基于大林算法的电阻炉温度控制系统设计(DOC)
第五组-基于大林算法的电阻炉(二阶系统)温度控制

课程设计任务书课程设计计划表5.基于大林算法的电阻炉(二阶系统)温度控制设计任务带有纯滞后的电阻炉温度模型可由纯滞后环节与二阶系统串联描述)12)(1()(++=-s s e s G s采样周期1=T ,期望闭环传递函数为:1)(+=Φ-s e s s电阻炉的温度设定为1000o C 。
设计控制器是系统满足:调整时间s t s 80≤,超调量%10≤p σ,稳态误差C e os 2≤。
工作要求:1. 查找资料,描述电阻炉的基本情况;2. 设计大林控制算法,用Simulink 实现;3. 设计传统PID 控制器,并将二者算法进行比较;4. 分析系统是否存在振铃现象,若存在试消除振铃;5. 改变模型结构,考察模型扰动下系统性能变化情况;6.按照格式和设计内容写《计算机控制技术课程设计》和课程设计心得。
目录第一章课题背景知识介绍 ........................................ 错误!未定义书签。
1.1摘要 (6)1.2设计任务和要求 ............................................ 错误!未定义书签。
1.3大林算法 (7)1.4 PID算法 (9)第二章控制系统分析 (10)2.1 被控对象分析 (10)2.1.1纯滞后介绍 (10)2.2 控制器分析 (10)第三章控制系统的仿真 ............................................ 错误!未定义书签。
3.1 PID控制器控制下的系统仿真 (12)3.2 大林控制算法下的系统仿真 (13)3.3 大林控制算法和PID控制器的仿真 (14)第四章振铃现象分析 (17)第五章扰动下的系统性能分析 (18)课程设计心得 (19)参考文献 (20)第一章系统方案1.1摘要电阻炉在化工、冶金等行业应用广泛,因此温度控制在工业生产和科学研究中具有重要意义。
电阻炉的温度控制系统设计(课程设计)

电阻炉的温度控制系统设计摘要电阻炉在冶金工业中的运用相当广泛,其温度参数在生产过程中的自动控制系统也随着微机单片机可控硅技术在工业控制领域的推广、应用,正朝着高精度、高稳定性、高智能化的方向发展。
电阻加热炉是典型的工业过程控制对象。
其温度控制具有升温单向性、大惯性、大滞后、时变性等特点,且其升温、保温是依靠电阻丝加热,降温则是依靠环境自然冷却。
温度是工业对象中主要的被控参数之一。
尤其是在冶金、化工、机械各类工业中,广泛使用各种加热炉、热处理炉、反应炉等。
由于炉子的种类不同,所采用的加热方法与燃料也不一样,如煤气、天然气等。
但就控制系统本身的动态特性而言,均属于一阶纯滞后环节,在控制算法上基本一样,可采用PID控制或其他纯滞后补偿算法。
但对于电阻加热炉来说,当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温,因而很难用数学方法建立精确模型和确定参数。
而传统PID控制是一种建立在经典控制理论基础上的控制策略,其设计依赖于被控对象的数学模型,因此对于加热炉这类控制对象采用传统PID 的控制方案很难达到理想的控制效果。
为了保证生产过程正常安全地进行,提高产品的质量和数量,以与减轻工人的劳动强度,节约能源,对加热用的各种电炉要求在一定条件下保持恒温,不能随电源电压波动或炉物体而变化,或者有的电炉的炉温根据工艺要求按照某个指定的升温或保温规律而变化,等等。
因此,在工农业生产或科学实验中常常对温度不仅要不断地测量,而且要进行控制。
在电阻炉温度控制系统的设计中,应尽量考虑到如何有效地避免各种干扰因素而采用一个较好的控制方案,选择合适芯片与控制算法是非常有必要的本设计要用单片机设计一个电阻炉温度控制系统。
关键词:恒温;热处理;控温系统Design for Temperature Control System of Resistance FurnaceAbstractThe resistance furnace in metallurgical industry is widely application, its temperature parameters in the production process of automatic control system with single-chip microcomputer control technology in the field of industrial silicon, the popularization and application in high precision, high stability, high intelligent direction. Resistance furnace is typical of industrial process control object. The temperature control with temperature mono-direction and