1、微機控制技術(shù)課程設計報告課題：最少拍控制算法研究專業(yè)班級：自動化1401姓 名:學 號:指導老師：朱琳琳2017年5月21日1. 實驗目的32. 控制任務及要求33. 控制算法理論分析3'4. 硬件設計55. 軟件設計6無紋波6有紋波96. 結(jié)果分析137. 課程設計體會131. 實驗目的本次課程設計的目的是讓同學們掌握微型計算機控制系統(tǒng)設計的一般步驟，掌握系統(tǒng)總體控制方案的設計方法 、控制算法的設計、硬件設計的方法。學習并熟悉最少拍控制器 的設計和算法；研究最少拍控制系統(tǒng)輸出采樣點間紋波的形成；熟悉最少拍無紋波控制系統(tǒng)控制器的設計和實現(xiàn)方法。復習單片機及其他控制器在實際生活中的應用，

2、進一步加深對專業(yè)知識的認識和理解 ，使自己的設計水平、對所學知識的應用能力以及分析問題解決 問題的能力得到全面提高 。2. 控制任務及要求1設計并實現(xiàn)具有一個積分環(huán)節(jié)的二階系統(tǒng)的最少拍有紋波控制和無紋波控制。10s(s 1)對象特性G ( s)=采用零階保持器 Ho (s),采樣周期T = 0.1,試設計單位階躍，單位速度輸入時的有 限拍調(diào)節(jié)器。2. 用Protel、Altium Designer等軟件繪制原理圖 。3. 分別編寫有紋波控制的算法程序和無紋波控制的算法程序。4. 繪制最少拍有紋波、無紋波控制時系統(tǒng)輸出響應曲線，并分析。3. 控制算法理論分析在離散控制系統(tǒng)中，通常把一個采樣周期稱

3、作一拍 。最少拍系統(tǒng)，也稱為最小調(diào)整時 間系統(tǒng)或最快響應系統(tǒng)。它是指系統(tǒng)對應于典型的輸入具有最快的響應速度 ，被控量能經(jīng) 過最少采樣周期達到設定值 ,且穩(wěn)態(tài)誤差為定值。顯然，這樣對系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)(z)提出了較為苛刻的要求，即其極點應位于 z平面的坐標原點處。1最少拍控制算法計算機控制系統(tǒng)的方框圖為圖7-1最少拍計算機控制原理方框圖根據(jù)上述方框圖可知,有限拍系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為：(1)型 D(z)HG(z)()R(z) 1 D(z)HG(z)e(z)Ei(z)R(z)11 D(z)HG(z)1(z)由(1)、解得:D(z)(z)e(z)HG(z)隨動系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間也就是系統(tǒng)誤差e)(

4、kt)達到零或為一恒值所需的時間，由Z變換定義可知E1(Z)e(KT)zk 08(0) ei(T)zei(2T)zei(kT)z有限拍系統(tǒng)就是要求系統(tǒng)在典型的輸入信號作用下，當K N時，e1 (kT)恒為零或恒為一常量。N為盡可能小的正整數(shù)，為了實現(xiàn)這個目標，對不同的輸入信號，必須選擇不 同的e(z)傳遞函數(shù)，由理論分析得：1 1R(z)1e(z)1 z1 zT 1R(z)e(z) (1 z1)2(1 z )2 1 1、R(z)T2： (z1：3)e(z)(1 z1)3Ho2.等速輸入下最少拍有紋波控制器的設計設最少拍隨動系統(tǒng)如圖7-2所示,對象特性G (s)Ts(1 e )s10采用零階保持

5、器s(0.1s 1)(s)=采樣周期T = 0.1,試設計單位速度輸入時的有限拍調(diào)節(jié)器。解：廣義對象的Z傳遞函數(shù)：TSHG(S)=KSS(T£ 1)=(1-z-1)£100s2(s 10)3.等速輸入下最少拍無紋波控制器的設計10對 G (s)s(0 1s 1)=進行無紋波設計由有紋波設計可知HG(s)1 10.368z (1 0.717z )1 1(1 z )(1 0.368z )選擇Gc(z) z 1(1 0.717z 1)(a0 a1z 1)Ge(z) (1 z 1)(b0 b1z 1)兩式聯(lián)立求解得=(1-Z-1)10Tz 1(T75i(1 z1)(110TT =

6、0.1s0.368z 1(10.717z 1)1 1 (1 z 1)(1 0.368Z1)單位速度輸入時，選擇Ge (z)= (1-z-1)2,則D(z)U(z)E(z)1 Ge(z) 5.435(1 0.5z (1 0.368z Ge(z)HG(z)(1 z 1)(10.717z 1)1 2U(z) 0.283* U (z )0.717U (z )1 25.435* E(z) 4.7176* E(z ) E(z )1z 1(10.717z )(a。1 1 2 1a1z )1 (1 z ) (b0dz )解方程，可得a°=1.408, a 1= 0.826 ,b 0=1, b 1=0

7、.592所以有D(z)U(z)E(z)GcGe(z)HG(z)3.826(1 0.5864z 1)(10.368z 1)(1 z 1)(10.592z 1)由此可得等速輸入下最少拍無紋波的算法：U(z)=0.408*U(z -1)+0.582*U(z -2)+3.826*E(z)-3.6516*E(z -1)+0.8256*E(z -2)4. 硬件設計i1 A +-+J-cM11 A + -+其中：Ri=100k , R2=100k , R3=100k , Ci=1uF , C2=1uF1根據(jù)圖連接一個積分環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)組成的二階被控對象的模擬電路；2用導線將該電路的輸入端與單片機控制單元

