1、能源與動力工程學院課程設計報告題 目： 最少拍控制系統設計 課 程： 計算機控制技術課程設計 專 業： 班 級： 姓 名： 學 號： 計算機控制技術課程設計任務書一、 課程設計目的課程設計是課程教學中的一項重要內容，是達到教學目標的重要環節，是綜合性較強的實踐教學環節，它對幫助學生全面牢固地掌握課堂教學內容、培養學生的實踐和實際動手能力、提高學生全面素質具有很重要的意義。計算機控制技術是一門實用性和實踐性都很強的課程，課程設計環節應占有更加重要的地位。計算機控制技術的課程設計是一個綜合運用知識的過程，它需要控制理論、程序設計、硬件電路設計等方面的知識融合。通過課程設計，加深對學生控制算法設計的

2、認識，學會控制算法的實際應用，使學生從整體上了解計算機控制系統的實際組成，掌握計算機控制系統的整體設計方法和設計步驟，編程調試，為從事計算機控制系統的理論設計和系統的整定工作打下基礎。二、 課程設計內容設計以89C51單片機、ADC、DAC等電路和運放電路組成的被控對象構成的單閉環反饋控制系統。1. 硬件電路設計：89C51最小系統加上模入電路ADC0809和模出電路DAC0832；由運放構成的被控對象。2. 控制算法：最少拍控制、PID。3. 軟件設計：主程序、定時中斷程序、A/D轉換程序、濾波程序、D/A輸出程序、最少拍控制程序等。三、 課程設計要求1. 模入電路能接受雙極性電壓輸入（-5

3、V+5V），模出電路能輸出雙極性電壓（-5V+5V）。2. 被控對象每個同學選擇不同：3. 設計無紋波最少拍控制器。被控對象有積分環節的按斜坡輸入信號設計控制器，否則按階躍輸入信號設計控制器。4. 定時中斷間隔可在10-50ms中選取，采樣周期取采樣中斷間隔的整數倍，可取1000-2000ms，由實驗結果確定。5. 濾波方法可選擇平均值法，中值法等。四、 課程設計實驗結果1. 控制系統能正確運行。2. 按設計信號下的系統輸出響應。3. 其他典型輸入信號下的系統輸出響應。五、 進度安排序號內容天數1布置任務，查閱資料0.52總體方案確定，硬件電路設計1.53熟悉實驗箱及C語言開發環境，研讀范例程

4、序，14控制算法設計15軟件編程，調試16實驗17總結，撰寫課程設計報告1六、 課程設計報告內容：總結設計過程，寫出設計報告，設計報告具體內容要求如下：1課程設計的目和設計的任務。2課程設計的要求。3控制系統總框圖及系統工作原理。4控制系統的硬件電路連接圖（含被控對象），電路的原理。 5軟件設計流程圖及其說明。6電路設計，軟件編程、調試中遇到的問題及分析解決方法。7實驗結果及其分析。8體會。七、 參考文獻（列出你所利用的參考文獻。格式參見下。）1 于海生主編，微型計算機控制技術，北京：清華大學出版社，19992 張艷兵等編著，計算機控制技術，北京：國防工業出版社，20083 張毅剛主編，單片機

5、原理及應用，北京：高等教育出版社，20044 陳濤編著，單片機應用及C51程序設計，北京：機械工業出版社，20085 樓然苗, 李光飛編著, 單片機課程設計指導, 北京: 北京航空航天大學出版社, 2007 6 控制、電子技術類雜志、報刊第 二 部 分課程設計報告 目 錄1課題簡介1.1 課程設計內容51.2課程設計要求52方案設計 2.1 設計步驟 52.2 控制系統總框圖及系統工作原理63硬件電路設計 3.1 被控對象設計 83.2 硬件電路連接圖 94控制算法設計 105軟件編程設計 5.1 流程圖 115.2 程序設計 126實驗結果與分析 147心得體會 141 課題簡介 （宋體4號

6、加粗）1.1 課程設計內容設計以89C51單片機、ADC、DAC等電路和運放電路組成的被控對象構成的單閉環反饋控制系統。1. 硬件電路設計：89C51最小系統加上模入電路ADC0809和模出電路TLC7528；由運放構成的被控對象。2. 控制算法：最少拍控制。3. 軟件設計：主程序、定時中斷程序、A/D轉換程序、濾波程序、D/A輸出程序、最少拍控制程序等。 1.2課程設計要求1. 模入電路能接受雙極性電壓輸入（-5V+5V），模出電路能輸出雙極性電壓（-5V+5V）。2. 被控對象3. 設計無紋波最少拍控制器。被控對象有積分環節的按斜坡輸入信號設計控制器，否則按階躍輸入信號設計控制器。4. 定

7、時中斷間隔可在10-50ms中選取，采樣周期取采樣中斷間隔的整數倍，可取1000-2000ms，由實驗結果確定。5. 濾波方法可選擇平均值法，中值法等。2 方案設計2.1 設計步驟先進行硬件設計，根據Gz改造被控對象 進行最少拍控制算法計算讀范例程序，畫出流程圖，進行修改調試實驗結果2.2控制系統總框圖及系統工作原理最小拍雙通道采樣的閉環系統框圖如上所示，在該系統中對給定值r(t)進行D/A轉換采樣，得到離散化的r(z),并且對輸出值c(t)也進行D/A轉換，得到c(z)，然后計算有e(k）=c(k)-r(z)。D(z)為計算機控制系統的脈沖傳遞函數，U(z)為輸出的控制量，然后經過A/D轉換

