最少拍控制系统设计——计算机控制技术课程实践

"该课程设计报告主要关注最少拍控制系统的设计，是电气工程及其自动化专业学生在计算机控制技术课程中的实践项目。目标是让学生掌握控制理论、编程和硬件电路设计，以实现基于89C51单片机的单闭环反馈控制系统。设计内容包括硬件电路、控制算法和软件程序，要求学生设计无纹波最少拍控制器，并针对不同类型的被控对象进行参数整定，以达到理想的阶跃响应性能。" 最少拍控制系统设计是计算机控制系统中的一种优化方法，旨在快速且平滑地将系统从一个状态过渡到另一个状态，同时最小化过渡过程中的振荡。在这个课程设计中，学生将学习如何构建一个包含89C51微控制器、模拟输入（ADC）和模拟输出（DAC）的硬件系统，以及使用运算放大器构建的被控对象模型。 硬件电路设计部分要求学生设计一个能够处理双极性电压输入和输出的模入模出电路。ADC0809是一种常见的8位ADC，用于将模拟信号转换为数字信号，而TLC7528和运放组合则用于模拟信号的输出。被控对象的实现通常涉及数学建模，然后用运放电路来模拟这些模型。 控制算法部分，学生需要实现最少拍控制，这是一种基于时间最优的控制策略。最少拍控制器设计的关键在于找到一组控制器参数，使得系统能在最短时间内达到期望的稳态，同时限制超调和振荡。对于含有积分环节的被控对象，控制器需要考虑斜坡输入，否则考虑阶跃输入。 软件设计涵盖了主程序、中断服务程序、A/D转换程序、滤波程序、最少拍控制程序和D/A输出程序。中断服务程序通常用于处理采样和控制周期，而滤波程序可以采用平均值法或中值法减少噪声影响。采样周期和中断间隔的选择直接影响系统的实时性能和稳定性。 课程设计要求还包括对PID参数的整定，以确保阶跃响应的超调小于15%。这需要利用系统辨识和控制理论的方法来调整比例、积分和微分参数，以达到良好的动态性能。 进度安排部分未给出具体细节，但通常会包括系统分析、硬件搭建、软件编程、测试与调试等阶段，每个阶段可能分配一定的天数以确保项目顺利完成。 这个课程设计是电气工程及其自动化专业的学生深入理解和应用控制理论、计算机控制技术和硬件设计的一次综合实践，对于提升学生的工程能力和解决实际问题的能力至关重要。通过这个项目，学生将获得宝贵的实践经验，为将来从事计算机控制系统的设计和调试工作打下坚实基础。