最少拍控制系统
（Simulink 仿真实验）
1. 实验目的与要求
（1） 掌握最少拍有纹波、无纹波系统的设计方法； （2） 学会对最少拍控制系统的分析方法；
（3） 了解输入信号对最少拍控制系统的影响及其改进措施。 2．实验设备
（1）硬件环境
微型计算机一台，Pentium4以上各类微机 （2）软件平台
操作系统：Windows2000 MATLAB6.0仿真软件 3．实验原理
最少拍控制是一种直接数字设计方法。所谓最少拍，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，是系统输出值尽快地跟踪期望值的变化。它的闭环Z 传函具有形式
z
z
z
z N
N
---+++=Φφ
φ
φΛ2
2
1
)(1
在这里，N 是可能情况下的最小整数。这一传函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。其控制原理如图1-1：
)
(z Φ)
(z G )
(z Y )
(s Y )
(s R )
(z R ()
e s )
(z E )
(z U +
_
)
(s G )
(z D h0()G s )
(0s G T
T
T
T
图1-1 最少拍系统控制原理图
(1) 输入信号为单位阶跃信号； (2) 被控对象为：
)
252.1(1
.2)(2
0+=
s s s
G ；
(3) 采样周期T=1s 。
4．实验内容与步骤
（1）按系统要求计算D(Z)为有纹波控制器和无纹波控制器；
（2）按照系统原理图，在Simulink 下构造系统结构图模型；取输入信号为单位阶跃信号和单位速度信号，设计控制器，观察输入输出波形，标明参数，打印结果； （3）观察系统输出波形在采样点以外的波形。 （4）比较有纹波与无纹波系统的区别，分析其原因。 5．思考与分析
（1）最少拍受什么限制而使调整节拍增加？ （2）无纹波系统对控制器有何要求？
（3）分析不同输入信号对最少拍控制系统的影响。
6．实验结果
Zero
-Pole
2.1s (s+1.252)2Zero -Order Hold
Step
Scope 1
Scope
signal
signal
Discrete Zero -Pole
(z-1)(z-0.286)(z+0.2)(z+0.735)
图1-2 单位阶跃输入下最少拍有纹波控制系统仿真结构模型
图1-3 最少拍有纹波控制——控制器输出
图1-4 最少拍有纹波控制——系统输出
图1-2 单位阶跃输入下最少拍无纹波控制系统仿真结构模型
图1-6 最少拍无纹波控制——控制器输出
图1-7 最少拍无纹波控制——系统输出
7．思考与分析
（1）最少拍受什么限制而使调整节拍增加？
答：最少拍受输入函数R（Z）的阶数限制，阶数越高，调整时间越长。
（2）无纹波系统对控制器有何要求？
答：被控对象G(S)有足够的积分环节；D(Z)必须包含G(Z)中的圆内圆外的全部零点N(Z)；最少拍无纹波控制器确定被控对象方法。
（3）分析不同输入信号对最少拍控制系统的影响。
答：输入信号阶数越高，调整时间越长。
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）
第一章引言 1.1 课题背景 在现代工业现场，随着科技的进步和自动化发展，温、湿度监测系统在某些行业中要求越来越高，特别是在大中型仓库管理系统中，由于温湿度过高或过低引起的仓库储藏物本身的水分过高或连续的高湿天气将导致储藏物新陈代谢加快而放出热量，放热引起的温升又是代谢进一步加剧以至发霉变质，因此仓库必须重视对空气温湿度精确的而又方便的实时监测，长期以来，由于受经济条件限制，我国仓库环境较差，而且管理落后。 仓库管理的重点之一就是要合理布置测温点，经常检查温度变化，以便及时发现储藏物发热点，减少损失。然而，堆积物的热传递又是那样的缓慢，使人感知极差，需要管理人员经常进入闷热、呛人的仓库内观察温、湿度，不断进行翻仓、加湿、通风和降温设备来控制温湿度，这样不但控制精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度大。这种繁重的体力劳动，不仅对人体有极大的伤害，而且不科学、不及时。所以，仓库储藏物虫蛀、霉变的情况时有发生。 我国的储藏物现均集中存放在地方或国家的仓库中。按照国家储藏物保护法，必须定期抽样检查粮食的温、湿度，以确保储藏质量。这就迫切需要温湿度监控系统来控制仓库。 本课题即以上述问题为出发点，设计仓库温、湿度监控系统，该系统不仅能采集仓库内的温、湿度值，而且能够迅速做出相应的处理，并将数据及处理结果显示给用户，并储存数据以方便以后的对比研究。 1.2 仓库温、湿度控制技术的国内外研究状况 近年来，由于超大规模集成电路技术、网络通信技术和计算机技术的发展，是监控系统在工农业生产等领域得到广泛引用，因此，仓库温、湿度监控技术的研究在软、硬件等方面都得到了一定的发展。 1.2.1 硬件技术 早期仓库温湿度检测主要采用温度计量算法，它是将温度计放入特定的插杆中，根据经验插入仓库的多个测温点，工作人员定期拔出读数，决定采取相应的措施。这种方法由于温度计精度、人工读数的人为因素等原因，温度检测不仅速度慢而且精度低，抽样不彻底，局部粮食温度过高不易被及时发现，局部粮食发霉变质引起大面积坏掉的情况时有发生。 随着科技的发展，温、湿度检测系统有了很大的改善和提高，系统在布线上采用矩阵式布线技术，简化了数据采集部分的线路；在传感器方面应用了热电偶、半导体等器件；在数据传输方面减少了传输线的根数，采用串行传输方式，他可对仓库的各个测试点进