8、后得到模擬控制量U(t)對包含零階保持器的被控量進行控值進而達到要求的最小拍控制的目的。誤差E=R-C經運放運算得到，并由模數轉換器采集。最少拍控制算法由軟件程序和單片機實現。輸出U經數模轉換器和零階保持器轉換成模擬信號送至被控對象。被控對象由兩只運放及阻容元件構成。 3 硬件電路設計3.1 被控對象由運放及阻容元件搭建，電路圖如下： 3.2硬件電路原理圖 4 控制算法設計4.1 被控對象含有一個積分環節,采用單位速度輸入信號,q=2D=0,q=2,v=1,w=1,j=1m=w+d=1n=v-j+q=2 4.2 5 軟件編程設計5.1 流程圖5.2 程序#include <reg51.h

9、>#include <absacc.h>#include <math.h>/*宏定義*/#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ADC_7 XBYTE0x0600/定義模數轉換IO地址#define DAC_1 XBYTE0x0640/定義D/A第一路的IO地址/*全局變量定義*/sbit str = P17;/定義A/D啟動信號sbit DIN0 = P10;/聲明同步信號uint data time;/聲明變量，用于定時uchar data t0_h,t0_l;/用于存儲定時器0的

10、初值char TK = 5;/聲明采樣周期變量,/采樣周期TK*10mschar TC;/TK的變量float kp =1.8;/比例系數uint ti =80;/積分系數char td = 2;/微分系數char IBAND = 120;/積分分離值char EK;/當前采樣的偏差值char EK_1;/上一次采樣的偏差值char AEK;/偏差的變化量char UK;/當前時刻的D/A輸出char AEK_1;char BEK;char CEK;float ZEK;/*主函數*/void main(void) TMOD = 0x01;time = 10;/定時10mst0_h = (655

11、36 - 1000 * time) / 256;/計算定時器0初值t0_l = (65536 - 1000 * time) % 256;t0_l = t0_l + 70;/修正因初值重裝而引起的定時誤差TH0 = t0_h;TL0 = t0_l;IT1 = 1;/邊沿觸發中斷EX1 = 1;/開外部中斷1ET0 = 1;/開定時中斷0TR0 = 1;/啟動定時器TC = 1;DAC_1= 0x80;/D/A清零EK = EK_1 = 0;/變量清零 AEK =BEK=AEK_1=CEK= UK = 0;ZEK = 0;str = 1;EA= 1;/開總中斷while(1);/*函數名：INT1

12、功能 ：1號外部中斷服務程序 參數 ：無* 返回值：無 * */void int1() interrupt 2 using 2float P,D,I,TEMP,TEMP1;DIN0 = 1;/讀取輸入前，先輸出高電平 if(DIN0)/判同步信號到否 EK = EK_1 = 0;/變量清零UK = AEK = BEK=CEK=AEK_1=0; ZEK = 0; DAC_1 = 0x80;/D/A輸出零TC=1; else TC-;/判采樣周期到否 if(TC = 0) EK = ADC_7 - 128;/采樣當前的偏差值，并計算偏差的變化量 AEK = EK - EK_1;BEK =(EK+E

13、K_1)/2;CEK =AEK-AEK_1; EK_1= EK;AEK_1=AEK; if(abs(EK)> IBAND) I = 0;/判積分分離值 else ZEK=EK+ZEK; I= BEK * TK;I= I / ti;P =AEK; D = CEK * td;/計算微分項 D = D / TK; TEMP = (P + I + D) * kp;/計算比例項 TEMP1=(EK_1+ ZEK*TK/ti+AEK_1*td/TK)*kp;TEMP=TEMP+TEMP1;if(TEMP > 0)/判控制量是否溢出，溢出賦極值 if(TEMP >= 127) UK = 1

14、27; else UK = (char)TEMP; else if(TEMP <- 128) UK = -128; else UK = (char)TEMP; DAC_1 = UK + 128;/D/A輸出控制量 TC = TK;/采樣周期變量恢復/*函數名：Timer0功能 ：定時器0中斷服務程序參數 ：無 返回值：無 */void Timer0() interrupt 1 using 1TH0 = t0_h;/重新裝入初值TL0 = t0_l;str = 0;str = 1;/產生A/D啟動信號6 實驗結果與分析6.1 示波器圖形6.2結果分析經過對PID參數的調節，最終實現的波形較

15、好的實現了控制的要求，使得階躍超調小于10%，而且相應時間較快，控制算法及程序是可靠的。7 小結與體會作為大學最后一次課程設計，時間緊，任務重，同時也為畢業設計的開始做了一些知識準備,本次課程設計是設計一個最少拍控制系統，課程設計分為硬件電路設計、研讀范例程序、控制算法設計、軟件編程調試、實驗等幾個階段。最終在整個小組同學的共同努力和小組其他成員的幫助下，完成了此次課程設計的任務并收獲甚多。感謝吳遠網老師的耐心指導，讓我在整個課程設計的過程中學到了很多。也要感謝我們小組的組員，正是有了大家的共同努力，我們的各項任務，包括前期資料的借閱，中期接線程序的編寫與調試，后期資料的匯總，都在大伙合作的前提下順利的完成。本次課程設計是和期末考試一起進行，所以時間很緊，在編寫程序和接線圖的設計方面出現了很多錯誤，也很煩躁，調試時候總是不能出現想要的結果，還好，小組同學比較團結，在復習考試之余，一起討論，最終完成了設計。 雖然計算機控制課程設計的時間很短，但我們過的很充實，學會了原硬件電路設計、研讀范例程序、控制算法設計、軟件編程調試，加深了對計算機控制技術的認識，鍛煉了自己吃苦耐勞和不怕困難的優良作風。我們在實際的操作中更深刻的掌握學過的知識，在參觀實習中開闊