802</p><p> Sample time: 0.01 seconds</p><p> Discrete-time transfer function.</p><p><b> GZ =</b></p><p> 0.003878 z^3
40、+ 0.004043 z^2 - 0.003548 z - 0.003713</p><p> ---------------------------------------------------</p><p> z^3 - 2.814 z^2 + 2.63 z - 0.8168</p><p> Sample time: 0.01 seconds<
41、/p><p> Discrete-time transfer function.</p><p> >> </p><p> ?。?.3)、離散系統(tǒng)的bode圖如下所示:</p><p> 圖5 離散后系統(tǒng)的bode圖</p><p> (6)、繪制校正后離散系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線:<
42、;/p><p> 通過(guò)matlab編程的方法得出系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線</p><p> ?。?.1)matlab程序如下所示:</p><p> num1=[0.23 1];</p><p> den1=[0.055 1];</p><p> GC1=tf(num1,den1);</p><p
43、><b> GC1</b></p><p> GZ1=c2d(GC1,0.01,'tustin');</p><p><b> GZ1</b></p><p> num0=[20];</p><p> den0=conv([1 0],[0.5 1]);</p&g
44、t;<p> Gp=tf(num0,den0);</p><p> GZ2=c2d(Gp,0.01,'tustin')</p><p><b> GZ2</b></p><p> GZ=GZ1*GZ2;</p><p> margin(GZ);</p><p&g
45、t; T=feedback(GZ,1);</p><p><b> step(T);</b></p><p> ?。?.2)系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果如下:</p><p> >> Untitled5</p><p><b> GC1 =</b></p><p>
46、0.23 s + 1</p><p> -----------</p><p> 0.055 s + 1</p><p> Continuous-time transfer function.</p><p><b> GZ1 =</b></p><p> 3.917 z - 3.75&
47、lt;/p><p> --------------</p><p> z - 0.8333</p><p> Sample time: 0.01 seconds</p><p> Discrete-time transfer function.</p><p><b> GZ2 =</b>&
48、lt;/p><p> 0.0009901 z^2 + 0.00198 z + 0.0009901</p><p> -------------------------------------</p><p> z^2 - 1.98 z + 0.9802</p><p> Sample time: 0.01 seconds</p>
49、;<p> Discrete-time transfer function.</p><p><b> GZ2 =</b></p><p> 0.0009901 z^2 + 0.00198 z + 0.0009901</p><p> -------------------------------------</p&
50、gt;<p> z^2 - 1.98 z + 0.9802</p><p> Sample time: 0.01 seconds</p><p> Discrete-time transfer function.</p><p> (6.3)校正后離散系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線如下所示:</p><p> 圖6 離散后系
51、統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線</p><p> 2、對(duì)離散化后的系統(tǒng)進(jìn)行simulink仿真:</p><p> 2.1目的:通過(guò)進(jìn)行simulink仿真以觀察離散化后的系統(tǒng)對(duì)單位階躍輸入、單位速度輸入的響應(yīng)情況,并以此看離散化后的系統(tǒng)能否滿足我們對(duì)系統(tǒng)靜動(dòng)態(tài)性能的要求,并以此為依據(jù)進(jìn)一步修改控制器的設(shè)計(jì)。</p><p> 2.2單位階躍輸入時(shí)的simulink仿真
52、:</p><p> ?。?)、simulink模型圖為:</p><p> 圖7 單位階躍輸入時(shí)的simulink模型</p><p> ?。?)、單位階躍輸入時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)波形為:</p><p> 圖8 離散后系統(tǒng)的單位階躍輸入響應(yīng)波形</p><p> ?。?)、單位階躍輸入作用時(shí) 控制器輸入處的偏差信號(hào)波
