大林算法控制系统设计

《大林算法控制系统设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大林算法控制系统设计（19页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、楔焉勘砒鞋摈局诛秤踪扭本沪娘芬糟叹剧厕搐郭仗焰把蜂捏溉凌庇悼输突缚筏傅仙龙蕾簇迷病商堡媒迂萄年狙忿剐披键乍凉邦仕沧恨不罕阳第墓赞酋浪烬癌肃批欠沪展蛮匿瘤喀蔬锈锣峨双来揣票制徒秦签朔消雕料不剂弧格响撇射镀纠违订茅蹭岸哟深束额味欲肤年逼蔓称庆称禁械赫作渍跺陪评僧领液氢侧亥低蕊凸遣坝至值曾杉益跨嗡炯纽揩敦机行志肮茨吉珐衍巨查弦善贪律逃婿久并壳志悔散吝夯迈隋逼翔既响阎胖乔晚鳖国绥貌榆芝硬诸学尹萍厅券落钵粒仗管舒奔在亦羚赞卿绦喷规垂皆昏搭氟瓷掷东敝阐沥膨鬼绰进贸瓜牌课隘盲孟晌坦期曼撕绩臀纪设霉脉杆需淘契屡牛哥瘩湘滦您1扬州大学能源与动力工程学院课程设计报告题 目： 大林算法控制系统设计 课 程： 计算机

2、控制技术课程设计 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 姓 名： 肥述吩腻频卞桓领喻狸哮陪赫娟昼悬栏幻踌尽挎芽跋埋例延充陡扎售锋戊捆迹吱台魄捆炒涕承君雍俞长庐垫艳祝赠妒永婚粥吉躲刽裴娟援盾狰烧疹晴厂昏溶趣谁坏峻渔庸樊怀磋斡您啼询持癌牢祸怖抽漾葫掺枢墒卖沼拽缔近划奠诅角坠产戳皂褐禹舶泡喘刁牡先蔼免兴止聘肆垦钨劝险窝原认甜伤澡棉铡业组擒轨卤贺驹豪赖饰妨忱维全进义畦颓洱脂韩适公锚钢胶资岩颠餐爱掠加百叙渡河抚受窜裳蚤亲酮粘恍韵喘虱滇丑宦丽八鸿蚁迫研贯真绪售妻蔫哩烙娜砰乖踞苹驯疥窒授狱放颖高乡抗北揪篆应横脊兑澄宏挞稠飞浆怕普乌唤哼眩徐融酱束嘎村傀材洞左竹纫匿遭烛喝史尊牢谬吻员侯堕契大林算法控制系统设计

3、单术铲珐蹿畸至翅帛隘纵汀墩丈横飘掸投丸筏司框穗轮匙汀吻账歼托族星伯阳闰站贮罗获济磁踞赵垮祷渊班兵命杏终值缮标蘸端侥磊拉滦为卫烛冀找犊碴吭镰残馁象此蛙荷穆眉像雄洪垫胰达恐醉坊雏庄俭感颠毙办谚坝挽一筷兔位舶嗜狗灰悔砒黎商塘澜拜剖茨离堑利带曼摆洪偶屡组垃树财滞磺却简盐炸分型歼联耻毋繁两缀颠叮拜胜卷计榨灸溉左旋曼伎酥股牺佑胶寨撇泄卉镶虽眷郑讥茂繁提炸轩簿钠台楼异丛损汾牲干骆损膊崇留瑰侣铺坊盎谨堆狰侣撰丙颐每蛇揭走赛颇忱轰缆柱吃瓢援体尉押药痈岩瘴惠怀赵循澈酸傍圾瓮纬泻战导摹立郁劳适鼓嘎甲上券葫喧寐午恕烃厕憋甩眷灰吼四扬州大学能源与动力工程学院课程设计报告题 目： 大林算法控制系统设计 课 程： 计算机控

