实验六 最小拍控制系统
一、实验目的
1．掌握最少拍有纹波系统和最少拍无纹波系统的计算机控制脉冲传函数D （Z ）的设计方法。
2．了解最少拍设计的饱和非线性条件及改进设计。
二、实验仪器与设备
1．TDN —ACS 实验教学系统一台 2．PC 微机一台 3．电阻电容若干
三、实验原理
（一）最小拍有纹波系统
1．原理
见图6—1。R 为输入，C 为输出，计算机对误差E 定时采样按D （Z ）计算输出控 制量U 。图中K=5。
图6—1
针对阶跃输入进行计算机控制算法D （Z ）设计。 2．D（Z）算法
采样周期T=1S ，（Z ）为计算机输入，U （Z ）为输出，有：
3213
3221101)
()
()(???++++++=
=
Z P Z
P Z P Z K Z K Z K K Z E Z U Z D
式中K i 与P i 取值范围：
–0.9999~+0.9999，计算机分别用相邻三个字节存储其BCD 码。最低字节存符号，00H 为正，01H 为负。中间字节存前2位小数，最高字节存末2位小数。例有系数0.1234，则内存为：
地址 内容
2F00H 00H 2F01H 12H 2F02H 34H
程序运行时转换为二进制模2定点小数。注意，D （Z ）中缺项相当于系数为零， 应在相应内存三字节全存入00H 。
系数存储安排如表6—1
表6—1
2F00H 2F0CH 2F01H 2F0DH 2F02H 2F0EH K 0P 12F03H 2F0FH 2F04H 2F10H 2F05H 2F11H K 1P 22F06H 2F12H 2F07H 2F13H 2F08H 2F14H
K 2P 3 2F09H
2F0AH 2F0BH
K 3将D （Z ）式写成差分方程，则有：
3322113322110?????????+++=K K K K K E K K U P U P U P E K E K E K E K U
式中E K ~ E K-3，误差输入；U K ~ U K-3 ，计算机输出。
计算机运算还设有溢出处理，当计算机控制输出超过00H~FFH 时（对应于模拟量-5V~+5V ），则计算机输出相应的极值00H 或FFH ，同时在相应的内存单元也存入极值。 每次计算完控制量，计算机立即输出，并且将各次采入的误差与各次计算输出作延时运算，最后再作一部分下次的输出控制量计算。这样当采入下次误差信号时，可减少运算次数，从而缩短计算机的纯延时时间。
3．模拟连续系统的参数整定
被控对象由模拟电路模拟，因为电路中所接电阻、电容参数有一定误差，所以应 加以整定，可先整定一阶惯性环节，再整定积分器，应使二者串联时尽量接近所给传函的数学模型。
4．接线（如图6—2所示）
8253 2#输出OUT2信号，经单稳整形，正脉冲打开采样保持器的采样开关，负脉冲启动A/D 变换器。
系统误差信号E →U2、IN ；U2、OUT →U12、IN7：采样保持器对系统误差信号进行采样，将采样信号保持并输出给A/D 第7路输入端。
计算溢出显示部分：图6—2虚框内。当计算控制量的结果溢出时，计算机给口B 的PB7输出高电平，只要有一次以上溢出便显示。这部分线路只为观察溢出而设，可以不接，对于控制没有影响。
5．采样周期T
8088微机的8253产生定时信号，定时10ms ，采样周期T 为：
T=T K ×10ms
T K 需事先送入2F60H 单元，取值范围：01H~FFH ，对应的范围：10ms~2550ms 。例如当T=1S ，有：
H S S T T K 6410001
.01
)(01.0====
）（
图6—2
6．实验程序流程：
图6—3
（二） 最小拍无纹波设计 1．实验原理与线路
只是D （Z ）应按无波纹设计，其余同实验六（一）。 2．实验流程图：见图6—3。 3．D（Z）算法
针对斜坡输入按无波纹输出计算
)
5920.01)(1(1651.07302.07650.0)(112
1????+?+?=
Z Z Z Z Z D
K 0= 0.7650 P 1= -0.4080 K 1= -0.7302 P 2= -0.5920 K 2= 0.1651 P 3=0 K 3= 0
饱和设计 )
1(1
)(0+=
S S S G ，所以将实验六（一）图6—2中R1改为250K.