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)
第六届大学生电子设计竞赛初赛房间温湿度控制系统 参赛学院：电气与信息工程学院 指导老师： 参赛队员及学号：任吉龙 2011302516 项敏剑 2011302523 钱调整 2011302518
目录 摘要 (1) 引言 (2) 一、方案设计 (2) 二、方案选择 (2) 2.1传感器选择方案 (2) 2.2显示器选择方案 (3) 2.3 单片机主芯片选择方案 (3) 三、详细说明及参数计算 (4) 3.1 硬件部分 (4) 3.1.1硬件设计 (5) 3.1.2控制系统 (5) 3.1.3测量部分 (6) 3.1.4显示部分 (8) 3.1.5控制部分 (10) 3.2 软件部分 (11) 四、其它功能拓展 (12) 4.1 房间灯光控制和调整 (12) 4.2 室内空气净化控制 (13) 4.3 其它拓展 (13) 五、结论 (13) 六、附件 (14)
房间温湿度控制系统（E题） 摘要 本设计为基于单片机的温湿度检测控制系统，采用模块化、层次化设计。用新型的智能温湿度传感器DHT11，主要实现对温度、湿度的控制，将温度湿度信号通过传感器进行信号的采集并转换成数字信号，再运用单片机STC89C52进行数据的分析和处理，为显示提供信号，显示部分采用字符型LCD1602液晶显示器显示所测温度和湿度值，控制部分采用加湿设备、除湿设备、加温设备、降温设备控制温湿度的高低。 关键词温湿度 DHT11 单片机 STC89C52 控制
引言 温湿度与人类的生活有着密切的关系。室内的温度、湿度不但对人体健康有影响，而且对物品的存放也有影响。室内温度、湿度过高，会使衣服发霉、虫蛀，各种食品发霉变质。因此，应该经常注意调整，使室内保持适宜的温度和湿度。 因此我们需要一种造价低廉、使用方便且计算精确的温湿度控制仪器。利用单片机对温、湿度控制，具有控温、湿精度高、功能强、体积小、价格低，简单灵活等优点。我们可以通过基于单片机的温湿度检测控制系统，采用模块化、层次化设计。用新型的智能温湿度传感器，主要实现对温度、湿度的控制，将温度湿度信号通过传感器进行信号的采集并转换成数字信号，再运用单片机进行数据的分析和处理，为显示提供信号，显示部分采用液晶显示器显示所测温度和湿度值，控制部分采用加湿设备、除湿设备、加温设备、降温设备控制温湿度的高低。本设计思路要求系统电路简单、集成度高、工作稳定、调试方便、检测精度高，具有一定的实用价值。 一、方案设计 设计思路 设计控制器使用单片机STC89C52，数字温湿度传感器使用DHT11，用LCD1602液晶屏实现温湿度显示,用加湿设备、除湿设备、加温设备、降温设备控制温湿度的高低，所以本设计能满足设计任务要求。基于单片机控制的数字温湿度控制系统，本系统属于多功能温湿度计，可以设置上下报警温湿度，当温湿度不在设置范围内时，可以报警并且进行控制。 二、方案选择 2.1传感器选择方案 方案一：选用DS18B20温度传感器作为温度检测模块。DS18B20是一线式数字温度传感器。具有独特的单线式接口方式。测量范围在—55℃~125℃，—10℃~85℃，误差范围在-\+0.5℃。最高精度可达0.0625℃。 HS1101是电容式湿度传感器。可测量相对湿度范围在0%~100%RH。误差为-\+2%RH。 方案二：选用DHT11作为设计的温湿度检测模块。DHT11是一款集成型的数字温湿度一体传感器。
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
1 前言 温度和湿度的检测和控制是许多行业的重要工作之一，不论是货品仓库、生产车间，都需要有规定的温度和湿度，然而温度和湿度却是最不易保障的指标，针对这一情况，研制可靠且实用的温度和湿度检测与控制系统就显得非常重要。 温湿度的检测与控制是工业生产过程中比较典型的应用之一，随着传感器在生产和生活中的更加广泛的应用。在生产中，温湿度的高低对产品的质量影响很大。由于温湿度的检测控制不当，可能使我们导致无法估计的经济损失。为保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强生产车间温度与湿度的监测工作，但传统的方法过于粗糙，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的温度及湿度误差大，随机性大。目前，在低温条件下(通常指100℃以下)，温湿度的测量已经相对成熟。利用新型单总线式数字温度传感器实现对温度的测试与控制得到更快的开发。但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、学习、生活提供更好的更方便的设施就需要从数字单片机技术入手，一切向着数字化，智能化控制方向发展。 对于国外对温湿度检测的研究，从复杂模拟量检测到现在的数字智能化检测越发的成熟，随着科技的进步，现在的对于温湿度研究，检测系统向着智能化、小型化、低功耗的方向发展。