large inertia, the lag and time-varying characteristics, such as temperature, heat preservation and heat resistance wire depend on environment, cooling is natural cooling.Temperature is the main objects of accused of parameters. Especially in metallurgy, chemical, machinery, widely used in various industries of heating furnace, heat treatment furnace, reactors. Because of the different kinds of heating method is adopted, and the fuel is not identical also, such as coal gas, natural gas etc. But control system dynamic characteristics of itself, all belong to a first-order lagging pure, in the same basic control algorithm, PID control or other pure lag compensation algorithm. But for resistance furnace, when the temperature once overshoot cannot use control means that the cooling, so it is difficult to use mathematical method to establish precise model and parameters. While the traditional PID control is an established in classical control theory, the control strategy based on its design depend on mathematical model of the controlled objects, so this kind of control for furnace adopts the traditional PID control object to achieve the ideal control scheme.In order to guarantee the normal production process, improve product safely quantity and quality and to reduce the labor intensity, energy saving, with all kinds of electric heating requirements under certain conditions, not with remains constant voltage fluctuations or furnace changes, or some objects according to the technical requirement of electric furnace temperature or a designated in accordance with the law and heat changes, etc.Therefore, in industrial and agricultural production and scientific experiments to constantly measuring temperature will not only, and to control System.In the resistance furnace temperature control system design, should try to consider how to effectively avoid distractions and USES a better control scheme, select the appropriate chip and control algorithm is necessary to the design with a single-chip microcomputer temperature control system of resistance furnace.Keywords: temperature;Heat treatment;Temperature control system目录摘要 (1)Abstract (2)一、总体方案设计 (4)1、设计容与要求 (4)2、工艺要求 (4)3、要现的系统基本功能 (5)4、对象分析 (5)5、系统功能设计 (5)二、硬件的设计和实现 (5)1、计算机机型 (5)2、设计支持计算机工作的外围电路 (5)3、设计输入输出通道 (8)4、元器件的选择 (10)三、数字控制器的设计 (7)1、控制算法 (10)2、计算过程 (11)四、软件设计 (12)1、系统程序流程图 (12)2、程序清单 (15)五、完整的系统电路图 (27)六、系统调试 (27)七、设计总结 (27)八、参考文献 (27)附录 (28)一、总体方案设计设计任务:用一台计算机与相应的部件组成电阻炉炉温的自动控制系统,并使系统达到工艺要求的性能指标。