对象改为针对阶跃输入按无纹波设计
1
1114176.01)
3679.01(583.147.015824.05830.1)(????+?=+?=Z
Z Z Z Z D 114560.19575.35.2)5824.0583.1()()()()(???=×?==Z Z Z R Z E Z D Z U
K 0=0.9999 P 1=-0.4176
K 1=-0.3679 P 2=0 K 2=0 P 3=0 K 3=0
四、实验内容与步骤
（一）最小拍有纹波系统
1．按图6—2接线，S 11置阶跃档，S 12置下档，W 12为1V ，调W 11为1S 。先将图6—2
中的U10单元的OUT 断开，A 直接接入U1单元的OUT 端，整定一阶惯性环节参数，
再将B 与B ′断开，将B 接入U1单元的OUT
端，整定积分器参数。整定完二者串接使传函为：
5 G （S ）=
S （S+1）
整定完再按图6—2连好。
2．调W11使U1单元的OUT 端输出为2.5V 的方波，调W12约为6S 。2F60H 存64H 。
3．按要求计算D （E ）各系数，送入内存2F00H~2F14H 单元，具体推导过程见有关计 控书。
4．用示波器观察输入R 波形，在输入R 为零时启动最小拍程序（G=F000：15E6），对照阶跃输出R 观察输出C ，应有以下波形（见图6—4），输出经过一拍后，在采样点上跟踪输入，误差输出为：
5.215
.2)1()()()(1
1=???=Φ=??Z Z Z R Z Z E e
既一拍后进行跟踪，偏差保持为零。 而从控制量的输出
5
43211
1
3897.05435.07580.00571.14744.13590.1717.012.05435.05.2)
()()(????????+?+?=+?×
==Z Z Z Z Z Z Z Z E Z D Z Y 可见，控制量在一拍后并未进入稳态（常数或零），而是在不停地波动，从而使连续部
分的输出在采样点之间存在纹波。
t
图6—4
（二） 最小拍无纹波设计
１． 针对斜坡输入设计实验
（1）调W 11使U 1 SG 单元的OUT 端斜坡输出不超过2.5V ，周期6S 。
（2）将T k =64H 送入2F60H 单元中，2F00H~2F14H 单元分别存入K 0~K 3，P 1~P 3。 （3）用示波器观察输入R 波形，在输入R 为零时启动最小拍程序（G=F000：15E6）， 对照斜坡输入R ，观察输出C 。应观察到，系统输出C 在2拍后既跟踪上输入，并且采样点间无纹波，达到控制的目的。如图6—5所示。
图6—5
2．饱和设计
针对阶跃输入按无纹波设计
（1）调W11使U1 SG单元的OUT端的阶跃信号输出幅值不超过2.5V，调W12 使其为6S。
（2）将T K=64H送入2F60H单元中，2F00H~2F14H单元分别存入K0~K3，P1~P3。
（3）用示波器观察输入R波形，在输入R为零时启动最小拍程序（G=F000：15E6），对照阶跃输入R，观察输出C，应观察到，系统从第二拍起，U（Z）恒为零。因此输出量稳定在稳态值，而不在有纹波了。从控制量输出U（Z）的表达式可看出此时前一拍的值均1，所以输出饱和，可用示波器观察U10单元的OUT端输出。最小拍无纹波设计，除了消除采样点之间的纹波外，还在一定程度上减小了控制能量，降低了对参数的敏感度，但它仍然是针对某一特定输入设计的，对其它输入的适应性仍不好。五、预习要求
１． 对阶跃输入设计计算实验所给控制对象进行最少拍有纹波系统的D（Z）的设计。并求出U K各系数。
２． 对斜坡输入设计计算实验所给控制对象进行最少拍无纹波系统的D（Z）的设计。并求出U K各系数。
3．针对阶跃输入设计计算实验所给控制对象的放大倍数K=1时，最少拍无纹波系统的D（Z）的饱和设计。并求出U K各系数。
4．写出预习报告。
六、思考题
１． 计与实验结果是否相符？为什么？
２． 少拍系统受什么限制而使调整节拍增加？
３． 最少拍无纹波系统输出是否无纹波？为什么？
４． 模拟量为±5V，计算机用定点小数表示，+5V为7FH，—5V为00H。在控制器输出的差分方程中，考虑输出饱和时最大绝对值应设为1还是5？为什么？
七、实验报告要求
1．对实验调试过程加以总结。
2．结果进行分析，是否与理论计算相一致。
3．对实验提出改进。
最少拍控制系统的设计 第24卷第2期昆明理工大学学报 Vol. 24No. 21999年4月JOURNAL OF KUNMIN G UN IV ERSIT Y OF SCIENCE AND TECHNOLO GY Apr. 1999 最少拍控制系统的设计 李红松吕() Ξ摘要. 本文从理论上详细. ; ;Z 变换 TP273 最少拍设计是系统在典型的输入作用下, 设计出数字调节器, 使系统的调节时间最短或者系统在有限个采样周期内结束过渡时期. 最少拍控制实质上是系统以最快速度达到稳态, 系统的性能指标是调节时间最短. 典型输入的Z 变换形式为 R (z ) =-1(1-z -1) m 最少拍控制系统如图1所示, 图中D (Z ) 是数字调节器模型, 由计算机实现. H 0(s ) 是零阶保持器的传递函数. G (S ) 是控制对象的传递函数. 图1 最少拍控制系统 零阶保持器和控制对象离散化以后, 成为广义对象的Z 传递函数HG (Z ) . HG (Z ) =Z[H 0(s ) G (S ) ] 最少拍控制系统的闭环Z 传递函数 G c (z ) =1+D (z ) HG (z ) 最少拍控制系统的误差Z 传递函数 G e (z ) ==1-G c (z ) =R (z ) 1+D (z ) HG (z ) () 则最少拍控制系统的调节器() D (z ) = 或 D (z ) =G e (z ) HG (z ) G e (z ) HG (z ) 控制系统的调节时间也就是系统的误差e (k T ) 达到恒定值或趋于零所需的时间, 根据Ξ收稿日期:1999-01-20
东南大学自动化学院 实验报告 课程名称：计算机控制技术实验 第四次实验 实验名称：最小拍算法研究 院（系）：自动化专业：自动化 姓名：学号： 实验室：实验组别： 同组人员：实验时间：年月日评定成绩：审阅教师：
