無波紋控制系統(tǒng)

1、天 津 理 工 大 學自動化學院課程設計報告題目： 最小拍無波紋控制系統(tǒng)設計學生姓名 劉楠楠 學號 20110729 屆 2011 班級 電氣一班 指導教師 專業(yè) 電氣工程及其自動化 目錄1 課題簡介2 總體方案及硬件設計2.1-系統(tǒng)描述2.2-硬件設計- A/D- D/A-單片機及定時器設計-電源部分設計2.3-總體方案設計原理圖3 控制算法設計3.1-控制算法描述 4 軟件編程設計4.1-軟件編程調試平臺4.2-軟件流程圖4.3-軟件程序代碼5 小結6 參考文獻1課程簡介利用STC89C52單片機設計最小拍無波紋控制系統(tǒng)，被控對象的數(shù)學模型為 G(s)=5/s(0.8s+1)，設計最少拍無

2、波紋控制算法，并編程實現(xiàn)；根據(jù)要求，實現(xiàn)在單位速度信號的作用下，達到控制要求。2總體方案及硬件設計2.1-系統(tǒng)描述本系統(tǒng)設計使用STC89C52單片機和ADC、DAC等基本元件構成閉環(huán)控制系統(tǒng)，整體結構如圖：STC89C52控制對象D/AA/D2.1-硬件設計- A/DADC芯片選用常用芯片ADC0809，它是一個8位ADC芯片，可以多路切換的CMOS組件，轉換方法采用主次逼近法。性能相對較為可靠，價格低廉，使用簡單。其中輸入信號端加有LM358構成的放大器，可以增加信號的靈敏度和分辨率。電路結構圖如下：- D/A選用DAC8032芯片，它是一個8位DAC芯片，本本電路單元采用，單電源供電，它

3、是一款常用的DAC芯片，再輸入信號端加上LM358構成的放大電路，不僅提高了系統(tǒng)的可靠程度，而且增加了控制信號的分辨率。-單片機及定時器設計STC89C52單片機也是51系列單片機，相對于傳統(tǒng)法51單片機，在性能和可靠性上都有較大的提高，電路圖設計如下：-電源部分設計電源部分選用LM7805和LM7905構成，外加電壓范圍為812V，能夠輸出+5和-5V電壓，能夠滿足體統(tǒng)設計的點電平要求，電路圖如下：2.3-總體方案設計原理圖3 控制算法設計3.1-控制算法描述1、定時器T0的初值計算   本設計單片機采用12M晶振，由于51單片機12分頻，所以系統(tǒng)周期為1微秒。

4、ADC0809的轉換頻率最大為500KHZ，而單片機的系統(tǒng)時鐘為1M，所以本系統(tǒng)采用ADC0809全速工作，而對單片機IO口進行采樣的周期為1S. 定時器定時時間為50MS,利用單片機小精靈軟件可以方便的計算出當定時器0工作在方式1時，TH0=3C,TL0=B0。         2、對輸入信號的濾波 本設計利用中值濾波的方法對P2口采集的ADC輸入信號數(shù)據(jù)進行處理，中值濾波是一種較為簡單有效的濾波方法，對椒鹽信號干擾有較好的抑制作用，不僅可以有效的減少信號干擾帶來的影響，而且相對別的濾波方法，能夠降低程

5、序的執(zhí)行時間。3、最少拍無波系統(tǒng)的差分方程計算首先使用MATLAB對G(S)進行Z變換，則變換過程如下：>> np = 0 0 5np = 0 0 5>>dp = 0.8 1 0dp = 0.8000 1.0000 0>>hs = tf(np,dp) Transfer function : 5-0.8 s2 + s>>hz = c2d(hs ,1)Transfer function : 2.146 z + 1.421- Z2 1.287z + 0.2865：G(z)= 2.146 z + 1.421- Z2 1.287z + 0.2865無波紋最