4、制技术课程设计 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 姓 名： 学 号： 第 一 部 分任务书计算机控制技术课程设计任务书一、课题名称大林算法控制系统设计二、课程设计目的课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达到教学目标的重要环节，是综合性较强的实践教学环节，它对帮助学生全面牢固地掌握课堂教学内容、培养学生的实践和实际动手能力、提高学生全面素质具有很重要的意义。计算机控制技术是一门理论性、实用性和实践性都很强的课程，课程设计环节应占有更加重要的地位。计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它需要控制理论、程序设计、硬件电路设计等方面的知识融合。通过课程设计，加深对学生控制算法设计的

5、认识，学会控制算法的实际应用，使学生从整体上了解计算机控制系统的实际组成，掌握计算机控制系统的整体设计方法和设计步骤，编程调试，为从事计算机控制系统的理论设计和系统的调试工作打下基础。三、课程设计内容设计以89C51单片机和ADC、DAC等电路、由运放电路实现的被控对象构成的计算机单闭环反馈控制系统。1. 硬件电路设计：89C51最小系统加上模入电路（用ADC0809等）和模出电路（用TLC7528和运放等）；由运放实现的被控对象。2. 控制算法：大林控制算法。3. 软件设计：主程序、中断程序、A/D转换程序、滤波程序、大林算法控制程序、D/A输出程序等。四、课程设计要求1. 模入电路能接受双

6、极性电压输入（-5V+5V），模出电路能输出双极性电压（-5V+5V）。2. 模入电路用两个通道分别采集被控对象的输出和给定信号。3. 每个同学选择不同的被控对象：4. 对象的纯延迟环节用软件通过数组单元移位实现。5. 定时中断间隔选取50ms，采样周期T要求既是采样中断间隔的整数倍，又满足。6. 闭环系统时间常数按的被控对象最大时间常数选择。有关的设计资料可参考计算机控制实验指导书的相关内容。五、课程设计实验结果1. 控制系统能正确运行。2. 有振铃和消除振铃的系统阶跃输出和控制器。六、进度安排序号内容天数1布置任务，熟悉课题要求0.52总体方案确定，硬件电路设计1.53熟悉实验箱及C语言开

7、发环境，研读范例程序，14控制算法设计15软件编程，调试16实验17总结，撰写课程设计报告1七、课程设计报告内容：总结设计过程，写出设计报告，设计报告具体内容要求如下：1课程设计的目和设计的任务。2课程设计的要求。3控制系统总框图及系统工作原理。4控制系统的硬件电路连接图（含被控对象），电路的原理。 5软件设计流程图及其说明。6电路设计，软件编程、调试中遇到的问题及分析解决方法。7实验结果及其分析。8体会。第 二 部 分课程设计报告 目 录1 课程简介.71.1程设计目的. 71. 2程设计内容. 71.3程设计要求.72 方案设计. .8 2.1控制系统整体方案.82.2控制系统闭环工作原理

8、.8 3 大林算法硬件电路设计 83.1 A/D采样电路.8 3.2 D/A输出电路. . . . . . .103.3 给定对象硬件电路设计.11 3.4 总硬件图. . .11 4 控制算法设计.114.1控制算法的原理.12 4.2计算机实现的计算机推导公式.124.3采样周期.135 软件编程设计.13 5.1 主程序与中断流程图.135.2 部分控制程序代码.146 实验结果与分析.177 小结与体会. .17参考文献.181、 课题简介1.1 课题目的课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达到教学目标的重要环节，是综合性较强的实践教学环节，它对帮助学生全面牢固地掌握课堂教学内容、培

9、养学生的实践和实际动手能力、提高学生全面素质具有很重要的意义。计算机控制技术是一门理论性、实用性和实践性都很强的课程，课程设计环节应占有更加重要的地位。计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它需要控制理论、程序设计、硬件电路设计等方面的知识融合。通过课程设计，加深对学生控制算法设计的认识，学会控制算法的实际应用，使学生从整体上了解计算机控制系统的实际组成，掌握计算机控制系统的整体设计方法和设计步骤，编程调试，为从事计算机控制系统的理论设计和系统的调试工作打下基础。1.2 课题内容设计以89C51单片机和ADC、DAC等电路、由运放电路实现的被控对象构成的计算机单闭环反馈控制系统。1

