基于最小拍控制的直流伺服电机控制系统设计~4A60F.doc

PAGE 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 学生姓名 学 号 专 业 电子信息科学与技术 教学单位 物理系 完成时间 2013年7月6日 目 录 TOC \o 1-3 \h \z \u HYPERLINK \l _Toc250318456 1引言 PAGEREF _Toc250318456 \h 1 HYPERLINK \l _Toc250318457 2系统设计与论证 3 HYPERLINK \l _Toc250318458 2.1系统总体设计思路 3 HYPERLINK \l _Toc250318459 2.2系统模块 4 HYPERLINK \l _Toc250318460 2.2.1输入模块 4 HYPERLINK \l _Toc250318461 2.2.2反馈环节 4 HYPERLINK \l _Toc250318462 2.2.3显示模块 5 HYPERLINK \l _Toc250318463 2.2.4 控制器的设计 5 HYPERLINK \l _Toc250318464 2.3 硬件设计与调试 7 2.4软件设计与调试9 HYPERLINK \l _Toc250318465 3系统测试 10 HYPERLINK \l _Toc250318466 3.1开环状态测试 10 HYPERLINK \l _Toc250318467 3.2闭环状态测试 10 HYPERLINK \l _Toc250318468 4设计总结 11 HYPERLINK \l _Toc250318469 参考文献 11 HYPERLINK \l _Toc250318470 附录 12 HYPERLINK \l _Toc250318471 系统硬件整体电路图 12 PAGE 16 摘要 最小拍控制的直流伺服电机控制系统的工作原理是：测量元件(位移传感器)对被控制对象(电机)的被控参数(位移)进行测量，由变换发送单元(A/D转换器)将被控参数变成一定形式的信号 ，送给控制器CPU，控制器将测量信号(实际位移量)与给定信号（位移量）进行比较，若有误差则按预定的控制规律产生一控制信号驱动执行机构(伺服电机控制电源)工作，使被控参数(实际位移量)与给定信号（位移量）保持一致。 关键词：最少拍控制 数字控制器 直流伺服电机 控制系统 1引言 在数字化与计算机控制的当今时代，我们可以方便地利用计算机作为控制器来实现系统的控制，而在实际设计中我们往往是从被控制对象的特征出发来设计数字控制器，即采用直接设计法。下面，先简要阐述直接设计法的基本原理及设计步骤，并举例说明在实际生活中很实用的最少拍无差控制设计系统。 如图1-1所示的离散控制系统中， G c(s)为被控对象， 广义对象的脉冲传递函数，其中代表零阶保持器，D(z)代表被设计的数字 控制器，(z)为系统的闭环脉冲传递函数，其表达式为 图1.1 采样系统结构图 系统设计的目标，是要设计一个数字控制器的脉冲传递函数D(z)，利用它来控制被控制对象，达到期望的性能指标。由式（1-1）可得 由式（1-2）可知，当已知G(z)时，只要根据设计要求选择好Ф(z)，就可求得D(z)。因此，在已知对象特征的前提下，设计步骤为： 求得带零阶保持器的被控对象的广义脉冲的传递函数G(z)。 根据系统的性能指标要求以及实现的约束条件构造闭环z传递函数Ф(z)。 依据式（4-2）确定数字控制器的传递函数D(z)。 4)有D（z)确定控制算法并编写程序。 在数字随动控制系统，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。 对最小拍控制系统的设计的具体要求如下： 1）准确性要求 对典型的参考输入信号，在到达稳态后，系统在采样点的输出