53、形(scope1)如圖9所示:</p><p><b> 圖9</b></p><p> ?。?)、無(wú)控制通道的偏差信號(hào)波形如下(scope2)如圖10所示:</p><p><b> 圖10</b></p><p> 2.3單位速度輸入時(shí)的simulink仿真:</p><
54、;p> ?。?)、simulink仿真模型如圖11所示:</p><p><b> 圖11</b></p><p> ?。?)、單位速度輸入時(shí)的仿真波形為(scope)如圖12所示:</p><p><b> 圖12</b></p><p> ?。?)、單位速度輸入時(shí),有控制器的回路 的偏
55、差信號(hào)的波形為(scope1)如圖13所示:</p><p><b> 圖13</b></p><p> ?。?)、單位速度輸入時(shí),無(wú)控制器的回路的偏差信號(hào)的波形如圖14所示(scope2):</p><p><b> 圖14</b></p><p><b> 3、硬件電路的設(shè)計(jì)&l
56、t;/b></p><p> 3.1控制系統(tǒng)的編排結(jié)構(gòu)</p><p> ?。?)編排結(jié)構(gòu)的選擇</p><p> 分析:如果使用直接型編排結(jié)構(gòu),那么當(dāng)控制器中任一系數(shù)存在誤差,則將導(dǎo)致控制器所有的零極點(diǎn)產(chǎn)生響應(yīng)的變化,嚴(yán)重影響系統(tǒng)的性能。</p><p> 此外,在控制器設(shè)計(jì)時(shí)采用了超前串聯(lián)校正,所以采用串聯(lián)型結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,而且
57、任何一系數(shù)有誤差,不會(huì)使控制器所有的零極點(diǎn)產(chǎn)生相應(yīng)的變化。</p><p> 綜上所述,采用串聯(lián)型編排結(jié)構(gòu)。</p><p> ?。?)轉(zhuǎn)化為差分方程形式:</p><p><b> 因?yàn)?lt;/b></p><p><b> (22)</b></p><p> 又因?yàn)?
58、 , (23)</p><p> 所以由以上兩式可得:</p><p><b> ?。?4)</b></p><p><b> 即: </b></p><p><b> ?。?5)<
59、/b></p><p><b> 3.2元器件選擇</b></p><p><b> (1)控制器選擇</b></p><p> 選擇80C51單片機(jī),外接晶振為6MHz.</p><p><b> (2)A/D選擇</b></p><p>
60、; 選擇ADC0808,該AD有8路輸入通道,8位A/D轉(zhuǎn)換器,分辨率為8位,當(dāng)時(shí)鐘為500KHZ時(shí),轉(zhuǎn)換時(shí)間大約為130微秒;單個(gè)+5V供電,模擬輸入電壓范圍為0到5V,不需要零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn);內(nèi)部沒有時(shí)鐘,所以需要外接時(shí)鐘,時(shí)鐘可以通過(guò)外接Dclock并將頻率設(shè)為500KHZ,也可以從單片機(jī)的ALE引腳引出,再經(jīng)過(guò)D觸發(fā)器進(jìn)行二分頻,從而達(dá)到500KHz的時(shí)鐘信號(hào)。</p><p> 如果采用后一種方法,
61、則D觸發(fā)器選擇74LS74。A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為,應(yīng)該能滿足設(shè)計(jì)的要求。</p><p><b> (3)D/A選擇</b></p><p> 選擇DAC0832,分辨率為8位;可單緩沖,雙緩沖或者直接數(shù)字輸入;只需要在滿量程下調(diào)整線性度;單一電源供電+5V到+15V;可以滿足設(shè)計(jì)的要求。</p><p><b> 輸出電壓值為:
62、</b></p><p><b> ?。?6)</b></p><p><b> 3.3電路的設(shè)計(jì)</b></p><p> ?。?)A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)</p><p> 將AD轉(zhuǎn)換的ADDA,ADDB,ADDC接地,以選擇IN0鎖存器。</p><p>
63、 EOC接P3.3(轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí),ADC發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC為高電平),轉(zhuǎn)換結(jié)束則輸出1,否則輸出為0;</p><p> OE接P2.1,選擇是否輸出數(shù)據(jù)。OE=0,輸出高阻態(tài),OE=1輸出數(shù)字量;</p><p> ST接P2.0,轉(zhuǎn)化開始信號(hào)。由1變零轉(zhuǎn)換開始;</p><p> IN0接輸入的模擬數(shù)據(jù)e(t);IN1-IN7懸空;</p>
