計(jì)算機(jī)控制課程設(shè)計(jì)--超前校正控制器設(shè)計(jì)

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