对具有纯滞后的一阶惯性环节的设计(2)

成的输入电路T1084。

3、滤波电路

为减少或消除外界干扰，而且温度变化的频率很慢，所以我们使用幅频特性较好的二阶有源低通滤波电路，电路图如下：

图中C1为0.2uF，C2为100pF,R13=R10=10K，低通滤波器的上限频率略等于314HZ，而且设定放大倍数为1。

4、A/D转换器

根据题目要求，温度测量范围为?50oC~200oC，分辨率为0.2oC，则测量

250oC是量程为200C?(?50C)?250C，再由2??1250，可得n?10.29。可o0.2Cooon取n?12，即采用12位的ADC和12位的DAC。

250oC当采用12位ADC进行模/数转换时,其分辨率为12?0.06oC，远远满足

2设计要求。可采用ADC574A芯片。电路图如下：

6

A0VinCSCEREFINRDDB0REFOUTDB1DB2BIPOFFDB3DB4DB510VINDB6DB7DB8DB9STSDB10DB11RDP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P2.0P2.1P2.2P2.3WR74373P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7ALED0D1D2D3D4D5D6D7GQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7E201918171615141311123645ABC74138Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y715141312111097+OE1OE2AOE2BAD574AINT1EAP2.4P2.5P2.6P2.78051

8051的P0口作为AD574A的地址线，P0口和P2.0、P2.1、P2.2、P2.3口作为数据线，用于接收获取AD574A的转换结果。P0口经地址锁存器74373锁存，并经三-八译码器74138译码后的Y1信号作为AD574A的片选信号输入。

5、D/A 转换电路

由上分析，本设计需要采用12位的A/D转换器，与之相对应，可采用12位的D/A转换器DAC1208芯片进行模/数转换。

8051的P0口作为DAC1208的地址线，P0口和P2.4、P2.5、P2.6、P2.7口作为数据线，用于传送经达林算法后的运算结果。P0口经地址锁存器74373锁存，并经三-八译码器74138译码后的Y0信号作为DAC1208的片选信号输入。

8051与DAC1208的连接图如下所示：

RDP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P2.0P2.1P2.2P2.3WR74373P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7ALED0D1D2D3D4D5D6D7GQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7E201918171615141311123645ABC74138Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y715141312111097XFERWR1CSWR2BYTE2DI0DI1RfbDI2DI3DI4Iout1DI5DI6Iout2DI7DI8DI9D10DI11+OE1OE2AOE2B-+OAVoutINT1EAP2.4P2.5P2.6P2.78051DAC1208

7

四、参数计算及仿真

由题目要求K?10?ln(C*C-sqrt(c))，其中C为学号后三位，即466，则有下式：

K?10?ln(C*C-sqrt(c))?10?ln(466?466-466)?122.88

而T?rand(1)?0.7479；

从而考虑??0和??T?0.374两种情况。 21、??0时数字调节器D（z）的实现

a、无控制作用下系统伯德图

122.88

0.7479s?1使用MATLAB画出其频率特性曲线图，程序如下：

>> num=[122.88]; >> den=[0.7479,1]; >> w=logspace(-1,4); >> bode(num,den,w); >> grid on;

>> title('系统122.88/(0.7479s+1)的Bode图') BODE图如下：

此时G0(s)?

??0无控制作用下系统伯德图

8

程序：

由上图可知，系统幅值裕度为无穷(Inf)，相角裕度为90.5deg。相角裕度和幅值裕度均不符合要求。需要对此进行改进。

b、最少拍下调节器函数

因为被控对象为一阶无纯滞后环节，因此可考虑使用数字 PID 算法或者最少拍设计方法等进行控制器设计。现采用最少拍设计方法设计该对象的控制器 D(Z) ，采样时间Ts选择Ts=0.374s 。

所为最少拍系统或最少调整时间系统，是指对下图所示的随动系统，在给定某种典型输入条件下，设计一个控制规律D（z），使闭环系统具有最快的响应速度，也就是能在最少个采样周期时间内准确跟踪输入给定值，即达到无静差的稳定状态。

r(t) + e(k) u(k) u(t) y(t) G0(s)Gh(s) - 数字控制随动系统

广义工业对象脉冲传递函数为：

D(z)1?e?Tss122.88G(z)??[Gh(s)G(s)]?Z[?]

s0.7479s?1?122.88(1-z-1)Z[1.337]

s(s?1.337)9

z(1-e-1.337T)?122.88(1-z)?

(z-1)(z-e-1.337T)-148.29248.292z?1??z-0.6071?0.607z?1

由上式知，L?1,M?1,s?0,n?0 所以

H(z)?Z?1m0 1?H(z)?(1?Z?1)1

解得m0?1

所以H(z)?Z?1,1?H(z)?1?Z?1

则数学调节器为：

H(z)1?0.607z?1z?1D(z)??G(z)[1?H(z)]48.292z?11?z?11?0.607z?1?48.292(1?z?1)0.0207?0.0126z?1?1?z?1

因此可求得在单位阶跃输入下，系统期望输出序列：

y(z)?H(z)R(z)?z?1?zz-1?z-1?z-2?z-3?z-4?z-5?....

显然，当k?1（即第一拍）后，y(k)?r(k)。也就是经过一拍，系统响应输出序列已准确跟踪输入函数且在采样点上的稳态误差为零。

系统的开环传递函数为：

Gk(z)?D(z)G(z)?H(z)1?1?H(z)z?1

10