基于大林算法的温度控制系统设计说明

计算机控制技术课程设计2015/2016学年第二学期设计课题:基于大林算法的电路温度控制系统的设计专业:__ __班级: __ _学号:___ _______姓名:_______ _ _____2016年5月目录第一章课题简介 (1)1.1课题的目的 (1)1.1.1 本机实现的功能 (1)1.1.2 扩展功能: (1)1.2课题的任务及要求 (1)第二章系统方案设计 (2)2.1 水温控制系统的总体介绍 (2)2.2 系统框图 (2)2.3 闭环系统的工作原理 (2)第三章系统硬件设计 (3)3.1 系统原理图 (3)3.2 单片机最小系统设计 (3)第四章大林控制算法设计 (5)4.1 大林控制算法原理: (5)4.2 控制器的设计及公式推导过程 (6)4.3 采样周期的选择: (7)第五章水温控制系统的仿真 (7)5.1振铃现象 (7)5.2 Matlab仿真 (9)5.2 大林算法控制系统编程设计: (10)5.3各模块子程序设计 (11)5.3.1主程序设计 (11)5.3.2读出温度子程序 (12)5.5.3数码管显示模块 (13)5.5.4温度处理程序 (14)第六章小结与体会 (15)第七章参考文献 (16)第八章附录 (17)第一章课题简介1.1课题的目的1.1.1 本机实现的功能(1)利用温度传感器采集到当前的温度,通过AT89S52单片机进行控制,最后通过LED数码管以串行口传送数据实现温度显示。
(2)可以通过按键任意设定一个恒定的温度。
(3)将水环境数据与所设置的数据进行比较,当水温低于设定值时,开启加热设备,进行加热;当水温高于设定温度时,停止加热,从而实现对水温的自动控制。
(4)当系统出现故障,超出控制温度围时,自动蜂鸣报警。
1.1.2 扩展功能:(1)具有通信能力,可接收其他数据设备发来的命令,或将结果传送到其他数据设备。
(2)采用适当的控制方法实现当设定温度或环境温度突变时,减小系统的调节时间和超调量。
电阻炉的温度控制系统设计(课程设计)

电阻炉的温度控制系统设计摘要电阻炉在冶金工业中的运用相当广泛,其温度参数在生产过程中的自动控制系统也随着微机单片机可控硅技术在工业控制领域的推广、应用,正朝着高精度、高稳定性、高智能化的方向发展。
电阻加热炉是典型的工业过程控制对象。
其温度控制具有升温单向性、大惯性、大滞后、时变性等特点,且其升温、保温是依靠电阻丝加热,降温则是依靠环境自然冷却。
温度是工业对象中主要的被控参数之一。
尤其是在冶金、化工、机械各类工业中,广泛使用各种加热炉、热处理炉、反应炉等。
由于炉子的种类不同,所采用的加热方法及燃料也不相同,如煤气、天然气等。
但就控制系统本身的动态特性而言,均属于一阶纯滞后环节,在控制算法上基本相同,可采用PID控制或其他纯滞后补偿算法。
但对于电阻加热炉来说,当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温,因而很难用数学方法建立精确模型和确定参数。
而传统PID控制是一种建立在经典控制理论基础上的控制策略,其设计依赖于被控对象的数学模型,因此对于加热炉这类控制对象采用传统PID 的控制方案很难达到理想的控制效果。
为了保证生产过程正常安全地进行,提高产品的质量和数量,以及减轻工人的劳动强度,节约能源,对加热用的各种电炉要求在一定条件下保持恒温,不能随电源电压波动或炉内物体而变化,或者有的电炉的炉温根据工艺要求按照某个指定的升温或保温规律而变化,等等。
因此,在工农业生产或科学实验中常常对温度不仅要不断地测量,而且要进行控制。
在电阻炉温度控制系统的设计中,应尽量考虑到如何有效地避免各种干扰因素而采用一个较好的控制方案,选择合适芯片及控制算法是非常有必要的本设计要用单片机设计一个电阻炉温度控制系统。