64、<p> 如果采用方法二,即可Clock接分頻器74LS74的輸出端,輸入500KHZ時(shí)鐘信號(hào);</p><p> Vref(+)接+5V,Vref(-)接地,VCC接電源,GND接地;</p><p> ALE地址所存,上跳沿鎖存,可以接在P2.O口。</p><p> D0-D7接單片機(jī)的P1.0-P1.7;</p><p
65、> (2)D/A轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)</p><p> D0-D7接單片機(jī)的P0.0-P0.7,數(shù)字量輸入;</p><p> 將CS,WR1,WR2,XFER引腳接地,這使得DAC0832工作在直通方式;</p><p> ILE引腳接+5V,Vref選擇+5V,GND接地;</p><p> 此時(shí)DAC0832處于直通工作方式,一
66、旦有數(shù)字量輸入,就直接進(jìn)入DAC寄存器,進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。DAC0832為電流型DAC,故需要運(yùn)放轉(zhuǎn)換電路以得到輸出電壓信號(hào),選擇運(yùn)算放大器為L(zhǎng)M324</p><p> (3)8051單片機(jī)的電路設(shè)計(jì):</p><p> P0.0-P0.7接D/A轉(zhuǎn)換數(shù)字輸入端;</p><p> P1.0-P1.7接A/D轉(zhuǎn)化數(shù)字輸出端;</p><p&
67、gt; P2.0接A/D轉(zhuǎn)換ST端;</p><p> P2.1接A/D轉(zhuǎn)換OE端;</p><p> P2.2接A/D轉(zhuǎn)換EOC端;</p><p> 外接2MHZ的時(shí)鐘電路輸入到時(shí)鐘端XTAL1,XTAL2;</p><p> 外接復(fù)位電路到RET;</p><p><b> 3.4硬件電路圖
68、</b></p><p> 硬件電路圖如圖15所示:</p><p><b> 圖15 </b></p><p> 4.用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制算法</p><p> 4.1流程圖如圖16和圖17所示:</p><p> 圖16 主程序流程圖</p><p>
69、; 圖17 中斷服務(wù)子程序流程圖</p><p> 4.2用C語(yǔ)言編寫的仿真程序</p><p> #include<reg51.h></p><p> #define uchar unsigned char</p><p> #define uint unsigned int</p><p>
70、 sbit ST=P2^0;</p><p> sbit OE=P2^1;</p><p> sbit EOC=P2^2; //A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位</p><p> void main()</p><p><b> {</b></p><p> float uk_1=0.0; <
71、;/p><p> float uk=0.0;</p><p> float ek=0.0;</p><p> float ek_1=0.0;//初始化</p><p><b> ST=0; </b></p><p> OE=0; //輸出高阻態(tài)</p><p>
72、/*定時(shí)器中斷初始化*/</p><p> TMOD|=0XF9;// 設(shè)置T1工作在方式1,16位定時(shí)器方式</p><p><b> TH1=0xEC;</b></p><p> TL1=0x78; //裝初值,定時(shí)10ms</p><p> EA=1;//開總中斷</p><p>
73、 ET1=1;//開T1中斷</p><p> TR1=1;//啟動(dòng)定時(shí)器1 </p><p><b> while(1)</b></p><p><b> { </b></p><p> if(EOC==1)</p><p><b> { <
74、/b></p><p><b> uk_1=uk;</b></p><p><b> ek_1=ek;</b></p><p> OE=1;//輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)</p><p> ek=P1;//給單片機(jī)輸入數(shù)據(jù),將ADC的輸出賦給ek</p><p> OE=0
75、; //OE輸出允許控制端,輸出高阻態(tài)</p><p><b> }</b></p><p> uk=0.039167*ek-0.017625*ek_1+0.1*uk_1;//控制器差分方程</p><p> A=(uchar)uk;//數(shù)據(jù)輸入到D/A轉(zhuǎn)換器</p><p><b> P0=A;&
76、lt;/b></p><p> while (EOC==0) ;//等待A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束</p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p> /*************定時(shí)器中斷處理************/</p><p&
77、gt; void time(void) interrupt 1 using 1</p><p> { TH1=0XEC;</p><p> TL1=0x78;//重裝初值</p><p><b> OE=0;</b></p><p> ST=0;//開始下一次轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)</p><p>