6、小拍控制器D（z） 根據(jù)G(z)，對象有一個純遲后因子v=1,一個零點b1=-0.662，兩個極點，單位速度信號,所以q=1，則閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為由得系數(shù)，則系統(tǒng)脈沖傳函為 誤差脈沖傳函為 由得設計的控制器為將得系統(tǒng)的差分方程為：u(k) = 0.357u(k-1)+0.593u(k-2)+0.294e(k)-0.236e(k-1)+0.645e(k-2)4 軟件編程設計4.1-軟件編程調試平臺 本程序的開發(fā)環(huán)境為Keil uvisin4,是一款較為常用的開發(fā)環(huán)境，支持硬件仿真。4.2-軟件流程圖采樣周期變量加1定時器初值重裝裝CLK=CLK中斷返回A/D時鐘程序采樣中斷服務程序開始主程序初始

7、化等待中斷NY中斷返回定時器初值重裝D/A輸出u(k)采樣變量賦新值采樣周期變量初始化A/D采樣計算u(k)采樣周期是否到4.3-軟件程序代碼#include<reg52.h>unsigned char count =0; /定時器計數(shù)量unsigned char count1 =0; /中值濾波計數(shù)量unsigned char ad_data ; /裝入AD值char e; /當前采樣的實際值flout out_data; /當前經過運算后的實際值char u; /定義DA輸出量char u0=0,u1=0,e0=0,e1=0; /采樣值char mid_data5=0; /中值

8、濾波的保存值char i,j; /冒泡排序的參數(shù)void timeInit(); /定時器初始化函數(shù)void main(void) /主函數(shù) timeInit(); while(1);void timeInit() TMOD |= 0X01; /選擇定時器0，工作方式1 TH0 = 3C; /設置定時器0初值 TL0 = B0; EA = 1; /打開全局中斷 ET0 = 1; /打開定時器中斷 TR0 = 1; /定時器中斷打開 void Time0_isr(void) interrupt 1 using 1 TH0 = 3C; /重新裝入初值 TL0 = B0; if(count>=

9、20) /定時器定滿一秒 count=0;ad_data=P2;e = ad_data- 128; / 因為是雙極性輸入的這樣得到的實際值有正負電壓/最少拍無波紋差分方程算法If(out_data>0) /用于限定當前值在-127+127之間 if(out_data >=127) u=127; else u=(char)out_data;else if(out_data<=-127) u=-127; else u=(char)out_data;mid_datacount1=u+128; count1+; u0=u1; u1=u; e0 =e1; e1=e; count +;

10、if(count1>=4) count1=0; for(i=0;i<5;i+) for(j=0;j<5-i;j+) if(mid_dataj>mid_dataj+1) temp=mid_dataj; mid_dataj = mid_dataj+1; mid_dataj+1 = temp; P2=mid_data2; /濾波后輸出值 5 小結通過本系統(tǒng)的設計，我較為詳細清晰地了解了最少波無波紋控制算法。它對輸入信號的快速響應讓我感覺很是神奇，但是，在完成課程設計的過程中也遇到了大量的困難，特別是復雜的差分方程的運算，由于對MATLB不是很熟悉，所以很多參數(shù)要自己動手去算，

11、但是，大量的數(shù)學運算讓我感覺很是困難，不過經過一番努力，最后還是被完美的解決了。在此過程中，讓我清醒的認識到數(shù)學的重要性。本設計系統(tǒng)，硬件部分相對來說比較簡單，用的基本上是常用的芯片，再結合數(shù)據(jù)手冊，能夠很好的完成，信號也基本讓人滿意。通過對資料的查詢，讓我更進一步提高了自己的知識獲取能力。6 參考文獻1賴壽宏 主編 微型計算機控制技術 華中科技大學出版社 1994 2李毅剛 主編 單片機原理及應用 高等教育出版社 2003 3李鐵橋 主編 計算機控制理論與應用 20054謝龍漢 主編 Autium Designer 原理圖與PCB設計及仿真 電子工業(yè)出版社 20125Pro Log . Technical Manual and Data Book6J. A .Moore ,S .M Herb .Understanding Distributed Process Systems. Instrument Society of America, 20057J . V .Levy. A multiple computer system for reliable transaction processing ,ACM SIG SMALL Newsletter, 4,NO .5, 20068LAT