关键词:恒温;热处理;控温系统Design for Temperature Control System of Resistance FurnaceAbstractThe resistance furnace in metallurgical industry is widely application, its temperature parameters in the production process of automatic control system with single-chip microcomputer control technology in the field of industrial silicon, the popularization and application in high precision, high stability, high intelligent direction. Resistance furnace is typical of industrial process control object. The temperature control with temperature mono-direction and large inertia, the lag and time-varying characteristics, such as temperature, heat preservation and heat resistance wire depend on environment, cooling is natural cooling.Temperature is the main objects of accused of parameters. Especially in metallurgy, chemical, machinery, widely used in various industries of heating furnace, heat treatment furnace, reactors. Because of the different kinds of heating method is adopted, and the fuel is not identical also, such as coal gas, natural gas etc. But control system dynamic characteristics of itself, all belong to a first-order lagging pure, in the same basic control algorithm, PID control or other pure lag compensation algorithm. But for resistance furnace, when the temperature once overshoot cannot use control means that the cooling, so it is difficult to use mathematical method to establish precise model and parameters. While the traditional PID control is an established in classical control theory, the control strategy based on its design depend on mathematical model of the controlled objects, so this kind of control for furnace adopts the traditional PID control object to achieve the ideal control scheme.In order to guarantee the normal production process, improve product safely quantity and quality and to reduce the labor intensity, energy saving, with all kinds of electric heating requirements under certain conditions, not with remains constant voltage fluctuations or furnace changes, or some objects according to the technical requirement of electric furnace temperature or a designated in accordance with the law and heat changes, etc.Therefore, in industrial and agricultural production and scientific experiments to constantly measuring temperature will not only, and to control System.In the resistance furnace temperature control system design, should try to consider how to effectively avoid distractions and USES a