最小拍控制设计：MCS-51单片机在0.05s采样下的系统仿真与电路设计

本篇文档是关于《计算机控制》课程设计的一个具体实例，名为“最小拍控制设计”。该设计针对一个单位反馈线性定常离散系统，其连续部分和零阶保持器的传递函数已给出。设计目标是在采样周期T=0.05秒的条件下，使用MCS-51系列单片机设计数字控制器，确保系统在接收到单位阶跃输入时实现最小拍无波纹控制。 设计过程包括以下关键步骤： 1. 题目分析：首先，对系统进行了深入分析，确定了系统的连续部分和零阶保持器的传递函数形式。这一步涉及了系统的数学模型建立。 2. 被控对象特性：通过绘制一系列图表，如波特图和Nyquist图，研究了系统的动态特性，如稳定性、相位裕度和幅值裕度，以确保控制器设计的合理性。 3. 采样周期选择：根据理论分析，确定了0.05秒的采样周期，以保证在两个采样周期后系统输出达到无波纹状态，符合无波纹控制的要求。 4. 控制器设计：利用Matlab的z变换工具计算了带零阶保持器的广义被控对象的传递函数，并据此设计了无波纹最小拍控制器。这个控制器的数学表达式和结构被详细阐述。 5. 控制系统仿真：使用Matlab和Simulink进行了系统仿真，通过观察输入响应曲线、波特图和Nyquist图，验证了控制器的有效性。结果显示，第二拍后系统达到无差，输出稳定无波纹。 6. 硬件电路设计：选择了AD转换器（ADC0808）、DA转换器和MCS-51单片机作为控制器的主要组成部分，明确了各部件的功能和连接方式。此外，还考虑了元件选型和时钟信号的生成。 7. 报告内容：报告包含了控制系统的设计步骤、性能分析、元器件选择、电路设计、软件流程图以及源代码，最后总结了设计心得和参考文献。 整个设计项目既涉及了理论知识的应用，也涵盖了实际操作技能，从系统建模到控制器设计，再到硬件实现，体现了计算机控制课程设计的全面性和实践性。