78、<b> }</b></p><p> 5.設(shè)計(jì)工作總結(jié)及心得體會(huì)</p><p><b> 5.1設(shè)計(jì)工作總結(jié)</b></p><p> ?。?)運(yùn)用自動(dòng)控制原理所學(xué)習(xí)的基本知識(shí)求解出控制器的傳遞函數(shù)模型</p><p> 首先,按照自動(dòng)控制原理第五章的相關(guān)內(nèi)容對(duì)所給系統(tǒng)進(jìn)行分析,此過(guò)程中
79、同時(shí)用到了在電力電子技術(shù)課程里所學(xué)習(xí)的matlab仿真的相關(guān)內(nèi)容,即先假設(shè)在系統(tǒng)要求的速度誤差Kv下,用matlab畫出未校正系統(tǒng)的bode圖,觀察未校正系統(tǒng)的哪些性能指標(biāo)滿足要求,哪些不能滿足要求;然后,利用自動(dòng)控制原理所學(xué)知識(shí)判斷應(yīng)采用何種校正,以及利用相關(guān)知識(shí)設(shè)出控制器的傳遞函數(shù)模型,并求解出控制器傳遞函數(shù)模型的表達(dá)式。</p><p> ?。?)利用matlab仿真檢驗(yàn)所求控制器能否實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所給要求<
80、;/p><p> 首先,通過(guò)matlab編程來(lái)繪制出系統(tǒng)校正后的bode圖,看是否滿足幅值裕度的要求和相位裕度的要求;其次,再通過(guò)matlab編程繪制出校正前后系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線,通過(guò)對(duì)校正前后的單位階躍響應(yīng)曲線的比較,我們可以很清晰的看出控制器的作用,以及粗略的了解控制器設(shè)計(jì)的是否合理。</p><p> ?。?)對(duì)模擬控制器進(jìn)行離散化并用matlab仿真觀察離散化后的系統(tǒng)能否滿足對(duì)系
81、統(tǒng)的各項(xiàng)動(dòng)態(tài)性能的要求:</p><p> 首先,利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程所學(xué)內(nèi)容,將系統(tǒng)進(jìn)行離散化,本課設(shè)采用的是雙線性變換法(tustin),原因,精度較高一些且雙線性變換法在工程上應(yīng)用較廣泛。按照所學(xué)離散方法,依次將所求的控制器的傳遞函數(shù)模型和被控對(duì)象的傳遞函數(shù)模型離散化。</p><p> 在離散化這一步驟中,非常重要細(xì)節(jié)之一就是對(duì)采樣時(shí)間的選取,這要求設(shè)計(jì)者應(yīng)先從大體上估計(jì)一個(gè)
82、比較常用的且能滿足各種器件的正常工作對(duì)采樣時(shí)間的要求,此外,還應(yīng)考慮到整體的精度,如本課程設(shè)計(jì)中的A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的精度和工作時(shí)間的要求。</p><p> 其次,利用matlab編寫相關(guān)程序來(lái)繪制出離散化后系統(tǒng)能否滿足對(duì)系統(tǒng)各項(xiàng)性能指標(biāo)之間的要求。在本次課程設(shè)計(jì)中,對(duì)離散化后的系統(tǒng)繪制了bode圖,并繪制了單位階躍響應(yīng)曲線,通過(guò)對(duì)matlab仿真結(jié)果的分析知,系統(tǒng)穩(wěn)定且滿足本次課程設(shè)計(jì)對(duì)其提出的各項(xiàng)性能指
83、標(biāo)的要求。</p><p> ?。?)將所求的控制器離散化后的模型化為差分方程的形式</p><p> 相關(guān)內(nèi)容參考《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》,注意:在現(xiàn)實(shí)工程中,不能采用后向差分方程,因?yàn)樗栌玫较乱粫r(shí)刻或未來(lái)幾個(gè)時(shí)刻的數(shù)值,在物理上是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的,故采用前向查分方程。</p><p> (5)將所得的差分方程用硬件實(shí)現(xiàn)</p><p> 這部
84、分內(nèi)容主要參考了《單片機(jī)原理》第十一章的相關(guān)內(nèi)容,以及關(guān)于51單片機(jī)的相關(guān)內(nèi)容。</p><p> 總體考慮為:首先需要ADC(即AD轉(zhuǎn)換器),將輸入的連續(xù)的偏差信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理,然后送給單片機(jī)進(jìn)行相關(guān)控制,也就是說(shuō)單片機(jī)是第二大部分內(nèi)容,其次,將單片機(jī)輸出的控制量再通過(guò)DAC(即DA轉(zhuǎn)換器)化為時(shí)間連續(xù)幅值離散的準(zhǔn)連續(xù)量輸出,因?yàn)镈AC8008的輸出是電流,故需要一個(gè)運(yùn)算放大電路將其電流輸出轉(zhuǎn)化為電壓輸出。
