计算机控制系统课程设计.docx

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1、?计算机限制?课程设计报告题目：超前滞后矫正限制器设计姓名：学号：10级自动化2023年12月2日?计算机限制?课程设计任务书学号班级生指导老师题目超前滞后矫正限制器设计设计时间2023年11月25日至2023年12月2日共1周设计要求设计任务：1根据所选题目内容填写)13.超前滞后校正设计设单位反应系统的开环传递函数为IOOGCv)=-,采纳模拟设计法设计数字限制器，使5(0.15+1)(0.015+1)校正后的系统满意：速度误差系数不小于100,相角裕度不小于40度，截止角频率不小于20。方案设计：1 .完成限制系统的分析、设计；2 .选择元器件,完成电路设计，限制器采纳MCS-51系列单

2、片机(传感器、功率接口以及人机接口等可以暂不涉及)，运用Prote1绘制原理图；3 .编程实现单片机上的限制算法。报告内容：1.限制系统仿真和设计步骤，应包含性能曲线、采样周期的选择、数字限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ProteI原理图；3 .软件流程图，以及含有具体注释的源程序；4 .设计工作总结及心得体会；5 .列出所查阅的参考资料。系(教研室)主任签字:指导老师签字:2023年11月25日设单位反应系统的开环传递函数为GG)=F上三，采纳模拟设5(0.15+1)(0.015+1)计法设计数字限制器，使校正后的系统满意：速度误差系数不小于100,相角裕

3、度不小于40度，截止角频率不小于20。(1)使系统满意速度误差系数的要求:Kv=IimsG(S)=Iims0s0I(K)(0.1s+1)(0.0151)=100用MAT1AB画出G(S)=1005(0.15+1)(0.015+1)的Bode图为:mp)pnuu6Bw(6P)seudBodeDiagramGm=0.828dB(at31.6rads),Rn=1.58deg(at30.1rads)100500-50-100-150-90-225-270101234101010101010Frequency(rads)由图可以得到未校正系统的性能参数为：相角裕度为二1.58。,幅值裕度Kf(OdB=0

4、.828，剪切频率为：%=301%/S,截止频率为0=31.6raJ/S(3)未校正系统的阶跃响应曲线pnwdEStepFtesponse68Time(seconds)101214可以看出系统产生衰减震荡。(4)性能分析及方法选择系统的幅值裕度和相角裕度都很小，很简洁不稳定。在剪切频率处对数幅值特性以-40dBdec穿过OdB线。假如只参与一个超前校正网络来校正其相角，超前量缺乏以满意相位裕度的要求，可以先缴入滞后，使中频段衰减，再用超前校正发挥作用，那么有可能满意要求。故运用超前滞后校正。门)确定剪切频率牝牝过大会增加超前校正的负担，过小会使带宽过窄，影响响应的快速性。首先求出幅值裕度为零时

5、对应的频率，约为%=30rad1s,令1.=fi=3。rad/s。(2)确定滞后校正的参数2=-=c=3radIs,T2=0.33s,并且取得夕二10co.=-=0.33radIs,T.=3s17；T2,那么滞后校正的限制器为GdG)=四四c,3s+1此时系统的响应曲线为：滞后校正后的性能参数为：相角裕度为二26.9。，幅值裕度KROdB=I69dB,剪切频率为：AO=8.73Md/S,截止频率为co*。=26.5rad/s系统仍须要进展超前校正(3)确定超前校正的参数在图中过(，OdB)作-20dBdcc线，与原先的BOde相交，交点的角频率为：6=3radIs,T3=().3S5=千=牛=

6、3brads=0.035超前矫正限制器的传递函数为：G,(s)=20.03s+1(4)超前滞后校正同时作用时系统的BOde图:BodeDiagramGm=13.5dB(at62.1rads),Pm=48.4deg(at24.4rads)100500-50-100-150-90-135-180225-270p)乏-2-1O123410101010101010Frequency(rads)相角裕度0=48.4o,幅值裕度KROdB=I35dB,剪切频率为：%)=24Arad/s,截止频率为40=62.17ds校正后的系统性能已经满意了性能指标要求。(5)画出校正后系统的阶跃响应曲线1.5Time(

7、seconds)(6)设计好的限制器传递函数为：G(S)=-3(35+1)(0.035+1)(1)模拟限制器离散化采纳双线性变换法。12)采样周期选择取采样周期T=0.O1s,因为考虑到A/D,D/A转换的时间以及单片机计算的时间，采样时间不能选的太小，但是为了保证离散限制器的限制仍能满意性能指标的要求，采样时间不能取得太大。取采样周期为IOmS,给程序运行留下了足够的时间，而且由后面可见限制效果仍满意性能指标要求，所以取采样周期为IOms.(3)将模拟限制器离散化(4)被控对象离散化离散化的被控对象为:0.01287z?+0.03984z+0.007441PZ3-2.273z2+1.606z