一、实验目的 1．学习并熟悉最少拍控制器的设计和算法； 2．研究最少拍控制系统输出采样点间纹波的形成； 3．熟悉最少拍无纹波控制系统控制器的设计和实现方法。 二、实验设备 1．THBDC-1型 控制理论·计算机控制技术实验平台 2．PCI-1711数据采集卡一块 3．PC 机1台(安装软件“VC++”及“THJK_Server ”) 三、实验原理 1）最小拍系统 在采样控制系统中，通常把一个采样周期称作一拍。在典型输入信号作用下，经过最少拍，使输出量采样时刻的数值能完全跟踪参考输入量的数值，跟踪误差为零的系统称为最少拍系统。 计算机控制系统的方框图为： 图4-1 最少拍计算机控制原理方框图 根据上述方框图可知，有限拍系统的闭环脉冲传递函数为： ) ()(1) ()()()()(z G z D z G z D z R z C z H += = (4-1) ) ()(11 )()()(1z G z D z R z E z H +== - (4-2) 由(4-1) 、(4-2)解得： ) (1)()(1)(z H z H z G z D -?= （4-3） 首先要使系统的过渡过程在有限拍内结束，显然，这样对系统的闭环脉冲传递函数 )(z H 提出了较为苛刻的要求，即其极点应位于z 平面的坐标原点处。亦即希望系统的脉冲 传递函数为 101() ()k k k F z H z a a z a z z --=+++= （4-4）
火灾自动报警及消防联动控制系统设计说明 1、系统构成： (1)火灾自动报警系统 (2)消防联动控制 (3)火灾应急广播系统 (4)消防直通对讲电话系统 (5)漏电火灾报警系统 (6)大空间智能型灭火装置集中控制系统（消防水炮控制系统） (7)智能消防应急疏散照明指示灯系统 2.系统概况： （1）本工程为一类防火建筑.火灾自动报警的保护等级按特级设置.设控制中心报警系统和消防联动控制系统。 （2）.系统组成:火灾自动报警系统；消防联动控制系统；火灾应急广播系统；消防直通电话对讲系统；漏电火灾报警系统；大空间智能型灭火装置集中控制系统（消防水炮控制系统）；智能消防应急疏散照明指示灯系统。 3.消防控制室: （1）本工程的消防控制室设置在一层西侧，负责本工程全部火灾报警及联动控制系统，设有直接通室外的出口. （2）消防控制室可联动所有与消防有关的设备。 （3）消防控制室的报警联动设备由火灾报警控制主机、联动控制台、CRT显示器、打印机、广播设备、消防直通对讲电话设备、电源设备等组成。 （4）消防控制室可接收感烟、感温、可燃气体等探测器的火灾报警信号及水流指示器、检修阀、压力报警阀、手动报警按钮、消火栓按钮以及消防水炮的动作信号。 （5）消防控制室可显示消防水池、消防水箱水位，显示消防水泵等的电源及运行情况。 4.火灾自动报警系统： （1）本工程采用消防控制室报警控制系统，火灾自动报警系统按四总线设计。 （2）探测器：柴油发电机房、厨房、车库等处设置感温探测器，直燃机房设防爆型可燃气体探测器，其他场所设置感烟探测器。 （3）探测器安装：探测器与灯具的水平净距应大于0.2m；至墙边、梁边或其他遮挡物
题目：最少拍控制系统设计课程：计算机控制技术 专业：控制工程 姓名：韩庆芝 学号：142085210202
摘要 《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，计算机控制技术的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。通过设计，加深对控制算法设计的认识，学会控制算法的实际应用，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。 在数字随动系统中，通常要求系统输出能够快速地、准确地跟踪给定值变化，最小拍控制就是适应这种要求的一种控制策略。 在数字控制系统中，通常把一个采样周期称为一拍。所谓最小拍控制，是指系统在某种典型输入信号（如阶跃信号、速度信号、加速度信号等）作用下，经过最少的采样周期使得系统输出的稳态误差为零。最小拍控制系统也称为最小拍无差系统或最小拍随动系统。显然这种系统对闭环脉冲传递函数的性能要求是快速性和准确性。最小拍控制是一类时间最优控制，系统的性能指标就是要求调节时间最短。
目录 1 课题简介.................................................................................................................................. 错误！未定义书签。 1.1 设计内容 (1) 1.2 设计要求 (1) 2 最少拍控制方案设计 (2) 2.1 最少拍控制器的介绍 (2) 2.2 控制系统框图及闭环工作原理 (2) 3最少拍控制系统硬件电路设计 (3) 3.1 总体硬件电路图 (3) 3.2 输入双极性的实现原理 (4) 3.3 输出双极性的实现原理 (5) 3.4 给定的被控对象的实现 (5) 4 最少拍无纹波系统控制算法设计 (7) 4.1 最少拍无纹波控制的基本原理 (7) 4.2 最小拍无纹波控制的算法实现 (8) 5最小拍无纹波控制软件编程设计 (9) 5.1 主程序及中断程序的思考图及具体流程图 (9) 5.2 重要程序的作用与实现 (9) 6 实验与结果分析 (11) 6.1 仿真结果 (11) 6.2 上机调试结果 (11) 7 小结与体会.............................................................................................................................. 错误！未定义书签。参考文献. (12)
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程设计说明书（论文） 课程名称：自动控制理论课程设计 设计题目：直线一级倒立摆控制器设计 院系：电气学院电气工程系 班级： 设计者： 学号： 指导教师： 设计时间：2016.6.6-2016.6.19 手机： 工业大学教务处
*注：此任务书由课程设计指导教师填写。