8、的A01 ”輸出端相連；電路的輸出端與單片機控制單元的AI1”和示波器單元的 通道1 ”輸入端相連；單片機控制單元的 A02 ”與示波器單 元的通道2”輸入端相連；3將單片機模塊”的DO”與鎖零單元”的Ui”相連拼將鎖零單元”的芋動/自動”開關(guān)打到 自 動”；5. 軟件設計無紋波#in elude <reg52.h>#in elude <math.h>#in elude <Ad7366.h>#i nclude <LTC1446_DA.h>#defi ne uehar un sig ned char#defi ne uintun sig ned i

9、nt#defi ne ulong un sig ned longdouble pv,sv,Ts,ei,eix,eixx,A,b,C,K,op,opx,opxx,Ti,a1,a2,bx;uint i;uehar t;void delayls(void)uchar i,j,k;for(k=100;k>0;k-)for(i=20;i>0;i-)for( j=248;j>0;j-);void mai n( void) /主程序LTC1446(0,0);opx=0;opxx=0;eix=0;eixx=0;for(i=0;i>=60000;i+);P0=0x00;Ti=1;K=10

10、;Ts=1000;/ 采樣周期 1000msfor(t=0;t<5;t+)/ 延時 5sdelay1s();RCAP2H=0x4c; /200ms 計時RCAP2L=0x00;TR2=1;ET2=1;EA=1;while(1);timer2 () interrupt 5static uchar t;TF2=0;t+;if(t=2)t=0;pv=ADC7366();AI1 通道采集sv=sv+0.05;if(sv>4)sv=4;ei=sv-pv;op=0.271*opx+0.29*opxx-0.211*ei+0.15*eix+0.1*eixx;eixx=eix;eix=ei;opxx

11、=opx;opx=op;if(op>5)op=5;if(op<-5)op=-5;LTC1446(op*1000,sv*1000);/ 輸出值給 A01,斜坡信號給 AO2PO=OxO1;有紋波#in elude <reg52.h>#in elude <math.h>#in elude <Ad7366.h>#i nclude <LTC1446_DA.h>#defi ne uchar un sig ned char#defi ne uintun sig ned int#defi ne ulong un sig ned longdouble

12、 pv,sv,ei,eix,eixx,A,b,C,K,x,pvx,op,opx,opxx,Ti;int Ts,t;void delay1s(void)uchar i,j,k;for(k=100;k>0;k-)for(i=20;i>0;i-)for( j=248;j>0;j-);void mai n( void) /主程序LTC1446(0,0);opx=0;opxx=0;eix=O;eixx=0;PO=OxOO;Ti=0.1;K=10;Ts=100;/ 采樣周期 200msfor(t=0;t<5;t+)/ 延時 5sdelay1s();RCAP2H=0x4C; /200

13、ms 計時RCAP2L=0x00;TR2=1;ET2=1;EA=1;while(1);timer2 () in terrupt 5static uchar t;TF2=0;t+；if(t=2)PO=OxO1;t=0;pv=ADC7366(); /All 通道采集sv=sv+0.05;if(sv>4)sv=4;ei=sv-pv;op=0.233*opx+0.007*opxx+0.010*ei+0.006*eix+eixx;eixx=eix;eix=ei;opxx=opx;opx=op;if(op>5)op=5;if(op<-5)op=-5;LTC1446(op*1000,sv*

14、1000);/ 輸出值給 AO1,斜坡信號給 AO26. 結(jié)果分析無紋波SS探頭AM fio t MUkns CHIi*1合啻5限樹有紋波M Pm.視如i " j IM '7 WW<istryr<i*e需寬隔制 DlOMi!最少拍系統(tǒng)對于典型輸入具有最快響應速度，被控量經(jīng)最少采樣周期達到設定值,且穩(wěn)態(tài)誤差為定值。有最少拍有文波、無紋波控制系統(tǒng)輸出響應曲線相比較可知，最少拍無差系統(tǒng)最多只能達到采樣點上無偏差，而在相鄰采樣點之間偏差很大（在圖上可以明顯觀察出）。最少拍無紋波控制系統(tǒng)輸出響應曲線在采樣點上無偏差，在相鄰采樣點之間幾乎無偏差。但是系統(tǒng)的調(diào)整時間比無紋波增加了大概二節(jié)拍。為消除紋波，給系統(tǒng)傳遞函數(shù)增加了零點，延長了系統(tǒng)消除偏差的時間 。最少拍有紋波調(diào)整時間較短，但精度低，采樣點外誤差一直存在 。最少拍無紋波調(diào)整 時間較長，但精度高，信號跟隨后一直保持一種，不存在誤差。7. 課程設計體會兩周的實驗課很快就結(jié)束了，但是整體收獲還是很多的。這讓我不再枯燥的面對課本的知識，而是與實踐相結(jié)合，并且對最少拍系統(tǒng)等有了更加直觀的了解，讓我對課本知識也更加了解，理解的更加透徹。通過本次的實訓，我對開發(fā)軟件有了一定的了解和掌握 也學會了一些簡單的命令語言，對控制系統(tǒng)的硬件組成和組裝連線等一些列的基本操作也 有了很好的掌握。試驗中也遇