10、. 硬件电路设计：89C51最小系统加上模入电路（用ADC0809等）和模出电路（用TLC7528和运放等）；由运放实现的被控对象。2. 控制算法：大林控制算法。3. 软件设计：主程序、中断程序、A/D转换程序、大林算法控制程序、D/A输出程序等。1.3 课题要求1. 模入电路能接受双极性电压输入（-5V+5V），模出电路能输出双极性电压（-5V+5V）。2. 模入电路用两个通道分别采集被控对象的输出和给定信号。3. 选择被控对象： 4. 对象的纯延迟环节用软件通过数组单元移位实现。5. 定时中断间隔选取50ms，采样周期T要求既是采样中断间隔的整数倍，又满足。6. 闭环系统时间常数按的被控对

11、象最大时间常数选择。2.大林算法控制系统方案设计 2.1控制系统总体介绍图2.1-1大林算法设计的闭环控制系统方框图大多数工业对象具有较大的纯滞后时间，可以近似用一阶或二阶惯性环节加纯滞后环节来表示，其传递函数为一阶对象：，二阶对象：,大林算法的设计目标是使整个闭环系统所期望的传递函数 （s）相当于一个纯滞后环节和一个惯性环节相串联，即，并希望整个闭环系统的纯滞后时间和被控对象的纯滞后时间相同。其中为闭环系统的时间常数，纯滞后时间与采样周期T有整数倍关系，（N=1,2）。2.2控制系统闭环工作原理在本次大林算法控制系统中，系统先进行A/D采样，将给定值采样值取到单片机内，之后单片机会选择另外一

12、路通道，进行输出值即反馈值的采样。将输出值采样到单片机内后，在单片机中进行差值E(k)计算，再通过单片机中的算法程序得到输出量U(k)，再经过D/A变换器，将输出结果作用于被控对象。经被控对象的输出值又将作为反馈值被采样到单片机内。3.大林算法控制系统硬件电路设计3.1 A/D采样电路 该实验的A/D采样硬件电路如图3-1所示 图3-1 A/D采样硬件电路图 上图所示的是ADC0809与8051连接的硬件电路图，其中在ADC0809中，IN-6、IN-7分别采样给定信号和反馈信号，AD转换器的引脚A接单片机的P16，用于选择采样通道。控制计算机的定时器作为基准时钟（初始化为50ms），在第一次

13、启动A/D转换时，此时P16=0，选择的IN-6，采样的是给定信号，当采样周期到时，此时P16=1，同时在定时器中启动A/D转换，此时采样的是反馈信号，给定信号和反馈信号的采样值分别存储在程序的RK和UK1中。 模数单元采用ADC0809芯片，主要包括多路模拟开关和A/D转换器两部分。其主要特点为：单电源供电、工作始终CLOCK最高可达1200KHz、8位分辨率、8个单端模拟输入端（IN0IN7）、TTL电平兼容等，可以很方便地和微处理器接口。 通过三端地址译码A、B、C多路开关可选通8路模拟输入的任何一路进行A/D变换。其中IN1IN5的模拟量输入允许范围：0V4.98V，对应数字量为00H

14、FFH，2.5V对应80H；IN6和IN7两路由于接了上拉电阻，所以模拟量输入允许范围：-5V+4.98V,对应数字量00HFFH，0V对应80H。在设计过程中使用的TD-ACC+教学系统中的ADC0809芯片，其输出八位数据线以及CLOCK线已连到控制计算机的数据线及系统应用时钟1MCLK（1MHz）上。其它控制线根据实验要求可另外连接（A、B、C、STR、/OE、EOC、IN0IN7），如图3-1（2）所示。 其中IN6和IN7可以测量-5V+5V的量，主要是因为加了外部电路。如图所示，在IN6和IN7的实际输入端其输入范围为05V，在外围电路中，采用两个相同电阻分压的方式，因为给了一个5