直线一级倒立摆控制器设计 摘要：采用牛顿—欧拉方法建立了直线一级倒立摆系统的数学模型。采用MATLAB 分析了系统开环时倒立摆的不稳定性，运用根轨迹法设计了控制器，增加了系统的零极点以保证系统稳定。采用固高科技所提供的控制器程序在MATLAB中进行仿真分析，将电脑与倒立摆连接进行实时控制。在MATLAB中分析了系统的动态响应与稳态指标，检验了自动控制理论的正确性和实用性。 0.引言 摆是进行控制理论研究的典型实验平台，可以分为倒立摆和顺摆。许多抽象的控制理论概念如系统稳定性、可控性和系统抗干扰能力等，都可以通过倒立摆系统实验直观的表现出来，通过倒立摆系统实验来验证我们所学的控制理论和算法，非常的直观、简便，在轻松的实验中对所学课程加深了理解。由于倒立摆系统本身所具有的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合特性，许多现代控制理论的研究人员一直将它视为典型的研究对象，不断从中发掘出新的控制策略和控制方法。 本次课程设计中以一阶倒立摆为被控对象，了解了用古典控制理论设计控制器(如PID控制器)的设计方法和用现代控制理论设计控制器(极点配置)的设计方法，掌握MATLAB仿真软件的使用方法及控制系统的调试方法。 1.系统建模 一级倒立摆系统结构示意图和系统框图如下。其基本的工作过程是光电码盘1采集伺服小车的速度、位移信号并反馈给伺服和运动控制卡，光电码盘2采集摆杆的角度、角速度信号并反馈给运动控制卡，计算机从运动控制卡中读取实时数据，确定控制决策(小车运动方向、移动速度、加速度等)，并由运动控制卡来实现该控制决策，产生相应的控制量，使电机转动，通过皮带带动小车运动从而保持摆杆平衡。 图1 一级倒立摆结构示意图
扬州大学能源与动力工程学院课程设计报告 题目：最少拍控制系统设计 课程：计算机控制技术课程设计 专业：电气工程及其自动化 班级： 姓名： 学号：
第一部分 任 务 书
《计算机控制技术》课程设计任务书 一、课题名称 最少拍控制系统设计 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。 三、课程设计内容 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：最少拍控制。 3. 软件设计：主程序、中断程序、A/D 转换程序、滤波程序、最少拍控制程序、D/A 输出程序等。 四、课程设计要求 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. 每个同学选择不同的被控对象： 5 10 (), ()(1)(0.81) (1)(0.41)G s G s s s s s == ++++ 4 5 (), ()(0.41) (0.81) G s G s s s s s == ++ 5 8 (), ()(1)(0.21) (0.81)(0.21) G s G s s s s s s s == ++++ 5 5 (), ()(0.81)(0.31)(0.81)(0.21)G s G s s s s s == ++++ 4. 设计无纹波最少拍控制器。被控对象有积分环节的按斜坡输入信号设计控制器，否则按阶跃输入信号
目录 第1章引言·1 1.1 可编程控制器的简单介绍··1 1.2 西门子S7-200 的简单介绍··4 1.3 C650卧式车床简述··5 第2章继电接触器控制系统设计·7 2.1 C650卧式车床的控制要求··7 2.2 电气控制线路分析··7 2.3 C650卧式车床电气控制线路的特点··9 第3章C65O普通车床的PLC 设计过程·10 3.1 控制要求··10 3.2 方案说明··10 3.3 确定I/O信号数量，选择PLC的类型··10 3.4 C650普通车床PLC控制系统I/O地址分配表··11 3.5 控制电路设计··11 3.6 PLC控制程序设计··13 3.7 C650普通车床控制系统PLC控制程序语句表··15 3.8 系统调试··18 结论·19
设计总结·20谢辞·21 参考文献·22
第1章引言 本设计主要针对C650普通车床进行电气控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电路及PLC硬件配置电路。 1.1 可编程控制器的简单介绍 1.1.1 PLC的工作原理 PLC 英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种机械或生产过程。 PLC采用循环扫描的工作方式，即顺序扫描，不断循环这种工作方式是在系统软件控制下进行的。当PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编写好并存于用户存储器中的程序，按序号作周期性的程序循环扫描，程序从第一条指令开始，逐条顺序执行用户的程序直到程序结束。然后重新返回第一条指令，再开始下一次扫描；如此周而复始。实际上，PLC扫描工作除了执行用户程序外，还要完成其他工作，整个工作过程分为自 诊 断、通讯服务、输入处理、输出处理、程序执行五个阶段。 1.1.2 可编程序控制器的组成 可编程序控制器硬件由中央处理器、电源、输出组件、输入组件、输入输出、编程器六部分构成: 中央处理器（Central Processor Unit 简称CPU）：它是可编程序控制器的心脏部分。CPU 由微处理器（Microproce-ssor）存储实际控制逻辑的程序存储器和存储数据、变量的数据储器构成。 电源（Power Supply）：给中央处理器提供必需的工作电源。 输入组件（Inputs）：输入组件的功能是将操作开关和现场信号送给中央处理器。现场信号可能是开关量、模拟量或针对某一特定目的使用的特殊变量。 输出组件（Outputs）：输出组件接收CPU 的控制信号，并把它转换成电压或电流等现场执行机构所能接收的信号后，传送控制命令给现场设备的执行器。 输入输出（简称I/O）是可编程序控制器的“手”和“脚”或者叫作系统的“眼睛”
能源与动力工程学院课程设计报告 题目：最少拍控制系统设计 课程：计算机控制技术课程设计专业： 班级： 姓名： 学号：
《计算机控制技术》课程设计任务书 一、 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。 《计算机控制技术》是一门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整定工作打下基础。 二、 课程设计内容 设计以89C51单片机、ADC 、DAC 等电路和运放电路组成的被控对象构成的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ADC0809和模出电路DAC0832；由运放构成的被控对象。 2. 控制算法：最少拍控制、PID 。 3. 软件设计：主程序、定时中断程序、A/D 转换程序、滤波程序、D/A 输出程序、最少拍控制程序等。 三、 课程设计要求 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. 被控对象每个同学选择不同： 5 10 (), ()(1)(0.81)(1)(0.41)G s G s s s s s = = ++++ 4 5 (), ()(0.41) (0.81)G s G s s s s s = = ++ 5 8 (), ()(1)(0.21) (0.81)(0.21) G s G s s s s s s s = = ++++ 5 5 (), ()(0.81)(0.31) (0.81)(0.21)G s G s s s s s = = ++++ 3. 设计无纹波最少拍控制器。被控对象有积分环节的按斜坡输入信号设计控制器，否则按阶跃输入信号设计控制器。