在发展过程中，以单片机为核心的温湿度控制系统发展为体积小、操作简单、量程宽、性能稳定、测量精度高，等诸多优点在生产生活的各个方面实现着至关重要的作用。 温湿度传感器除电阻式、电容式湿敏元件之外，还有电解质离子型湿敏元件、重量型湿敏元件（利用感湿膜重量的变化来改变振荡频率）、光强型湿敏元件、声表面波湿敏元件等。湿敏元件的线性度及抗污染性差，在检测环境湿度时，湿敏元件要长期暴露在待测环境中，很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。 2002年Sensiron公司在世界上率先研制成功SHT10型智能化温度/温度传感器，体积与火柴头相近。它们不仅能准确测量相对温度，还能测量温度和露点。测量相对温度的围是0～100%，分辨力达0.03%RH，最高精度为±2%RH。测量温度的围是-40℃～
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。
本科毕业设计(论文) 题目：基于DHT11的温湿度检测系统设计基于DHT11的温湿度检测系统设计 摘要 DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器,传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等特点。温湿度是我们日常生活中最基本的环境参数，温湿度的检测具有重要意义。 本文主要介绍该传感器的特点，并采用STC89C52单片机，LCD1602液晶显示器，及一些元器件进行组合，从而完成对温湿度的检测。选用温湿度传感器DHT11检测环境温度和湿度，将其输出的数字信号输入单片机STC89C52，单片机采集数字信号并进行数据处理，然后由LCD1602进行显示，外加复位电路、时钟电路、键盘电路和报警电路。 本系统整体设计具有界面友好、控制灵活、硬件系统集成度高、电路简单、
功能强、性能可靠、成本低等特点。对我们的生活特别有帮助。关键词: DHT11；单片机；温湿度；检测。
Design a System of Temperature and Humidity Detection Based on the DHT11 Abstract DHT11 temperature and humidity digital sensor is a composite temperature and humidity sensor , it outputs the already calibrated digital signal ,the sensor includes a resistance type moisture element and a NTC temperature measuring element, with excellent quality, super fast response, strong anti-interference ability, extremely high performance-price ratio.Temperature and humidity is the most basic parameters of environment,temperature and humidity detection is of great significance. This paper mainly introduces the characteristics of the sensors, and uses the STC89C52 singlechip, LCD1602 display, and some of the components are combined, so as to complete the detection of temperature and humidity. Choose DHT11 temperature and humidity sensors to detect temperature and humidity, the output of digital signal input microcontroller STC89C52 single-chip digital signal and data processing, and then by the LCD1602 display, plus the reset circuit, clock circuit, keyboard circuit and alarm circuit. The system design with friendly interface, flexible control, high hardware system integration, simple circuit, functional, reliable performance, low cost, etc. Particularly helpful to our life. Key words:DHT11; microcontroller; temperature and humidity ; detection.