8、-0.332915)绘制出离散系统的BOde图相角裕度为二41.3。，幅值裕度KqOdB=9.11dB,剪切频率为：cocq=24Arad/s,截止频率为吗=41.3Wd/s离散化的限制器照旧满意性能指标的要求，设计合理。(6)离散系统的阶跃响应曲线：(6)数字限制器的脉冲传递函数：0.9715z2-1882z+0.9116cZ-z2-1.711z+0.7119(1)编排构造的选择假如运用干脆型编排构造，假如限制器中任一系数存在误差，那么将使限制器全部的零极点产生响应的改变，严峻影响系统的性能。在限制器设计时采纳了超前滞后校正，所以采纳串联型构造比拟简洁，而且任何一系数有误差，不会使限制器全部

9、的零极点产生相应的改变。因为G(z)有复数零点，故可以写成G(Z)=O.9715*篙Z：11/IV/J1174b12)转换为差分方程的形式:O.9715可以通过一个比例环节实现，可以不用考虑。只需在设计好的限制器上加个比例因子即可。u(k)=e(k)-1.937e(k-1)+O.93S3e(k-2)+1.711(左-1)-0.7119(A-2)1.1 元器件选择(1)限制器选择选择8051单片机，外接晶振为2MHz.(2) A/D选择选择ADeo809,该AD有8路输入通道，8位A/D转换器，辨别率为8位，转换时间为IoOMy,(时钟为640KHZ时),130/zS(时钟为500KHZ时)；单

10、个+5V供电，模拟输入电压范围为0到5V,不须要零点和满课度校准；内部没有时钟，所以须要外接时钟，时钟从单片机的A1E引脚引出。在经过两个D触发器分频，从而到达500KHZ的时钟信号。D触发器选择741S174。A/D转换时间为130s,应当能满意设计的要求。(3)DA选择选择DAeO832,辨别率为8位；可单缓冲，双缓冲或者干脆数字输入；只须要在满量程下调整线性度；单一电源供电+5V到+15V;可以满意设计的要求。D*Vf轴出电压值为：Uou1=父-(1) A/D转换电路的设计将AD转换的ADDA,ADDB,ADDC接地，选择INO锁存器。EOC接P2.2,转换完毕那么输出1,否那么输出为0

11、；OE接P2.1选择是否输出数据。OE=O,输出高阻态，OE=I输出数字量;ST接P2.0,转化开场信号。由1变零转换开场；INo接输入的模拟数据e(t);IN1TN7悬空；CIoCk接分频器SUN7474的输出端，输入500HZ时钟信号；Vref(+)接+5V,Vreft(-)接地，VCC接电源,GND接地；A1E地址所存，上跳沿所存，可以接在P2.0口。D(H)7接单片机的P10-P1.7;(2)DA转换电路设计D0-D7接单片机的P0.0-P0.7,数字量输入；将CS,WRI,WR2,XFER,引脚接地；I1E引脚接+5V,Vref选择+5V,GND接地；此时DACo832处于直通工作方

12、式，一旦有数字量输入，就干脆进入DAC存放器,进展D/A转换。(3) 8051单片机的电路设计：PO.0-P0.7接D/A转换数字输入端；P1.O-P1.7接A/D转化数字输出端；P2.0接A/D转换ST端;P2.1接A/D转换OE端;P2.2接A/D转换EOC端;外接2MHZ的时钟电路输入到时钟端XTA11,XTA12;外接复位电路到RET；vccVCCUGND_YCC卜POOPO1P02u.,POJNaabtmM4P05P06PO739D1/58I)：/57D3/36D4/X234D6/53I)/32DS/U3DACOS32hbDDD11DEDBDMDbDKmsbDI?7D1/6D2/5D

13、./4D4/1605/15D14D7/ISDS/c；NDRDaP20P21P22P2JP24P25P26P2726万RXDTXDA1BPPSENIOHF-A1f21ST22OE20C(2)程序编写ttinc1udedefineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitST=P20;sbitOE=P21;sbitEOC=P22;A/D转换完毕标记位voidmain()(f1oatuk1=0.0;f1oatuk=0.0;f1oatck=0.0;f1oatek1=0.0;初始化f1oatek_2;f1oatuk_2;ST=O;0E=0;输出高阻态*定时器中

14、断初始化*/TMOD=0XF9;/设置TI工作在方式1,16位定时器方式TH1=0x7E;T11=OxEO;装初值，定时IonISEA=I;开总中断ET1=1;开T1中断TRI=1;启动定时器1whi1e(1)(if(EOC=I)(uk_2=uk_1;ek_2=ek_2;uk1=uk;ek_1=ek;OE=I;输出转换数据ek=P1;给单片机输入数据OE=O;输出高阻态)uk=ek-1.937*ck_1+0.9383*ek_2+1.711*u1-0.7119*uk_2;差分方程P0=(uchar)uk;数据输入到D/A转换器whi1e(EoC=0);等待A/D转换完毕voidtime(void)interrupt1using1TH1=OXF9;T1I=OX7E;重装初值ST=I;ST=0;