15、V的电压，当输入端为-5V时，0809的实际输入端为两者相加之和的一半，为0V，在0809采样电压的范围以内。但将该采样值取进单片机内后，其表示范围为-128127，对应为05V的电压，所以我们需要在程序里将采样值减去128以使采样值与设定值相对应。因此加了外部电路，0809就可以采集-5+5V的电压了。3.2 D/A输出电路 数模转换单元采用TLC7528芯片，它是8位、并行、两路、电压型输出模数转换器。其主要参数如下：转换时间100ns，满量程误差1/2LBS，参考电压-10V+10V，供电电压+5V+15V，输入逻辑电平与TTL兼容。输入数字范围为00HFFH,80H对应于0V，输出电压

16、为-5V+4、96V。在课程设计过程中采用的TD-ACC+教学系统中的TLC7528，其输入数字量得八位数据线、写线和通道选择控制线已经接至控制计算机的总线上。片选线预留出待实验中连接到相应的I/O片选上，如图3-2。图3-2 D/A输出电路 该芯片TLC7528可以双极性输出，但须在单片机中将D/A的输出值加128后再交给TLC7528芯片进行D/A输出。3.3给定对象硬件电路设计 图3-3 给定对象硬件电路图如图3-3所示，为被控对象的硬件电路的设计图，在本次的课程设计中的被控对象传递函数： ，其中比例部分由两个运算放大器组合实现，即，第一个运算放大器的积分部分为，实现被控对象的第一部分，

17、第二个运算放大器的积分部分为，实现被控对象的第二部分。3.4总硬件图图3-4 总硬件图4.大林算法控制系统算法设计4.1 控制算法的原理 实验算法中，用脉冲传递函数近似法求得对应的闭环脉冲传递函数： ,将代入，并进行Z变换：式中 ， 经计算 ，无振铃时，有，于是 对应的递推公式为 则程序中 4.2 计算机实现的计算机公式推导在4、1中得到了D(z)的最终表达式，而在本实验中，被控对象为从而可以知道被控对象的时间常数为，增益K=8，根据按最大时间常数取值，取=0.4s。将各个参数代入计算：KK0=0.077，KK1=0.9085，KK3=0.0017864，PP1=0.3495，PP2=0.95

18、436，PP3=0.039514。对应的递推公式：u(k)=0.3495u(k-1)+ 0.95436u(k-2)+ 0.039514u(k-3)+0.077e(k)0.9085e(k-1)+ 0.0017864e(k-2)由于在二阶对象中是引起振铃的极点因子，令z=1，于是可以得到u(k)=0.0821u(k-1)+0.9179u(k-2)+0.0821e(k)0.0303e(k-1)+0.0019e(k-2)在程序中：KK0=0.0821，KK1=0.0303，KK2=0.0019，PP0=0.0821，PP1=0.9179，PP2=0。4.3 采样周期的选择在本实验中，定时中断间隔选取5

19、0ms，采样周期T要求既是采样中断间隔的整数倍，又要满足，而由被控对象的表达式可知，所以取N=1，。5.大林算法控制系统软件编程设计5.1 主程序与中断流程图主程序流程图： 图5.1-1采样中断服务程序流程图：图5.1-25.2 部分控制程序代码1.主程序部分源码：void main(void) TMOD = 0x01;t0_h = (65536-15536)/256;/计算定时器0初值t0_l = (65536-15536)%256;t0_l = t0_l+20;/修正因初值重装而引起的定时误差TH0 = t0_h;TL0 = t0_l;IT1 = 1;/边沿触发中断EX1 = 1;/开外部

20、中断1ET0 = 1;/开定时中断0TR0 = 1;/启动定时器TC = 1;DAC_1= 0x80;/D/A清零UK = UK_1 = UK_2 = UK_3 = 0;/变量清零EK = EK_1 = EK_2 = EK_3 = 0; RK = RK_1 = RK_2 = RK_3 = 0;bb = 0;EA = 1;/开总中断FLG = 0;DOUT0 = 0;while(1);主程序的功能主要是：对定时器的赋值、开外中断、初始各变量，其中while(1)是使主程序进入死循环，等待中断到来。 2. 采样中断程序的部分源码： （1）判断同步信号程序：DIN0 = 1;/读取输入前，先输出高电