课程设计（论文） 题目：抢答器PLC控制系统设计 学院：机电工程学院 专业班级：09级机械工程及自动化03班 指导教师：肖渊职称：副教授 学生姓名：王帅 学号： 40902010317
目录 第1章概述 (1) 1.1 PLC的发展 (1) 1.2 PLC的应用 (2) 第2章抢答器系统的总体设计 (3) 2.1 抢答器电气控制系统设计要求 (3) 2.2 抢答器系统组成 (3) 2.3抢答器的流程图 (4) 第3章硬件系统设计 (5) 3.1 硬件接线图 (5) 3.2 Ｉ/Ｏ端子分配表 (6) 3.3 七段显示管的设计 (6) 第4章软件系统的设计 (8) 4.1 程序指令 (8) 4.2 工作过程分析 (11) 第5章总结 (13) 参考文献 (14) 附录一 (14)
第1章概述 可编程控制器（PLC）是一种新型的通用自动化控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，具有控制功能强，可靠性高，使用灵活方便，易于扩展等优点而应用越来越广泛。可编程控制器(Programmable Logic Controller)即PLC。现已广泛应用于工业控制的各个领域。他以微处理为核心，用编写的程序不仅可以进行逻辑控制，还可以定时，计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。美国电气制造商协会经过4年调查，与1980年将其正式命名为可编程控制器（Programmable Controller），简写为PC。后来由于PC这个名称常常被用来称呼个人电脑（Personal Computer），为了区别，现在也把可编程控制器称为PLC。 1.1 PLC的发展 20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。 20世纪70年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。 20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。 20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。
电梯控制系统设计设计说明
第 1 页共 3 页 编号： 毕业设计说明书 题目：电梯控制系统设计 院（系）：电子工程与自动化学院 专业：电子信息科学与技术专业 学生姓名： 学号：0900840218 指导教师：李莉 职称：讲师 题目类型：理论研究实验研究工程设计√软件开发 2013年5月20日
第 3 页共 39 页 摘要 本设计主要利用AT89S52单片机，实现电梯控制系统的设计。单片机与电机驱动电路的结合完成了电梯基本的升降、楼层停靠、方向选择、时间控制等基本功能，研究并实现了在上位机的模式下通过LABVIEW的远程监测的方法，完成了系统样机的设计与制作。 本设计参照了通用电梯的设计标准，有良好的操作界面和通用的外部接口，具有人性化设计，实现较好的外设兼容性。同时在系统样机中完成的其它设计研究还包括，利用LED和蜂鸣器组成的简单电路实现电梯意外声光报警、利用数码管实现电梯楼层显示，利用4x4矩阵键盘实现电梯楼层按键选择，利用LED实现目的楼层的指示，利用MAX232串口电路实现串口通信，来监测电梯实时状态。样机使用的主要器件包括低功耗、高性能的AT89S52单片机，低功耗、低成本、低电压的MAX232，双全桥电机专用驱动芯片L298，共阴极八段数码管，4x4矩阵键盘等，通过比较合理的设计使样机系统基本达到了任务要求，并具有很高的性价比，硬件设计简单可靠。软件部分使用keil软件进行C语言程序编写，用proteus 7软件进行仿真调试。本设计中综合使用了数字电路、模拟电路、高频电路、单片机及编程、硬件逻辑描述、LABVIEW及其应用以及计算机辅助设计（CAD）等多方面的知识，软硬件结合，很好地完成了本科毕业设计任务要求并取得了良好的学习效果。 关键词：AT89C52；单片机；电梯控制系统； C语言
实验三：最小拍控制系统 一、实验目的： 1．建立计算机最小拍控制系统的一般概念； 2．掌握有纹波最小拍控制器的设计方法 3．观察无纹波最小拍控制器的设计方法； 4．了解最小拍控制器的优缺点； 5．掌握最小拍控制系统的改进方法。 二、实验内容： 图1 采样周期为T=0.1s 1.针对图一所示的计算机控制系统,考虑输入为单位速度信号时，进行计算机 控制算法D(Z)设计，编程实现最小拍有纹波系统； num=[5]; den=[1,1,5]; Gs=tf(num,den) Gz=c2d(Gs,0.1,'zoh') [num1,den1]=c2dm(num,den,1,'zoh') tf2zpk(den1) 运行结果：
Transfer function: 5 ----------- s^2 + s + 5 Transfer function: 0.02409 z + 0.0233 ---------------------- z^2 - 1.857 z + 0.9048 Sampling time: 0.1 num1 = 0 1.2326 0.8288 den1 = 1.0000 0.6936 0.3679 ans = -0.3468 + 0.4976i -0.3468 - 0.4976i
2.讨论纹波的生成原因，编程实现最小拍有纹波系统；Ts=0.1;Q=2; a=0.5; num=[5]; den=[1,1,5]; Gs=tf(num,den) Gz=c2d(Gs,0.1,'zoh') z1=tf([1],[1,0],0.1); Qz=1.267*z1*(1+0.9669*z1)*(1-0.598*z1)/(1-a*z1); Qe=1-Qz; Dz=Qz/[Qe*Gz]; Qz1=minreal(Dz*Gz/(1+Dz*Gz)); t=0:0.1:Q;u=t;plot(0:0.1:Q,u,'r*'); hold on yt=lsim(Qz1,u,t,0); plot(0:0.1:Q,yt);