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);
\ 基于单片机的温湿度控制系统 一、研究背景 温度、湿度和人类的生产、生活有着密切的关系，同时也是工业生产中最常见最基本的工艺参数，例如机械、电子、石油、化工等各类工业中广泛需要对温度湿度的检测与控制。并且随着人们生活水平的提高，人们对自己的生存环境越来越关注。而空气中温湿度的变化与人体的舒适度和情绪都有直接的影响，所以对温度湿度的检测及控制就非常有必要了。 随着科技的飞速发展和普及，高性能设备越来越多，各行各业对温湿度的要求也越来越高。传统的温湿度检测模式是以人为基础，依靠人工轮流值班，人工巡回查看等方式来测量和记录环境状况信息。在这种模式下，不仅效率低不利于人才资源的充分利用，而且缺乏科学性，许多重大事故都是由人为因素造成的，人工维护缺乏完整的管理系统。而问世监控系统就可以解决这样人才资源浪费，管理不及时的问题，这是由于它的智能化设计所决定的。故本次设计对于类似项目还具有普遍意义。 二、国内外研究现状 （1）温度传感器 智能温度传感器(亦称数字温度传感器)在20世纪90年代中期问世。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ATE_）的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。智能温度传感器能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU），并且可通过软件来实现测试功能，温度计也越来越智能化。 （2）湿度传感器 湿度传感器产品及湿度测量属于90年代兴起的行业。湿度传感器主要分为电阻式和电容式两种，产品的基本形式都是在基片上涂覆感湿材料形成感湿膜。空气中的水蒸汽吸附在感湿材料上后，元件的阻抗、介质常数发生很大的变化，从而制成湿敏元件。近年来，国内外在湿度传感器研发领域取得了较大的发展。湿敏传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展。国内外各厂家的湿度传感器产品水平不一，质量价格都相差较大，用户如何选择性能价格比最优的理想产品确有一定难度，需要在这方面作深入的了解。现在国内市场上出现了不少国内外湿度传感器产品，电容式湿敏元件较为多见，感湿材料种类主要为高分子聚合物，氯化锂和金属氧化物。 三、研究方案 首先明了了设计思路以后，着手硬件电路设计。采用学校统一发放的STC89C52单片机学习板做为课题设计的主控模块。实现围绕着单片机的各个元器件正常工作并且实现所要的功能。温湿度传感器不在使用分开使用。而是采用DHT11数字温湿度一体传感器进型温湿度的测量。一方面在简化了设计流程的同时增加的系统的稳定性；另一方面为降低了设计的成本消耗。借鉴前人经验，传感器使用方法，用字符液晶显示可实现系统设计。主要内容有： ⑴学习强化单片机知识 ⑵掌握智能温湿度检测系统，提出硬件电路设计方案 ⑶画出原理图
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
摘要：本文在分析了目前热湿联合处理空调系统所面临的主要问题的基础上，提出了热湿独立控制空调策略：采用新风去除室内的余湿、承担室内空气质量的任务，采用高温冷源去除室内的余热。并提出了温湿度独立控制空调方式对室内末端装置、新风处理、制备高温冷源的要求与影响，介绍了温湿度独立控制系统的应用实践工程。 关键词：温湿度独立控制新风高温冷源 1 引言 从热舒适与健康出发，要求对室内温湿度进行全面控制。夏季人体舒适区为25ºc，相对湿度60%，此时露点温度为16.6ºc。空调排热排湿的任务可以看成是从25ºc 环境中向外界抽取热量，在16.6ºc的露点温度的环境下向外界抽取水分。目前空调方式的排热排湿都是通过空气冷却器对空气进行冷却和冷凝除湿，再将冷却干燥的空气送入室内，实现排热排湿的目的。现有的热湿联合处理的空调方式存在如下问题。 （1）热湿联合处理的能源浪费。由于采用冷凝除湿方法排除室内余湿，冷源的温度需要低于室内空气的露点温度，考虑传热温差与介质输送温差，实现16.6ºc的露点温度需要约7ºc的冷源温度，这是现有空调系统采用5~7ºc的冷冻水、房间空调器中直接蒸发器的冷媒蒸发温度也多在5ºc的原因。在空调系统中，占总负荷一半以上的显热负荷部分，本可以采用高温冷源排走的热量却与除湿一起共用5~7ºc的低温冷源进行处理，造成能量利用品位上的浪费。而且，经过冷凝除湿后的空气虽然湿度（含湿量）满足要求，但温度过低，有时还需要再热，造成了能源的进一步浪费与损失。 （2）难以适应热湿比的变化。通过冷凝方式对空气进行冷却和除湿，其吸收的显热与潜热比只能在一定的范围内变化，而建筑物实际需要的热湿比却在较大的范围内变化。