概述
“计算机控制”课程设计报告
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《计算机控制》课程设计报告
姓名: 侯念廷 学号: 080350110
2011年7月2日1 设计任务与理论基础1.1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。
1.2 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2.1无波纹最小拍控制器的设计2.1.1 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: 103.6788 (z+0.7183)s (s+1)(z-1) (z-0.3679)
与手算结果一致。2.1.2闭环Z传递函数Ф(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+0.593/z)*(1-1/z)^2; %φe(z)phi=1.407*(1+0.718/z)*(1-0.586/z)/z; %φ(z)
程序运行结果如下:
Transfer function: Transfer function:z^3 - 1.407 z^2 - 0.186 z + 0.593 1.407 z^2 + 0.1857 z - 0.592 z^3 z^3与手算结果一致。2.1.3 Z传递函数 D(z)
D=phi/(HG*phil); %控制器D(z)sys0=feedback(HG,1); %未加控制器时的闭环传函sys=feedback(HG*D,1); %加控制器后的闭环传函
程序运行如下:
Zero/pole/gain:0.38246 z^3 (z+0.718) (z-0.586) (z-0.3679) (z-1)
z^3 (z+0.7183) (z+0.593) (z-1)^2 Sampling time: 1
与手算结果一致。2.1.4 数字控制器的差分方程形式根据输出函数
可得差分方程形式
2.2 Simulink仿真在simulink环境下建立控制模型如图2-6所示:
图2-1输入为单位速度输入,运行后,双击虚拟示波器查看输出相应性能曲线如下所示:1.离散化后斜坡输入
图2-22.e(k)波形图
图2-33.u(k)波形图
图2-44.离散化后输出
图2-55.未离散化后输出
图2-6 由仿真图可知控制器输出在3拍后达到恒定,同时系统输出不产生波纹经MATLAB下的分析设计与SIMULINK下的模型仿真,我们认为当前设计完全符合最小拍无波纹系统的要求。下面将具体讨论硬件电路的设计与程序算法。
3 电路设计3.1 器件选择由于本设计对单片机的要求不高,因此控制器选择传统的8051单片机即可满足要求,同时由于系统精度要求不高,
最后
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