better control scheme, select the appropriate chip and control algorithm is necessary to the design with a single-chip microcomputer temperature control system of resistance furnace.Keywords: temperature;Heat treatment;Temperature control system目录摘要 (1)Abstract (2)一、总体方案设计 (4)1、设计内容及要求 (4)2、工艺要求 (4)3、要求实现的系统基本功能 (5)4、对象分析 (5)5、系统功能设计 (5)二、硬件的设计和实现 (5)1、计算机机型 (5)2、设计支持计算机工作的外围电路 (5)3、设计输入输出通道 (8)4、元器件的选择 (10)三、数字控制器的设计 (7)1、控制算法 (10)2、计算过程 (11)四、软件设计 (12)1、系统程序流程图 (12)2、程序清单 (15)五、完整的系统电路图 (27)六、系统调试 (27)七、设计总结 (27)八、参考文献 (27)附录 (28)一、总体方案设计设计任务:用一台计算机及相应的部件组成电阻炉炉温的自动控制系统,并使系统达到工艺要求的性能指标。
计算机控制技术

计算机控制技术课程设计目录绪论------------------------------------------------------------------3 控制系统建模------------------------------------------------------3 系统结构------------------------------------------------------------4 最小拍算法---------------------------------------------------------5 大林算法------------------------------------------------------------8 算法比较------------------------------------------------------------12 总结------------------------------------------------------------------13 参考文献------------------------------------------------------------13基于最小拍算法和大林算法的电阻温度炉的炉温控制系统设计比较选择绪论计算机控制技术是一门以电子技术、自动控制技术、计算机应用技术为基础,以计算机控制技术为核心,综合可编程控制技术、单片机技术、计算机网络技术,从而实现生产技术的精密化、生产设备的信息化、生产过程的自动化及机电控制系统的最佳化的专门学科。
本设计电阻炉是现代工业中应用最多的加热设备,广泛应用于化验室样品熔样,冶金冶炼,热处理中工件的分段加热和冷却等。
针对具有大纯滞后环节的电阻炉温度控制系统,设计了单片机控制电路,采用了最小拍算法和大林算法,组建了系统的组态,进行了系统仿真分析,控制效果良好,根据工程实际需要进行适当选择。
电阻炉温度控制系毕业设计.doc

电阻炉温度控制系毕业设计目录第1章概述 11.1电阻加热炉介绍 (1)1.2电阻加热炉温度控制系统的目的和意义 (1)1.3电阻加热炉的特点与展望 (1)1.4控制算法 (2)1.4.1 模糊控制 (2)1.4.2 神经网络 (3)1.5PID控制算法 (3)1.6电阻加热炉温度控制系统设计的指导思想 (5)1.7系统主要技术参数 (5)第2章方案论证 62.1单片机的选择 (7)2.2温度传感器的选择 (7)2.2.1 热电阻 (8)2.2.2 集成温度传感器 (8)2.2.3 热电偶 (8)2.3检测放大电路的选择 (10)2.3.1 采用差分放大电路 (10)2.3.2 电压比较器方案 (10)2.3.3 使用普通集成运算放大电路 (10)2.4模数转换电路的选择 (11)2.4.1 采用V/F转换器 (11)2.4.2 采用双积分型A/D转换器MC14433 (11)2.4.3 采用逐次逼近型A/D转换器AD574A (12)2.5键盘的设计 (12)2.5.1 独立式按键接口 (12)2.5.2 矩阵式键盘接口 (13)2.6显示器的选择 (15)2.7接口芯片8255A (17)第三章硬件电路设计203.1主控制器8051单片机 (20)3.1.1 8051单片机的主要功能如下 (20)3.1.2 8051单片机的优点 (20)3.1.3 8051单片机的时钟和复位电路 (21)3.1.4 8051单片机的引脚图 (22)3.2前向通道的设计 (23)3.2.1 温度检测电路 (23)3.2.2 模数转换电路 (25)3.3后向通道的设计 (28)3.4接口电路的设计 (30)第4章系统软件设计324.1PID计算程序 (32)4.2程序设计 (34)4.2.1 主程序设计 (34)4.2.2 中断程序的设计 (35)4.2.3 键盘输入子程序流程图 (38)4.2.4 显示子程序流程图 (39)4.3数字滤波子程序 (40)4.3.1 数字滤波的优点 (40)4.3.2 数字滤波的常用方法 (40)4.3.3 几种滤波方法的比较 (44)总结45致谢46参考文献47附录1:电阻炉温度控制硬件电路49附录2:程序清单50第1章概述1.1 电阻加热炉介绍电阻加热炉和一般燃烧炉相比具有占地小,无污染,操作管理方便,易于控制质量和热效率高等优点。
