《计算机控制》课程设计报告-无波纹最小拍控制设计.doc

《计算机控制》课程设计报告
题目: 无波纹最小拍控制设计
姓名: 学号:
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2011年7月2日
《计算机控制》课程设计任务书
专业
电气工程及其自动化
班级
学生
指导教师
题目
无波纹最小拍控制设计
设计时间
2010年 6月 25 日至 2010 年7 月 2 日共 1 周
设计要求
设计任务:无波纹最小拍控制设计
采用零阶保持器的单位反馈离散系统,被控对象为,要求系统在单位斜坡输入时,实现无波纹最小拍控制,用离散设计法设计数字控制器。
方案设计:
采用Matlab完成控制系统的建立、分析、设计和模拟仿真;
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;
控制算法采用单片机汇编语言编程实现(应通过编译,无语法错误)。
报告内容:
控制系统仿真和设计步骤,应包含Matlab仿真的性能曲线、采样周期T的选择、数字控制器脉冲传递函数和差分方程形式;
元器件选型过程,电路设计过程,绘制的Protel原理图;
算法流程图,含有详细注释的源程序;
设计工作总结及心得体会;
列出所查阅的参考资料。
指导教师签字: 系(教研室)主任签字:
2010年 7 月 5 日
目录
《计算机控制》课程设计任务书 2
1 设计任务与理论基础 4
4
离散化设计方法 4
2 控制器的设计与仿真 5
5
Z传递函数G(z) 5
(z) 5
Z传递函数 D(z) 6
数字控制器的差分方程形式 6
Simulink仿真 7
3 电路设计 9
器件选择 9
电路设计 10
总电路图 10
8051外围电路 10
11
DAC0832模块外围电路 12
4流程图与程序 12
流程图 12
源程序代码 13
5 工作总结与体会 16
附:参考文献 17
1 设计任务与理论基础

无波纹最小拍控制设计
采用零阶保持器的单位反馈离散系统,被控对象为,要求系统在单位斜坡输入时,实现无波纹最小拍控制,用离散设计法设计数字控制器。
离散化设计方法
图1-1计算机控制系统框图
Gc(s) ——被控对象的连续传递函数,
D(z) ——数字控制器的Z传递函数,
H(s) ——零阶保持器的传递函数,
T ——采样周期。
广义对象G (s)的Z传递函数为:

则闭环Z传递函数为:
若已知Gc(s) ,且可根据控制系统的性能指标要求构造Ф(z),则根据
和
得数字控制器得离散化设计步骤:
1)求广义对象的Z传递函数G(z);
2)根据控制系统的性能指标和其他约束条件,确定所需的闭环Z传递函数Ф(z);
3)求数字控制器的Z传递函数 D(z);
4)根据D(z)求取控制算法的递推公式,设D(z)的一般形式:
得D(z)的计算机控制算法
2 控制器的设计与仿真

Z传递函数G(z)
按照离散化设计的步骤,先求得连同零阶保持器的广义对象脉冲传递函数为:
其在MATLAB环境下的描述语句如下:
G=zpk([],[0 -1],10);%传递函数
HG=c2d(G,1,'zoh'); %带ZOH的离散化,采样周期为1s
程序运行结果如下:
Zero/pole/gain: Zero/pole/gain:
10 (z+)
------- -----------------
s (s+1) (z-1) (z-)
与手算结果一致。
(z)
闭环脉冲传递函数为:
误差脉冲传递函数为:
其在MATLAB环境下的描述语句如下:
z=tf([1 0],[1],1);
phil=(1+)*(1-1/z)^2; %φe(z)
phi=*(1+)*(1-)/z; %φ(z)
程序运行结果如下:
Transfer function: Transfer function:
z^3 - z^2 - z + z^2 + z -
--------------------------------- -------------------