基于最小拍控制的直流.doc

计算机控制技术课程设计报告 题目 基于最小拍控制的直流伺服电机控制系统设计 授课教师 盖宁 学生姓名 张松松 学 号 201000804063 专 业 10级电科 教学单位 物理系 完成时间 2013年7月6日 目 录 摘要………………………………………………………………………1 1总体方案设计…………………………………………………………2 2直流电机的建模和数字控制器设计…………………………………2 2.1直流电机模型的建立……………………………………………2 2.2最小拍数字控制器设计…………………………………………2 3硬件的设计和实现……………………………………………….……3 3.1系统总体设计思路……………………………………………3 3.2系统模块………………………………………………………3 3.2.1输入模块…………………………………………………4 3.2.2反馈节……………………………………………………5 3. 2.3显示块…………………………………………………5 3.2.4控制器的计………………………………………………5 3. 3相关电路的设计或方案………………………………………6 ４软件设计与调试………………………………………………………7 4.1开环状态测试…………………………………………………7 4.2闭环状态测试…………………………………………………7 5设计总结………………………………………………………………8 参考文献…………………………………………………………9 附录：系统硬件整体电路图…………………………………………9  摘 要 近年来由于微型机的快速发展，国外交直流系统数字化已经达到实用阶段。由于以微处理器为核心的数字控制系统硬件电路的标准化程度高，制作成本低，且不受器件温度漂移的影响。其控制软件能够进行逻辑判断和复杂运算，可以实现不同于一般线性调节的最优化、自适应、非线性、智能化等控制规律。所以微机数字控制系统在各个方面的性能都远远优于模拟控制系统且应用越来越广泛。 本文介绍的是用一台26KW的直流电动机，8051单片机构成的数字化直流调速系统。特点是用单片机取代模拟触发器、电流调节器、速度调节器及逻辑切换等硬件设备。最后进行软件编程、调试以及计算机仿真。实时控制结果表明，本数字化直流调速系统实现了电流和转速双闭环的恒速调节，并具有结构简单，控制精度高，成本低，易推广等特点，而且各项性能指标优于模拟直流调速系统，从而能够实际的应用到生产生活中，满足现代化生产的需要。 关键词：单片机 双闭环 直流调速系统 数字方式 1、总体方案设计 在数字随动控制系统中，要求系统的输出值尽快地跟踪给定值的变化，最小拍控制就是为满足这一要求的一种离散化设计方法。所谓的最小拍控制，就是要求闭环系统对于某种特定的输入在最少个采样周期内达到无静差的稳态，且闭环脉冲传递函数有以下形式： 式中，N是可能情况下的最小正整数。这一形式表明闭环系统的脉冲响应在N个采样周期后变为零，从而意味着系统在N拍之内达到稳态。 但是最小拍控制器有其局限性： 1、最小拍控制器对典型输入的适应性较差。一种典型的最小拍闭环脉冲传递函数只适应一种特定的输入而不能适应于各种输入。 2、最小拍控制器的可实现性问题。对于某些对象的脉冲传递函数，如: 那么所设计的闭环脉冲传递函数中必须含有纯滞后，且滞后时间至少要等于被控对象的滞后时间。否则系统的响应超前于被控对象的输入，这在实际中是实现不了的。 3、最小拍控制的稳定性问题。在选择时必须有一个约束条件（稳定性条件）—D（z）的零点和G（z）的不稳定极点能够完全对消。 2、2．l直流电机模型的建立 直流电机转速相对于输入电压的传递函数模型： 式中：机械时间常数，电气时间常数。选取一商流电动机，其铭牌参数为：额定电压U。=220V，额定电流L=lO.2A，额定转速m=3246ra挑额定输出功率m=2.0kw，电动机轴上的转动惯量J=0.082Js，则直流电机转速相对于输入电压的传递函数模型为： 上式为最小拍控制仿真的直流电机模型。 2．2最小拍数字控制器设计 直流电机计算机控制系统框图如图1所示。图1中受控对象为直流电机，数字控制器为用计算机编程实现的最小拍控制。 数字控制系统在典型的时间域输入信号(例如阶跃输入、速度输入、加速度输入等)的作用下，经过有限个采样周期(也称有限个拍)，输出信号的稳态误差为零，且在尽可能少的有