计算机控制技术课程设计-电阻炉温度控制系统设计

合肥工业大学《计算机控制技术》课程设计—-电阻炉温度控制系统设计学院专业姓名学号_______ ________ _完成时间摘要:电阻炉的类型根据其热量产生的方式不同,可分为间接加热式和直接加热式两大类.间接加热式电阻炉,就是在炉子内部有专用的电阻材料制作的加热元件,电流通过加热元件时产生热量,再通过热的传导、对流、辐射而使放置在炉中的炉料被加热.直接加热式电阻炉,是将电源直接接在所需加热的材料上,让强大的电流直接流过所需加热的材料,使材料本身发热从而达到加热的效果。
工业电阻炉,大部分采用间接加热式,只有一小部分采用直接加热式。
由于电阻炉具有热效率高、热量损失小、加热方式简单、温度场分布均匀、环保等优点,应用十分广泛。
关键词:炉温控制;高效率;加热一、总体方案设计本次课程设计主要就是使用计算机以及相应的部件组成电阻炉炉温的自动控制系统,从而使系统达到工艺要求的性能指标.1、设计内容及要求电阻加热炉用于合金钢产品热力特性实验,电加热炉用电炉丝提供功率,使其在预定的时间内将炉内温度稳定到给定的温度值。
在本控制对象电阻加热炉功率为8KW,有220V交流电源供电,采用双向可控硅进行控制。
2、工艺要求及要求实现的基本功能本系统中所选用的加热炉为间接加热式电阻炉,控制要求为采用一台主机控制8个同样规格的电阻炉温度;电炉额定功率为20 kW;)恒温正常工作温度为1000℃,控温精度为±1%;电阻炉温度按预定的规律变化,超调量应尽可能小,且具有良好的稳定性;具有温度、曲线自动显示和打印功能,显示精度为±1℃;具有报警、参数设定、温度曲线修改设置等功能。
3、控制系统整体设计电阻炉温度计算机控制系统主要由主机、温度检测装置、A/D转换器、执行机构及辅助电路组成。
系统中主机可以选用工业控制计算机、单片微型计算机或可编程序控制器中的一种作为控制器,再根据系统控制要求,选择一种合理的控制算法对电阻炉温度进行控制。
电阻炉温度控制系统设计word版本

学号:0121011360504课程设计题目电阻炉温度控制系统设计学院自动化学院专业自动化专业班级自动化1005班姓名柳元辉指导教师刘小珠2014 年 1 月10 日课程设计任务书学生姓名:柳元辉专业班级:自动化1005指导教师:刘小珠工作单位:自动化学院题目: 电阻炉温度控制系统设计初始条件:1.课程设计辅导资料:“过程控制系统和应用”、“过程控制系统与仪表”、“过程控制仪表及控制系统”、“过程控制系统”等;2.先修课程:仪表与过程控制系统等。
3.主要涉及的知识点:过程控制仪表、控制系统、被控过程等要求完成的主要任务:(包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求)1.课程设计时间:1.5周;2.课程设计内容:根据指导老师给定的题目,按规定选择其中1套完成;本课程设计统一技术要求:研读辅导资料对应章节,对选定的设计题目所涉及的生产工艺和控制原理进行介绍,针对具体设计选择相应的控制参数、被控参数以及过程检测控制仪表,并画出控制流程图及控制系统方框图。
3.课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写,具体包括:①目录;②摘要;③生产工艺和控制原理介绍;④控制参数和被控参数选择;⑤控制仪表及技术参数;⑥控制流程图及控制系统方框图;⑦总结与展望;(设计过程的总结,还有没有改进和完善的地方);⑧课程设计的心得体会(至少500字);⑨参考文献(不少于5篇);⑩其它必要内容等。
时间安排:指导教师签名: 2013 年 12 月 27 日系主任(或责任教师)签名:年月日目录摘要 (1)1生产工艺和控制原理介绍 (2)1.1生产工艺 (2)1.2控制原理 (3)2控制方案设计 (5)2.1被控参数选择 (5)2.2控制变量选择 (5)2.3建立数学模型 (6)2.4调节器控制规律 (7)2.5仪表选择 (9)2.6控制系统框图 (9)3总结与展望 (10)4心得体会 (11)参考文献 (12)摘要自动化技术在工业、农业、科技以及人们的日常生活中发挥着重要的作用,而过程控制通常是指连续生产的自动控制,是自动化技术最重要的组成部分。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