85、</p><p> 首先,選擇各個(gè)器件,并標(biāo)明各個(gè)器件的型號(hào)。</p><p> 然后,利用visio軟件,畫出系統(tǒng)的流程圖,在流程圖中標(biāo)明每一步要實(shí)現(xiàn)的工作以及各個(gè)步驟之間的時(shí)序關(guān)系和相互影響。注意:流程圖要仔細(xì)考慮,它直接影響或指導(dǎo)了你下面的硬件連線,以及如何通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)控制器,可以說(shuō)是至關(guān)重要的一步。</p><p> 其次,利用proteus畫出硬件
86、電路圖,在畫的過(guò)程中,所需要的器件應(yīng)及時(shí)添加到器件列表中,這樣便于觀察和修改。</p><p> 此外,根據(jù)控制器的表達(dá)式,以及單片機(jī)或者說(shuō)這個(gè)系統(tǒng)的工作原理和接線圖設(shè)計(jì)出相應(yīng)的程序。</p><p> 最后,驗(yàn)證、修改環(huán)節(jié)。先通過(guò)Keil uVision4或其它等價(jià)軟件生成單片機(jī)所需的Hex文件,然后在proteus仿真軟件里進(jìn)行仿真和修改,并觀察仿真結(jié)果或者說(shuō)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。</p
87、><p> 5.2本次試驗(yàn)的體會(huì)</p><p> (1)綜合性非常強(qiáng),比如本次課程設(shè)計(jì)用到了《自動(dòng)控制原理》、《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》以及在《電力電力技術(shù)》這門課程里所學(xué)習(xí)的matlab的使用。</p><p> (2)需要有一定的自學(xué)能力和不怕吃苦以及不懂就問(wèn)的學(xué)習(xí)精神,本次課程設(shè)計(jì)需要用到matlab、proteus及其相關(guān)軟件keil uVision4、visi
88、o和mathtype,尤其是后面幾個(gè)從未接觸過(guò)的軟件,以及matlab里面通過(guò)M文件繪制系統(tǒng)的bode圖和單位階躍響應(yīng)曲線的方法對(duì)于剛開始接觸的初學(xué)者來(lái)說(shuō)有一定難度,需要自己查閱相關(guān)資料。此外,實(shí)在不懂的地方,就要認(rèn)真向別人請(qǐng)教,課程設(shè)計(jì)要獨(dú)立完成,但并不意味著當(dāng)遇到自己實(shí)在不會(huì)了或者是有的地方實(shí)在過(guò)不去了的時(shí)候也不能向別人請(qǐng)教。</p><p> (3) 學(xué)會(huì)利用網(wǎng)絡(luò)來(lái)解決疑惑。 例如在matlab仿真,以及
89、通過(guò)simulink仿真時(shí)怎樣將圖形保存的比較好一些,網(wǎng)上一般可搜到三種方法,其中一種就需要用到編輯里面的復(fù)制圖形,然而好多時(shí)候都沒有工具欄,于是在上網(wǎng)搜一下如何讓matlab的工具欄出現(xiàn),網(wǎng)上提示結(jié)果為在命令窗口輸入:set(0,'ShowHiddenHandles','On')</p><p> set(gcf,'menubar','figure
90、9;)</p><p> 兩行指令,則執(zhí)行后可在figure或示波器里出現(xiàn)所需工具欄。再如在proteus進(jìn)行硬件仿真時(shí)需要用到Keil uVision4書寫程序并編譯運(yùn)行成單片機(jī)可用的“.Hex”類型的文件,而我沒接觸過(guò),也沒有相關(guān)指導(dǎo)資料,幸好在網(wǎng)上搜到了其使用指導(dǎo)。</p><p><b> 6.參考文獻(xiàn):</b></p><p>
91、 1、《自動(dòng)控制原理(第2版)》張晉格 主編</p><p><b> 王廣雄 主審</b></p><p> 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 </p><p> 2、《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課件》馬立勇</p><p> 《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》劉建昌 關(guān)守平 周瑋 等 編著 </p><p><b&
92、gt; 顧樹生 主審</b></p><p> 科學(xué)出版社 2009年8月第一版</p><p> 3、《單片機(jī)原路及應(yīng)用(第二版)》 張毅剛 彭喜元 彭宇 編著 高等教育出版社 版次:2010年5月第2版</p><p> 4、《計(jì)算機(jī)控制-基于MATLAB實(shí)現(xiàn)》 肖詩(shī)松 劉明 劉時(shí)進(jìn) 主場(chǎng)五 編著 清華大學(xué)出版社 版次:2006年12月
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