过程控制系统与仪表pdf_计算机控制技术课程设计之炉温

目 录

一课程设计内容任务 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 3

二对课设任务的解读 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 3

三系统结构模型框图 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 3

四各部分程序流程图 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 4

五数字控制器设计,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 5

六系统仿真 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 6

七抗干扰性分析 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 11

八硬件设计 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 13

九系统设计硬件元素选型,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 14

十心得体会 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 16十一参考文献

,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 16

附 硬件设计图

一、课程设计内容任务

1、 针对一个具有大纯时延时间的一阶惯性环节(G(s=K*e- θ s/(Ts+1温度控制

系统和给定 的系统性能指标 , (工程要求相角裕度为 30~60,幅值裕度 >6dB;要求测量范围 -50℃~ 200℃ ,测量精度 0.5%,分辨率 0.2℃ ;

2、书面设计一个计算机控制系统的硬件布线连接图,并转化为系统结构图 ;

3、选择一种控制算法并借助软件工程知识编写程序流程图;

4、用 MATLAB 和 SIMULINK进行仿真分析和验证 ;

K=10*log(C*C- sqrt(C,rand(‘ state ’ ,C,T=rand(1,或T/2, Cθ为=0学号的后 3 位数 ,

如 :C=325, K=115.7, T=0.9824,θ或=0.4912;

5、进行可靠性和抗干扰性的分析;

6、书写设计体会和心得。

二、对课设任务的理解和分析

1、该任务是针对一个特定的控制对象进行可靠性和稳定性控制 ,选取实际生活中常见的 温度 为控制对象 ;

2、该任务只需要一个控制对象 ,进行可靠性和抗干扰性分析时设定 随机干扰量 , 观察仿真 图形和性能 ,故可以选取 简单回路控制系统模型 进行设计 ;

3、硬件设计过程采取分步设计 ,由局部到整体 ,主要有温度检测模块、输入通道部分、输 出通道部分、接口扩展部分、晶振和复位电路模块、调压触发电路、数

码管显示等 ; 4、 取 θ= T/2,大纯时延系统的控制算法有多种 ,根据其特定性能 ,本设计在 PID 算法和 达林算法之间权衡之后做出选择 ,最终采用 达林控制算法 来实现系统控制 ,取期望闭环 传递函数 H(s,求解出数字控制器 D(z 及其差分方程 ;

5、编写程序流程图 ,采取正确的思路和方法 ,包括主程序流程图、 8155 初始化、滤波、键 盘输入、达林算法、延时等 ;

6、仿真分析和验证过程采用 MATLAB 和 SIMULINK 实现 ,主要针对仿真性能调节系统参数 , 并结合 典型输入信号的随机干扰 进行可靠性、稳定性和抗干扰性分析。

三、系统结构模型

本系统采用简单回路计算机控制系统,其输入为温度设定值 ,输出为调节控制信

号 ,整 个系统由以下图所示各部分组成。

1、 如下图所示为简单回路计算机控制系统框图 , 由输入设定值与系统输出值的偏差传递到 数字控制器 ,并产生控制信号 ,针对本设计所假定的特定控制对象温度进行循环重复式 的校正和调节。

2、如下图所示为本设计计算机控制系统的硬件结构框图 (简单回路计算机控制系统的结构 图 ,主要由模拟输入通道和模拟输出通道组成 ,通过该回路对控制对象不断的调整 ,指导 满足系统要求及各项性能指标。

四、各部分程序流程图

由于要使用计算机作为控制设备 , 要对温控对象实现较好的控制 , 使其满足较好的性能 指标 ,故本设计采取程序主要包括如下部分 :

主程序

T1 中断程序

采样中断程序

达林算法程序等

各程序流程如下图所示 :

1、主程序

主程序主要是对电路进行初始化,并且开相关的中断 ,使到设备对温度进行采

样、控

3、达林算法控制程序计算数字控制器的控制信号, 每次读取 e (k ,然后计算出

参数 , 输出控制序列 u (k ,

然后变换 e (k -1 、 e (k -2 , u (k -1 , u (k -2 , 为下一次计算作准备。

达林算法程序流程图 :

4、采样程序

用于对温度进行采样 , 对采样温度值的处理用了连续 N 次, 再取平均的方法得到最后的平均 采样温度值。 在开始时 , 对采样设备进行初始化 , 设定采样次数以及计算次数 , 然后结束后 , 计算出平均值 ,进行 A/D 转换 ,并输送给处理器。

采样程序流程图

五、数字控制器设计