课程设计任务书学院专业学生姓名班级学号课程设计题目基于大林算法的电阻炉温度控制系统设计实践教学要求与任务:1)构成电阻炉温度控制系统2)大林算法设计3)硬软件设计4)实验研究5)THFCS-1现场总线控制系统实验6)撰写实验报告工作计划与进度安排:1)第1~2天,查阅文献,构成闭环温度控制系统2)第3天,大林算法设计3)第4~5天,硬软件设计4)第6天,实验研究5)第7~9天,THFCS-1现场总线控制系统实验6)第10天,撰写实验报告指导教师:201 年月日专业负责人:201 年月日学院教学副院长:201 年月日目录摘要 (1)1.课题简介 (2)1.1课题目的 (2)1.2课题内容 (2)1.3课题要求 (2)2.大林算法控制系统方案设计 (3)2.1控制系统总体介绍 (3)2.2控制系统闭环工作原理 (3)3.大林算法控制系统硬件电路设计 (4)3.1 A/D采样电路 (4)3.2 D/A输出电路 (5)3.3给定对象硬件电路设计 (6)3.4总硬件图 (7)4.大林算法控制系统算法设计 (8)4.1 控制算法的原理 (8)4.2 计算机实现的计算机公式推导 (8)4.3 采样周期的选择 (9)5.大林算法控制系统软件编程设计 (10)5.1 主程序与中断流程图 (10)5.2 部分控制程序代码 (11)6.结论 (15)7. 小结与体会 (16)参考文献 (17)摘要电阻加热炉用于合金钢产品热力特性实验,电加热炉用电炉丝提供功率,使其在预定的时间内将炉内温度稳定到给定的温度值。
在本控制对象电阻加热炉功率为20KW ,有220V 交流电源供电,采用双向可控硅进行控制。
本设计针对一个温区进行控制,要求控制温度范围50~350℃,保温阶段温度控制精度为±1℃。
选择合适的传感器,计算机输出信号经转换后通过双向可控硅控制器控制加热电阻两端的电压,其对象温控数学模型为:()1sd d Ke G s T s -=+τ其中:时间常数d T =350秒,放大系数d K =50,滞后时间τ=10秒,控制算法选用大林算法 。
关键词:单片机;A/D 、D/A ;大林算法;传感器;炉温控制1.课题简介1.1课题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,它对帮助学生全面牢固地掌握课堂教学内容、培养学生的实践和实际动手能力、提高学生全面素质具有很重要的意义。
《计算机控制系统》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。
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。
1.2课题内容设计以89C51单片机和ADC 、DAC 等电路、由运放电路实现的被控对象构成的计算机单闭环反馈控制系统。
1. 硬件电路设计:89C51最小系统加上模入电路(用ADC0809等)和模出电路(用TLC7528和运放等);由运放实现的被控对象。
2. 控制算法:大林控制算法。
3. 软件设计:主程序、中断程序、A/D 转换程序、大林算法控制程序、D/A 输出程序等。
1.3课题要求1. 模入电路能接受双极性电压输入(-5V~+5V ),模出电路能输出双极性电压(-5V~+5V )。
2. 模入电路用两个通道分别采集被控对象的输出和给定信号。
3. 选择被控对象: T ,e )s .)(s .()s (G s .=++=-τ5015014084. 对象的纯延迟环节s e τ-用软件通过数组单元移位实现。
5. 定时中断间隔选取50ms ,采样周期T 要求既是采样中断间隔的整数倍,又满足(0.21)T τ=-。
6. 闭环系统时间常数T τ按11~23⎛⎫⎪⎝⎭的被控对象最大时间常数选择。
2.大林算法控制系统方案设计2.1控制系统总体介绍+)(r t )(t e D(Z)U(Z)se Ts--1G(S)C(T)-图2.1-1大林算法设计的闭环控制系统方框图大多数工业对象具有较大的纯滞后时间,可以近似用一阶或二阶惯性环节加纯滞后环节来表示,其传递函数为 一阶对象:NT ,e s T K)s G(s =+=-ττ11, 二阶对象:NT ,e )s T )(s T (K)s (G s =++-ττ1121,大林算法的设计目标是使整个闭环系统所期望的传递函数 Φ(s )相当于一个纯滞后环节和一个惯性环节相串联,即NT ,e s T )s (s =+=-ττ11τΦ, 并希望整个闭环系统的纯滞后时间和被控对象的纯滞后时间相同。
其中为闭环系统的时间常数,纯滞后时间与采样周期T 有整数倍关系,(N=1,2﹒﹒﹒﹒)。
2.2控制系统闭环工作原理在本次大林算法控制系统中,系统先进行A/D 采样,将给定值采样值取到单片机内,之后单片机会选择另外一路通道,进行输出值即反馈值的采样。
将输出值采样到单片机内后,在单片机中进行差值E(K )计算,再通过单片机中的算法程序得到输出量U(K ),再经过D/A 变换器,将输出结果作用于被控对象。
经被控对象的输出值又将作为反馈值被采样到单片机内。
3.大林算法控制系统硬件电路设计3.1 A/D采样电路该实验的A/D采样硬件电路如图3-1所示图3-1 A/D采样硬件电路图上图所示的是ADC0809与8051连接的硬件电路图,其中在ADC0809中,IN-6、IN-7分别采样给定信号和反馈信号,A\D转换器的引脚A接单片机的P1^6,用于选择采样通道。
