无波纹控制系统.docx
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无波纹控制系统
天津理工大学
自动化学院课程设计报告
题目：
最小拍无波纹控制系统设计
学生姓名刘楠楠学号20110729
届2011班级电气一班
指导教师专业电气工程及其自动化
1课题简介
2总体方案及硬件设计
2.1---系统描述
2.2---硬件设计
2.2.1---A/D
2.2.2---D/A
2.2.3---单片机及定时器设计
2.2.4---电源部分设计
2.3---总体方案设计原理图
3控制算法设计
3.1---控制算法描述
4软件编程设计
4.1---软件编程调试平台
4.2---软件流程图
4.3---软件程序代码
5小结
6参考文献
1．课程简介
利用STC89C52单片机设计最小拍无波纹控制系统，被控对象的数学模型为G（s）=5/s（0.8s+1），设计最少拍无波纹控制算法，并编程实现；根据要求，实现在单位速度信号的作用下，达到控制要求。
2．总体方案及硬件设计
2.1---系统描述
本系统设计使用STC89C52单片机和ADC、DAC等基本元件构成闭环控制系统，整体结构如图：
2.1---硬件设计
2.2.1---A/D
ADC芯片选用常用芯片ADC0809，它是一个8位ADC芯片，可以多路切换的CMOS组件，转换方法采用主次逼近法。
性能相对较为可靠，价格低廉，使用简单。
其中输入信号端加有LM358构成的放大器，可以增加信号的灵敏度和分辨率。
电路结构图如下：
2.2.2---D/A
选用DAC8032芯片，它是一个8位DAC芯片，本本电路单元采用，单电源供电，它是一款常用的DAC芯片，再输入信号端加上LM358构成的放大电路，不仅提高了系统的可靠程度，而且增加了控制信号的分辨率。
2.2.3---单片机及定时器设计
STC89C52单片机也是51系列单片机，相对于传统法51单片机，在性能和可靠性上都有较大的提高，电路图设计如下：
2.2.4---电源部分设计
电源部分选用LM7805和LM7905构成，外加电压范围为8——12V，能够输出+5和-5V电压，能够满足体统设计的点电平要求，电路图如下：
2.3---总体方案设计原理图
3控制算法设计
3.1---控制算法描述
1、定时器T0的初值计算
本设计单片机采用12M晶振，由于51单片机12分频，所以系统周期为1微秒。
ADC0809的转换频率最大为500KHZ，而单片机的系统时钟为1M，所以本系统采用ADC0809全速工作，而对单片机IO口进行采样的周期为1S.定时器定时时间为50MS,利用单片机小精灵软件可以方便的计算出当定时器0工作在方式1时，TH0=3C,TL0=B0。
2、对输入信号的滤波
本设计利用中值滤波的方法对P2口采集的ADC输入信号数据进行处理，中值滤波是一种较为简单有效的滤波方法，对椒盐信号干扰有较好的抑制作用，不仅可以有效的减少信号干扰带来的影响，而且相对别的滤波方法，能够降低程序的执行时间。
3、最少拍无波系统的差分方程计算
首先使用MATLAB对G（S）进行Z变换，则变换过程如下：
>>np=[005]
np=
005
>>dp=[0.810]
dp=
0.80001.00000
>>hs=tf（np,dp）
Transferfunction:
5
--------------------------
0.8s^2+s
>>hz=c2d（hs,1）
Transferfunction:
2.146z+1.421
-------------------------
Z^2–1.287z+0.2865
：
G（z）=
2.146z+1.421
-------------------------
Z^2–1.287z+0.2865
无波纹最小拍控制器D（z）
根据G（z），对象有一个纯迟后因子v=1,一个零点b1=-0.662，两个极点，单位速度信号
所以q=1，则闭环脉冲传递函数为
由
得系数
，
，则系统脉冲传函为
误差脉冲传函为
由
得设计的控制器为
将
得系统的差分方程为：
u（k）=0.357u（k-1）+0.593u（k-2）+0.294e（k）-0.236e（k-1）+0.645e（k-2）
4软件编程设计
4.1---软件编程调试平台
本程序的开发环境为Keiluvisin4,是一款较为常用的开发环境，支持硬件仿真。
4.2---软件流程图