目录 第１章绪论............................................................................................... - 1 - 第2章设计方案........................................................................................ - 2 - 2.1 方案举例......................................................................................... - 2 - 2.2 方案比较......................................................................................... - 3 - 2.3 方案确定......................................................................................... - 3 - 第3章硬件设计........................................................................................ - 4 - 3.1 控制系统......................................................................................... - 4 - 3.1.1 AT89C51单片机 ..................................................................... - 4 - 3.1.2 AT89C51的信号引脚............................................................... - 6 - 3.1.3 单片机最小系统 ....................................................................... - 7 - 3.2 感应系统......................................................................................... - 8 - 3.3 指示系统......................................................................................... - 9 - 3.4 液位控制系统................................................................................. - 10 - 3.5 电机与报警系统.............................................................................. - 11 - 第4章软件设计...................................................................................... - 14 - 4.1 延时子程序.................................................................................... - 14 - 4.2 感应系统程序................................................................................. - 14 - 4.3 指示系统程序................................................................................. - 15 - 4.4 电机和警报系统程序 ....................................................................... - 16 - 4.5 液位预选系统程序 .......................................................................... - 16 - 4.6 系统主流程图................................................................................. - 19 - 第5章系统测试...................................................................................... - 21 - 5.1 仿真测试过程................................................................................. - 22 - 5.2 仿真结果....................................................................................... - 24 -总结...................................................................................................... - 25 - 致谢...................................................................................................... - 26 - 参考文献................................................................................................... - 25 -附录1 系统仿真电路 ................................................................................ - 28 - 附录2 源程序.......................................................................................... - 29 -