控制计算机的定时器作为基准时钟(初始化为50ms),在第一次启动A/D转换时,此时P1^6=0,选择的IN-6,采样的是给定信号,当采样周期到时,此时P1^6=1,同时在定时器中启动A/D转换,此时采样的是反馈信号,给定信号和反馈信号的采样值分别存储在程序的RK和UK1中。
模数单元采用ADC0809芯片,主要包括多路模拟开关和A/D转换器两部分。
其主要特点为:单电源供电、工作始终CLOCK最高可达1200KH Z、8位分辨率、8个单端模拟输入端(IN0~IN7)、TTL电平兼容等,可以很方便地和微处理器接口。
通过三端地址译码A、B、C多路开关可选通8路模拟输入的任何一路进行A/D变换。
其中IN1~IN5的模拟量输入允许范围:0V~4.98V,对应数字量为00H~FFH,2.5V对应80H;IN6和IN7两路由于接了上拉电阻,所以模拟量输入允许范围:-5V~+4.98V,对应数字量00H~FFH,0V对应80H。
在设计过程中使用的TD-ACC+教学系统中的ADC0809芯片,其输出八位数据线以及CLOCK线已连到控制计算机的数据线及系统应用时钟1MCLK(1MH Z)上。
其它控制线根据实验要求可另外连接(A、B、C、STR、/OE、EOC、IN0~IN7),如图3-1(2)所示。
其中IN6和IN7可以测量-5V~+5V的量,主要是因为加了外部电路。
如图所示,在IN6和IN7的实际输入端其输入范围为0~5V,在外围电路中,采用两个相同电阻分压的方式,因为给了一个5V的电压,当输入端为-5V时,0809的实际输入端为两者相加之和的一半,为0V,在0809采样电压的范围以内。
但将该采样值取进单片机内后,其表示范围为-128~127,对应为0~5V的电压,所以我们需要在程序里将采样值减去128以使采样值与设定值相对应。
因此加了外部电路,0809就可以采集-5~+5V的电压了。
3.2 D/A输出电路数模转换单元采用TLC7528芯片,它是8位、并行、两路、电压型输出模数转换器。
其主要参数如下:转换时间100NS,满量程误差1/2LBS,参考电压-10V~+10V,供电电压+5V~+15V,输入逻辑电平与TTL兼容。
输入数字范围为00H~FFH,80H对应于0V,输出电压为-5V~+4、96V。
在课程设计过程中采用的TD-ACC+教学系统中的TLC7528,其输入数字量得八位数据线、写线和通道选择控制线已经接至控制计算机的总线上。
片选线预留出待实验中连接到相应的I/O片选上,如图3-2。
图3-2 D/A输出电路该芯片TLC7528可以双极性输出,但须在单片机中将D/A的输出值加128后再交给TLC7528芯片进行D/A输出。
3.3给定对象硬件电路设计图3-3 给定对象硬件电路图如图3-3所示,为被控对象的硬件电路的设计图,在本次的课程设计中的被控对象传递函数:T ,e )s .)(s .()s (G s .=++=-τ501501408,其中比例部分由两个运算放大器组合实现,即,第一个运算放大器的积分部分为5010005001.=÷⨯,实现被控对象的第一部分,第二个运算放大器的积分部分为4010002002.=÷⨯,实现被控对象的第二部分。
3.4总硬件图图3-4 总硬件图4.大林算法控制系统算法设计4.1 控制算法的原理实验算法中,用脉冲传递函数近似法求得对应的闭环脉冲传递函数:T ,e )s .)(s .()s (G s .=++=-τ501501408,将代入,并进行Z 变换:[]22125050121150501405025050118111-------------+---=z)e (z e )z c c ()z e )(z e )(e ()z (D ........ 式中 307050401011140501.)e .e .(.c ..=-+=--, 93380504010140501501401502.)e .e .(.e c ..)..(.=-+=--+- 经计算)z .z .)(z .()z .)(z .(.)z (D 211118647013530104153136790128650135210-------+--=, 无振铃时,有,1=z 24081121.z c c =+-)则(,于是 ,)z .z .()z .)(z .(.)z (D 2111864701353013679012865010870--------= 对应的递推公式为).k (e .)k (e .)k (e .)k (u .)k (u .)k (u 2105401654400870286470113530-+--+-+-= 则程序中 ,.kk ,.kk ,.kk 10540265440108700=-==03864702135301===pp ,.pp ,.pp4.2 计算机实现的计算机公式推导在4、1中得到了D(z)的最终表达式,而在本实验中,被控对象为从而可以知道被控对象的时间常数为,增益K=8,根据T τ按11~23⎛⎫⎪⎝⎭最大时间常数取值,取T τ=0.4s 。