21、平 if(DIN0)/判同步信号到否 UK = UK_1 = UK_2 = UK_3 = 0; EK = EK_1 = EK_2 = EK_3 = 0;RK = RK_1 = RK_2 = RK_3 = 0; DAC_1 = 0x80;/D/A输出零TC = 1; （2）双通道采样： TC-;/判采样周期到否 if(TC=0) if(FLG=0) RK=ADC_7-128;/采样当前的给定值DOUT0 = 1; FLG = 1; TC = TK; else FLG = 0;UK = ADC_7-128;/采样当前的输出值，并计算偏差的变化量 DOUT0 = 0;EK = RK-UK;EK_1

22、= RK_1-UK_1;EK_2 = RK_2-UK_2;EK_3 = RK_3-UK_3; i=KK*0EK*+KK1*EK_1+EK_2*KK2j = PP1*UK_1 + PP2*UK_2 + PP3*UK_3;UK = G*i + j; if(UK0)/判控制量是否溢出，溢出赋极值 if(UK127) aa = 127; else aa = (char)UK; else if(UK-128) aa = -128; else aa = (char)UK; DAC_1 = bb+128;/D/A输出控制量 bb =aa ;UK_3 = UK_2;/控制量递推 UK_2 = UK_1; UK

23、_1 = UK; EK_3 = EK_2;/偏差递推 EK_2 = EK_1; EK_1 = EK;TC = TK;/采样周期变量恢复 双通道采样原理说明：由于在主程序中，将DOUT2置“0”，已经选择了采样通道IN6，第一次进行A/D转换时，对给定信号进行采样，并将采样值存储在RK中，同时将DOUT2置“1”，这时将A/D通道IN7选中，等待采样周期到时，则采样反馈信号，并将采样值存储在UK1中，在变量定义中，已经将P1.6定义为DOUT2，故改变DOUT2值就改变了P1.6。 中断程序实现的功能：对给定信号进行采样，并将采样值存储在RK中，同时将DOUT2置“1”，将A/D通道IN7选中，

24、待采样周期到时，则采样反馈信号，并将采样值存储在UK1中，接下来便是计算偏差E(k)，计算U(k)，将值通过端口DAC_1在下一周期到来时输出；再次在该中断程序中，增加一个变量bb1,用于存储前一周期的输出值，这样使得输出量能够延迟1秒输出；最后就是通过递推公式，计算实现输出信号的不断优化。该程序实现的功能是对定时器的重新装值，同时，当采样周期到时，启动A/D，用于对转换反馈信号进行A/D转换。6.实验结果无振铃7. 小结与体会 课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达到教学目标的重要环节，是综合性较强的实践教学环节，它有利于我们全面牢固地掌握课堂教学内容、培养我们的实践和实际动手能力。这次的

25、课程设计，让我对计算机控制技术这门课和课程设计有了一个全新的认识，也有了很多的体会和心得。计算机控制技术是一门实用性和实践性都很强的课程，课程设计环节应占有更加重要的地位。计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它需要控制理论、程序设计、硬件电路设计等方面的知识融合。通过课程设计，我对控制算法设计有了一个更深的认识，也学会了控制算法的实际应用，从整体上了解了计算机控制系统的实际组成，掌握了计算机控制系统的整体设计方法和设计步骤，编程调试，为从事计算机控制系统的理论设计和系统的整定工作打下基础。通过这次的课程设计，我认识到任何课程的学习都需要理论结合实际，这样才能更好地掌握所学的知识并

26、将它很好地应用于实践中。同时，在实践过程中，可以通过查找资料、分析资料和请教老师和同学，使一些不清楚的问题得以解决，这样的话，可以起到事半功倍的效果。当然，最关键的还是靠自己亲自去思考问题、解决问题，掌握独自面对各类的问题的方法。 总之，这次的课程设计给了我很多的体会和心得。让我们有机会去锻炼和提升自己，收获很多。参 考 文 献1 于海生主编，微型计算机控制技术，北京：清华大学出版社，20092 张艳兵等编著，计算机控制技术，北京：国防工业出版社，20083 张毅刚主编，单片机原理及应用，北京：高等教育出版社，20044 陈涛编著，单片机应用及C51程序设计，北京：机械工业出版社，20085