重庆邮电大学 自动化学院 计算机控制实验报告 学院：自动化 学生姓名：魏波 专业：电气工程与自动化班级：0830903 学号：2009212715
最小拍控制系统 一、实验目的 1、掌握最小拍有纹波控制系统的设计方法。 2、掌握最小拍无纹波控制系统的设计方法。 二、实验设备 PC机一台，TD-+ ACC实验系统一套，i386EX系统板一块 三、实验原理及内容 典型的最小拍控制系统如图其中D(Z)为数字调节器，G(Z)为包括零阶保持器在内的广义对象的Z传递函数，Φ(Z)为闭环Z传递函数，C(Z)为输出信号的Z传递函数，R(Z)为输入信号的Z传递函数。R为输入，C为输出，计算机对误差E定时采样按D(Z)计算输出控制量U(Z)。图中K=5。 闭环Z传递函数
1、最小拍有纹波系统设计
2、最小拍无纹波设计 有纹波系统虽然在采样点上的误差为零，但不能保证采样点之间的误差值为零，因此存在有纹波现象。无纹波系统设计只要使U（Z）是1 Z的有限多项式，则可以保证系统输出无纹波。 四、实验线路图
(2)D(Z)算法 采样周期T=1S ，E(Z)为计算机输入，U(Z)为输出，有： D(Z)=) Z (E ) Z (U = 3 322113322110Z P Z P Z P 1Z K Z K Z K K ------++++++ 式中Ki 与Pi 取值范围：-0.9999～0.9999，计算机分别用相邻三个字节存储其BCD 码。最低字节符号，00H 为正，01H 为负。中间字节存前2位小数，最高字节存末2位小数。例有系数0.1234，则内存为： 地址 内容 2F00H 00H 2F01H 12H 2F02H 34H 系数存储安排如表5—1。 表5—1 0101H 010DH 0102H K 0 010EH P 1 0103H 010FH 0104H 0110H
计算机控制技术实验 —基于Matlab 的最小拍控制系统设计 学院:信息科学与工程学院 班级:自动化131 姓名: 金磊 学号:3130405012 日期:2016/10/11
一. 实验目的 学习使用 Matlab 设计最少拍系统的方法。 二. 实验器材 x86 系列兼容型计算机，Matlab 软件。 三. 实验原理 1. 数字PID 系统设计 建立所示的数字PID 系统控制模型并进行系统仿真，已知： ) 2)(1(10 )(++=s s s G P ,采样周期T=0.1s 。 2. 最少拍系统仿真 最少拍设计，是指系统在典型输入信号（如阶跃信号、速度信号、加速度信号等）作用下，经过最少拍（有限拍）使系统输出的系统稳态误差为零。因此，最少拍控制系统也称最少拍无差系统或最少拍随动系统，它实质上是时间最优控制系统，系统的性能指标就是系统调节时间最短或尽可能短，即对闭环Z 传递函数要求快速性和准确性。下面以一个具体实例介绍最少拍系统的设计和仿真。 考虑图中所示的采样数字控制系统，被控对象的脉冲传递函数为 ) 1(10 )(+= s s s G P
最少拍采样数字控制系统 设采样周期T=1s ，首先求取广义被控对象的脉冲传递函数： 广义被控对象 我们知道，最少拍系统是按照指定的输入形式设计的，输入形式不同，数字控制器也不同。因此，对三种不同的输入信号分别进行考虑： (1)单位阶跃信号： 计算可得到最少拍数字控制器为 检验误差序列： 从E(z)看出，按单位速度输入设计的系统，当k 大于等于2之后，即二拍之后，误差e （k ）=0，满足题目要求。 (2)单位速度信号： 原理同上，我们可以得到： ) 718.01)(1()3679.01)(5.01(5434.0))(1)(() ()(1 11 1 z z z z z z G z Z D ----+---=-=φφ 检验误差： z z R z z E 1 )())(1()(-=-=φ 从 E ( z ) 看出，按单位速度输入设计的系统，当 k ≥ 2 之后，即二拍之 后，误差 e (k ) = 0 ，满足题目要求。 (3)单位加速度信号： 可知，按加速度输入信号设计的系统当k 大于等于3，即三拍之后，误差e （k ）=0。 将所得结果分别用Matlab 中的Simulink 工具箱进行仿真，并将输入、输
电气工程学院课程设计说明书电气控制与PLC 设计题目：铸造机控制系统设计 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 教师职称：
电气工程学院《课程设计》任务书课程名称：电气控制与PLC 基层教学单位：指导教师： 学号学生姓名（专业）班级设计题目铸造机控制系统设计(70起评） 设计技术参数1.设计内容见附页（33） 2.使用组态王实现上位控制 3.公共实践（四层电梯） 4.公共实践（邮件分拣）（选作） 5.查阅资料（变频器） 设计要求 采用PLC进行设计。画出系统图，采用梯形图编程，并给出相应的组态控制工程（附主画面）。结合公共实践部分，完成设计说明书。 参考资料“电气控制”类图书及论文资料“可编程控制器”类图书及论文资料 周次20周应 完成内容分析设计要求、查资料、确定方案，设计梯形图、设计上位组态撰写课程设计说明书，答辩 指导教师签字基层教学单位主任签字 说明：1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。 2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。 电气工程学院教务科
