大林算法控制器

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《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
.课题名称 Dahlin算法控制器设计 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,它对帮助学生仝面牢固地掌握课堂教学内容、培养学 生的实饯和实际动手能力、提高学牛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 讣环节应占有更加重要的地位讣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、硬件电路没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∫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。 提供的实验条件 (1)软件: Matlab, Altium Designer,KEL (2)仪器和设备:计算机、单片机 四.课程设计内容 被控对象为 ,T=0.5s,:=,采用 Dahlin 算法设计消除振铃的数字控制器。 五.工作原理 在控制系统应用中,纯滞后环节往往是影响系统动态特性的不利因素。工ψ 过程中妇钢铁,热工和化工过程中往往会有纯滞后环节。对这类系统,控制器如 果设计不当,常常会引起系统的超调和持续振荡 由于纯延迟的存在,使被控量对干扰、控制信号不能即时的反映。即使调 节杋构接受控制信号后立即动作,也要经过纯延时间t后才到达被控量,使得系 统产生较大的超调量和较长的调节时间。当t>=0.57(T为对象的时间常数)时, 实践证明用PD控制很难获得良好的控制品质。 对这类具有纯滞后环节系统的控制要求,快速性往往是次要的,通常要求系 统稳定,要求系统的超调量要小,而调整时间允许在较多的采样周期内结朿。 这样的一种大时间滞后系统采用PD控制或采用最少拍控制,控制效果往 往不好。这里我们利用一种直接数字控制器设计方法:大林算法。 基于达林算法的采样控制系统结构框图如图所示。 C 图1米样控制系统原理图 D()系统的设计核心,它实际上是由计算机实现,它的输入输出均是时问上 离散的数字信号信号。在实际运用中要经过A/D,D/A的转换,利用数字控制起 来控制被控对象,打到期望的性能指标。 六. Dahlin控制器设计 本系统被控对象的传递函数为 十 系统延迟时间为125,采样时间取T=0.55,=6,=, ,K=100, 则N=24。 假定校正后的系统闭环传函为 (2) 对于二阶对象,其脉冲传递两数为: (3) 其中参数的计算: (5) 校正后系统闭环脉冲传函为: 控制器传函的计算 由(3)、(6)(7)式得本系统控制器传递数为 代入各项参数 该控制器中,含有极点z=-0.958,接近z=-1点。该极点会引起振铃。将该极 点用z=1代替,得到消除振铃的控制器: (10) 由D(2)得到差分方程为: U(k)=092U(k-1)+0.08U(k-25)+0.17E(k)-0.3155E(k-1)+01463E(k-2) 七.系统仿真 (1)仿真框图 图2系统仿真框图 (2)仿真结果 系统输出结果: Tannahill hmif offset 图3.有振铃情况下控制器输出和系统输出 图4消除振铃后控制器输出和系统输出 (3)仿真结果分析: 直接计算得到的控制器后,系统输出稳定,没有超调。但是控制器输出有人 幅度的振铃现象。如图3所示。消除振铃后,系统输岀依然稳定,控制器输出也 没有了振铃现象,如图4所示。效果比较好 五.控制器的硬件实现 硬件电路部分 控制器部分需要AD转换器,DA转换器,单片机 51.1、AD转换器 AD转换器选择TLC549, 是公司生产的一种低价位、高性能的 位串行A/D转换器,它以位开关电容逐次逼近的方法实现转换,最大转 换速率为 ,电源为至它能方便地采川三线串行接口方式与 各和微处理器连接,构成各种廉价的测控应用系统。 +5V C8|103 U8 8 输入 REF VCC 2 7P13 IO 6P34 REF- OUT 5P14 GND CS TC549 图5TC549接口电路图 AD转换器的电路设计: (1)AD转换器的时钟信号,由单片机P1.3脚产生,故将 CLOCK脚接单片 机的P13。 (2)CS脚为AD转换片选信号,低电平有效,由程序控制,与单片机的P14 脚相连。 (3)REF+和REF-是AD芯片的参考电压,这里分别接的+5V和地。则输入信 弓范围是0~5V,对应数字信号0×00~0xFF。 (4)OUT是串行数据的输出口。由P34引脚读取 5.1.2、DA转换器 D/A转换器选择TLC5615。TLc5615是T公司生产的电压型10位串行D/A 转换器。性能优于早期的电流型转换器。而且是串行接凵,只需要3根线就能完 成10位数据的传输,节省了IO凵资源。 104 C5+5V J14 TC5615 P101 R^10 DIN VDD P11 876 模拟韆出 SCLK OUT P1 dcS REFIN DOUT AGND 10KP3 图6TLC5615接口电路图 DA转换电路设计: (1)DA转换芯片的时钟信号有P11提供。故SCLK引脚将与单片札的卩1.1 引脚相连接。 (2)CS脚为AD转换片选信号,低电平有效,由程序控制,与单片机的P1.2 脚相连 (3)REFN为参考电压。本电路中由电阻分压得到。为25V。则DA输出电 压范围是0~5V,对应数字信号0×0000~0x03FF (4)DN为芯片的数字输入引脚,与单片机的P10引脚相连。 513、控制器 控制器选择AT89c51单片机。单片机是目前应用最广泛的位单片机之 ,其代表型号是 公司的系列,它广泛应用于工业测控系统之中。 目前很多公司都有系列的兼容机型推出,在目前乃至今后很长的一段时间内 将占有大量市场。 单片机最小系统P U1 805l 5V○ C3 P10 103 E P10 CC P11 39 POO P1231 P03 P01 8P01 P12 Ed P1 3 P02 L P143 36P03 P14 P03 P156 5P04 P15 POy P16 P05 P16 P178 P05 3P06 RST Pl P05 32P07 RESET P07 P3111 RXD/P30 E TXD/P3 ALE/P P32 :d INTO/P32 PSEN 9 INT1/P33 P27 P34 T0/P34 27P26 P25 P3515xT/P35 26P25 P25 P37 WR/P36 P24}x 4P2 RDP37 P23K 23P22 X119 X2 P22 p 207X1 P21 1P20 GND P20 C10 C11 22PF 2PF 图单片机最小系统 单片机选择11.0592MHz晶振,上电复位模式。 52控制器的软件控制 5.21、流程图

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