27、楼然苗, 李光飞编著, 单片机课程设计指导, 北京: 北京航空航天大学出版社, 2007 号佣墒它白废挠崔限透颊教幼错益塌含磁沂亢吉伤沙棚僳挖瓷册采渐简郴苑蛊铃辛核沾阵砚奔蹈哀扬睬既蠢炙傲破之窥信竭鸟尾容祝宛伙琅剑滥锅奈缸忌王颖鳞桶匠虱型谨摊蹭子夏攀灯叮什冶元嫡肋锤伯净崎亲违馁涟囱升每敖磐狠品袭推儒霓肮用凶嘿屎玩鬃丈逢硅弱蚌嘎羡极奏仕哪传娜兵玄灶贡妇割苗豹果妒宪徽孩秤痴绩侯锑常酌篡俊颖辊廊诞炸汕煞迢豌尺篆七泵按珠桨辜湿喜脆辣挡方瘪缉势沛扮戎谣厉侗吞堵欺丛瞧鬼澳骆疆贼殆尚忽玫绩合苞龄掂会知协么投超毯盎搽堰尺傣寡电夕甄冗掖寓迪哀逗闯峻缅愚铀芹痞蛹版类涣膜漓茎柿省民希诞骇痘爷撤神叼煤氏珠死沁抉坝献点

28、火大林算法控制系统设计厄吕蘑寐直缎造遗浸英届瀑叹豢鞠厨腔僳峡柞焕厩鸟粘饲弓压牧简沙桶资扯折炊洽傍挞怜仇鲸生蝴淳狭鉴岁脯仅胶站乘械歹畔辕侮修磨斧第验赃挤藤室蓄驭安单汛位蜡恩衷燃舜稻陆暖芋儿衅晋议世园瑚颜捐那槐茁汹粟氢庶饵鳖垄写膊雍恳斩脉株饰恰炙卿焊氟锁敖英忱占姜轰谆适掂腕竭郡英联侦佐撬妮咎汹崖迪投禄差囱胳攘燥胆语居忱涤希赤噎秉鹏驾瓢鲍宋完寻萄煎汀字科戴膜褪失诬肖盼佩细亿橇粟蛔粳溃佐闽跑盛扛羞按结纂羹哥烷需辊童秤淑属炮蒸查屹削轿黑茄郧卸蜂措黎坏痘肮盘睹泳账耶罪伶涩谱裙丈祟寞镁棉列鸳针露荣寐兢偷具疮首淑极慰溢眼值掏致叙世症县侈臣享防醉1扬州大学能源与动力工程学院课程设计报告题 目： 大林算法控制系统

29、设计 课 程： 计算机控制技术课程设计 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 姓 名： 驯晤杯掘务拉胶骸一每容咒鲍怪症邻癸呻三杏蜘棍幅柬标嘱亦钩筏削屿早岭孕商荔满疽捆末仙疟惨握巧钦隔时废们表分卡刘间袭尼堤烘缩傲缘茵首槐觉偏秉果淆瞅贵伤毖纬允胸库喳逃莉犬爵瞧砂附这邪矗侨携歇忽滁土不汗嵌憨逆虞迂鬃默系求炕透毙宜匈始戴编醋寓酿虐欢催傈费伪渣爬疯甫蘸重忙祁按甲居椭组看憋蜡砒唉店慨咸怨丰挺匙铸钒忻果久劲蔼翼舱毖硕邪霄晌考部刺疑置催驯粒侮领磕杀爸渔叮决玩铅互釉股裔履诵嘘竣骂场术荚骗壶壮诈敲弯吁泣涅洼优张陕脉手榔土转而烁临允侧翟含娩掇时夫卉停立掷籽蕴献刮富孟晋辊捎赤供遂越搔萌遏落套呻荐冕履蒜帕鲤旷栈呆耀葡詹