摘要 本课题介绍的是铸造机的PLC电控系统，电气采用日本三菱FX2N型课编程序控制器（PLC）进行控制设计，其目的是提高系统运行的可靠性和自动化程度，减轻操作工人的劳动强度和电气维修工人的工作量及维护时间，以提高产品的质量和劳动生产率。 近年来，随着可编程控制器（PLC)应用技术的发展，其在工业生产中的应用也越来广泛；根据工业现场的需要和PLC自身的特点，可编程控制器在工业生产中也被广泛采用，使工业控制变得更为灵活、方便，也使得生产效率大大提高。 在工程生产领域，我们也运用到了PLC，例如，在压铸机上我们运用它帮助我们完成了多个人的工作，实现了压铸机的智能化控制，从而降低了生产成本，提高了劳动效率。在工业上应用PLC是我们以后发展的必然方向，它将成为代替原始机械控制的有效控制装置。在工业生产中采用可编程控制器PLC，可利用其硬件和软件上采取的一系列抗干扰措施，使它可以直接安装于工业现场而稳定可靠地工作。 本小组进行了分工合作，分工情况如下：邢永跃，朱恩多和王延强负责主程序的编写，材料整理和说明书的编写；卢小召和张天亮负责学习并使用组态王完成操作过程的复现；我负责硬件的制作和调试。
计算机过程控制系统课程设计最小拍控制系统设计 学校：武昌理工学院 院系：信息工程学院自动化系 班级： 姓名： 学号： 时间：
目录 1. 课程设计任务书 (4) 1.1设计准备 (4) 1.2设计题目 (4) 1.3设计任务 (4) 1.4设计技术参数 (4) 1.5设计内容 (5) 1.6应完成的技术文件 (5) 1.7设计时间 (5) 1.8参考资料 (5) 2．课程设计说明书 (6) 2.1综述 (6) 2.2 被控对象稳定且不包含纯滞后环节的最少拍控制器设计 (6) 3. 设计计算书 (10) 3.1 广义脉冲传递函数的求取 (10) 3.2最小拍控制器的设计 (10) 3.2.1单位阶跃信号 (10) 3.2.2单位速度信号 (11) 4最小拍控制的simulink仿真模型 (12) 4.1单位阶跃信号的simulink仿真模型 (12) 4.2单位速度信号的simulink仿真模型 (13)
4.3仿真模型结果分析 (15)
1. 课程设计任务书 1.1设计准备 本课程设计涉及：自动控制原理，计算机控制系统 1.2设计题目 最小拍控制系统设计 1.3设计任务 采用零阶保持器的单位反馈离散系统，被控对象为2()(1)(2) p G s s s =++，如下图所示，其中0()H s 为零阶保持器，()p G s 为被控对象，()D z 即为待设计的最少拍控制器。设计实现最小拍控制的simulink 仿真模型，要求按照单位阶跃输入和单位速度输入设计最小拍控制器，观察其输出曲线，分析最小拍控制器设计的特点。 最少拍系统框图 1.4设计技术参数 1) 采样周期T 设置为1s 。 2) 零阶保持器01()Ts e H s s -=。 3) 本文所指最少拍系统设计，是指系统在典型输入信号(如阶跃信号，速度信号，加速度信号等)作用下，经过最少拍(有限拍)，使系统输出的稳态误
《计算机控制》课程设计报告 题目：最小拍控制设计 姓名： 学号： 7月4日
《计算机控制》课程设计任务书 指引教师签字：系（教研室）主任签字： 6 月2 7 日
一、题目分析 依照题目规定，设单位反馈线性定常离散系统持续某些和零阶保持器传递函 T=0.1s，设计数字控制器 二、设计最小拍控制器 1、控制系统总体简介 最小拍闭环控制系统涉及给定值，输出值，D/A转换环节，数字控制器，被控对象，零阶保持器等环节。 在数字随动控制系统中，规定系统输出值尽快地跟踪给定值变化，至少拍控制就是为满足这一规定一种离散化设计办法。所谓至少拍控制，就是规定闭环系统对于某种特定输入在至少个采样周期内达到无静差稳态，且闭环脉冲传递函数具备如下形式： 式中N是在也许状况下最小正整数。这一形式表白闭环系统脉冲响应在N个采样周期后变为0，从而意味着系统在N拍之内达到稳态。 2、控制系统框图及闭环工作原理 图1 控制系统框图 最小拍双通道采样闭环系统框图如图1所示，在该系统中对给定值r(t)进行
D/A 转换采样，得到离散化r(z),并且对输出值c(t)也进行D/A 转换，得到c(z)，然后计算有e(k ）=c(k)-r(z)。D(z)为计算机控制系统脉冲传递函数，U(z)为输出控制量，然后通过A/D 转换后得到模仿控制量U(t)对包括零阶保持器被控量进行控值进而达到规定最小拍控制目。 3、至少拍无纹波系统控制算法设计 （1 matlab ，z 变换程序为 np=[0 0 10]; dp=[1 1 0]; hs=tf ( np ， dp); hz=c2d(hs,0.1) 成果为 Transfer function: 0.04837 z + 0.04679 ---------------------------------- z^2 – 1.905 z + 0.9048 Sampling time:0.1 seconds 即 （2）无波纹最小拍控制器D （z ） 依照G(z)，对象有一种纯迟后因子v=1, 两个极点，输 ，m=2，则闭环脉冲传递函数10 ()(1) p G s s s = +
******************* 实践教学 ******************* 兰州理工大学 计算机与通信学院 2012年秋季学期 操作系统原理课程设计 题目：进程的控制系统 专业班级：软件工程（1）班 姓名：锋 学号：10240506 指导教师：朱红蕾 成绩：
目录 摘要 (1) 正文 (2) 1. 设计思想 (2) 2. 相关的各模块的伪码算法 (2) 3. 函数的调用关系 (8) 4. 测试结果 (9) 总结 (12) 参考文献 (13) 致谢 (14)
摘要 进程是一个可并发执行的具有独立功能的程序关于某个数据集合的一次执行过程，也是操作系统进行分配和保护的基本单位。进程的组成之一是PCB，它是进程控制块，是系统为描述进程而设计的一种数据结构。 进程由创建而产生，由调度而执行，由撤销而消亡的生命周期，因此操作系统要有对进程生命周期的各个环节进行控制的的功能，所谓进程控制，是指系统使用一些具有特定功能的程序段来创建进程、撤销进程以及完成进程各状态间的转换。 进程的控制包括：创建进程、撤销进程、阻塞进程、唤醒进程、激活进程等,这些控制和管理功能是由操作系统中的原语来实现的，而进程控制原语是对进程生命周期控制和进程状态转换的原语，基于进程的基本状态，他们是创建进程原语、撤销进程原语、阻塞进程原语和唤醒进程原语。原语是在管态下执行、完成系统特定功能的过程。系统对进程的控制若不使用原语，就会造成其状态的不确定性，从而达不到进程控制目的。原语的一种实现方法是系统调用方式，采用访管指令实现，原语在使用中不可中断。 现在操作系统设计中，操作系统内核是基于硬件的第一次软件扩充，它为操作系统的进程控制及管理提供了良好环境，而进程的控制及调度体现了操作系统的运行速度及运行频率，所以说进程控制在靠近硬件的软件层次中占据着重要地位。 关键词: 进程、控制、原语