一般是牺牲对湿度的控制，通过仅满足室内温度的要求来妥协，造成室内相对湿度过高或过低的现象。过高的结果是不舒适，进而降低室温设定值，通过降低室温来改善热舒适，造成能耗不必要的增加；相对湿度过低也将导致由于与室外的焓差增加使处理室外新风的能耗增加。 （3）室内空气品质问题。大多数空调依靠空气通过冷表面对空气进行降温除湿，这就导致冷表面成为潮湿表面甚至产生积水，空调停机后这样的潮湿表面就成为霉菌繁殖的最好场所。空调系统繁殖和传播霉菌成为空调可能引起健康问题的主要原因。另外，目前我国大多数城市的主要污染物仍是可吸入颗粒物，因此有效过滤空调系统引入的室外空气是维持室内健康环境的重要问题。然而过滤器内必然是粉尘聚集处，如果再漂溅过一些冷凝水，则也成为各种微生物繁殖的最好场所。频繁清洗过滤器既不现实，也不是根本的解决方案。 （5）输配能耗的问题。为了完成室内环境控制的任务就需要有输配系统，带走余热、余湿、co2、气味等。在中央空调系统中，风机、水泵消耗了40~70%的整个空调系统的电耗。在常规中央空调系统中，多采用全空气系统的形式。所有的冷量全部用空气来传送，导致输配效率很低。 此外，随着能源问题的日益严重，以低品位热能作为夏季空调动力成为迫切需要。目前北方地区大量的热电联产集中供热系统在夏季由于无热负荷而无法运行，使得电力负荷出现高峰的夏季热电联产发电设施反而停机，或者按纯发电模式低效运行。如果可以利用这部分热量驱动空调，既省下空调电耗，又可使热电联产电厂正常运行，增加发电能力。这样即可减缓夏季供电压力，又提高能源利用率，是热电联产系统继续发展的关键。由于空调负荷在一天内变化显著，与热电联产电厂提供热能并不是很好匹配，如何实现有效的蓄能，以协调二者的矛盾也是热能使用当中存在的问题。 综上所述，空调的广泛需求、人居环境健康的需要和能源系统平衡的要求，对目前空调方式提出了挑战。新的空调应该具备的特点为： 加大室外新风量，能够通过有效的热回收方式，有效的降低由于新风量增加带来的能耗增大
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
交通大学 仓库温湿度控制系统 （硕士论文）内部资料 论文题目：仓库温湿度控制系统学生姓名：梁宋琪 所在学院：软件学院 专业：软件工程 学号： 012555688 指导教师：王家明 完成日期： 2020-6-01
目录 摘要 (2) 1 仓库温湿度控制系统设计任务和性能指标 (3) 1.1 设计任务 (3) 1.2 性能指标 (3) 2 系统总体设计 (3) 3 硬件设计 (4) 3.1 单片机最小系统 (4) 3.2 LCD1602显示模块 (5) 3.3 温湿度传感器模块 (6) 3.3.1 SHT10温湿度传感器的介绍 (6) 3.3.2 SHT10与单片机的接口电路 (7) 3.4 报警模块 (7) 3.4 按键模块 (8) 3.4 控制模块 (8) 4 软件设计 (9) 4.1 主程序流程图 (9) 4.2SHT10子程序流程图 (10) 4.3 LCD1602子程序流程图 (10) 4.4 输出控制子程序流程图 (11) 4.5键盘扫描子程序流程图 (11) 5仿真与调试 (12) 5.1 调试环境 (12) 5.2不足与优化 (13) 6 总结 (13) 7 参考文献 (13) 附件1系统仿真图 (14)
摘要 防潮、防霉、防腐、防爆是仓库日常工作的重要内容，是衡量仓库管理质量的重要指标。它直接影响到储备物资的使用寿命和工作可靠性。为保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强仓库内温度与湿度的监测工作。 传统的方法是用湿度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。为解决这种传统温湿度检测主要以人为基础、依靠人工轮流值班,人工巡回查看等方式来测量和记录环境状况信息的模式,避免许多由人为因素造成的重大事故,解决效率低下不利于人才充分利用的问题,让测量更具有科学性,本设计提供了一套更方便和精确度更高的测控系统。 本设计是基于AT89C52单片机的仓库温湿度自动控制系统，采用SHT10作为温湿度传感器，LCD1602液晶屏进行显示。SHT10使用类似于I2C总线的时序与单片机进行通信，因为它高度集成，已经包括A/D转换电路，所以使用方便，而且准确、耐用。LCD1602能够分两行显示数据，第一行显示温度，第二行显示湿度。这个控制系统能够测量仓库中的温度和湿度，并将其显示在液晶屏LCD1602上，同时将其与设定值进行对比，如果超出上下限，将进行报警并通过串口向PC端发送信息以及启动温湿度调节设备。此外，还可以通过独立式键盘对设定的温湿度的上下限数值进行修改。经过整机调试，实现了仓库温湿度控制的模拟。
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 = +