4.3---软件程序代码
#include
unsignedcharcount=0;//定时器计数量
unsignedcharcount1=0;//中值滤波计数量
unsignedcharad_data;//装入AD值
chare;//当前采样的实际值
floutout_data;//当前经过运算后的实际值
charu;//定义DA输出量
charu0=0,u1=0,e0=0,e1=0;//采样值
charmid_data[5]=0;//中值滤波的保存值
chari,j;//冒泡排序的参数
voidtimeInit（）;//定时器初始化函数
voidmain（void）//主函数
{
timeInit（）;
while
（1）;
}
voidtimeInit（）
{
TMOD|=0X01;//选择定时器0，工作方式1
TH0=3C;//设置定时器0初值
TL0=B0;
EA=1;//打开全局中断
ET0=1;//打开定时器中断
TR0=1;//定时器中断打开
}
voidTime0_isr（void）interrupt1using1
{
TH0=3C;//重新装入初值
TL0=B0;
if（count>=20）//定时器定满一秒
{
count=0;
ad_data=P2;
e=ad_data-128;//因为是双极性输入的这样得到的实际值有正负电压
//最少拍无波纹差分方程算法
If（out_data>0）//用于限定当前值在-127——+127之间
{
if（out_data>=127）
u=127;
else
u=（char）out_data;
}
else
{
if（out_data<=-127）
u=-127;
else
u=（char）out_data;
}
mid_data[count1]=u+128;
count1++;
u0=u1;
u1=u;
e0=e1;
e1=e;
}
count++;
if（count1>=4）
{
count1=0;
for（i=0;i<5;i++）
{
for（j=0;j<5-i;j++）
{
if（mid_data[j]>mid_data[j+1]）
{
temp=mid_data[j];
mid_data[j]=mid_data[j+1];
mid_data[j+1]=temp;
}
}
}
P2=mid_data[2];//滤波后输出值
}
}
5小结
通过本系统的设计，我较为详细清晰地了解了最少波无波纹控制算法。
它对输入信号的快速响应让我感觉很是神奇，但是，在完成课程设计的过程中也遇到了大量的困难，特别是复杂的差分方程的运算，由于对MATLB不是很熟悉，所以很多参数要自己动手去算，但是，大量的数学运算让我感觉很是困难，不过经过一番努力，最后还是被完美的解决了。
在此过程中，让我清醒的认识到数学的重要性。
本设计系统，硬件部分相对来说比较简单，用的基本上是常用的芯片，再结合数据手册，能够很好的完成，信号也基本让人满意。
通过对资料的查询，让我更进一步提高了自己的知识获取能力。
6参考文献
[1]赖寿宏主编微型计算机控制技术华中科技大学出版社1994
[2]李毅刚主编单片机原理及应用高等教育出版社2003
[3]李铁桥主编计算机控制理论与应用2005
[4]谢龙汉主编AutiumDesigner原理图与PCB设计及仿真电子工业出版社2012
[5]Pro–Log.TechnicalManualandDataBook
[6]J.A.Moore,S.MHerb.UnderstandingDistributedProcessSystems.InstrumentSocietyofAmerica,2005
[7]J.V.Levy.Amultiplecomputersystemforreliabletransactionprocessing,ACMSIGSMALLNewsletter,4,NO.5,2006\
[8]LATTICSemiconductorCrop.,GALDataBook,2009
[9]周培德主编计算几何清华大学出版社2004
[10]Anany主编算法设计与分析基础清华大学出版社2002
[11]钟艳华主编计算机工程与设计2004
[12]谭浩强主编C程序设计（四）清华大学出版社2010
[13]王松武主编常用电路模分析与指导清华大学出版社2009
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