數(shù)字位置隨動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、成績計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書數(shù)字位置隨動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)DESIGNOFDIGITALPOSITIONSERVOCONTROLSYSTEM學(xué)生姓名凌立章學(xué)院名稱信電工程學(xué)院學(xué)號(hào)20130503243班級(jí)13自動(dòng)化專業(yè)名稱電氣工程及其自動(dòng)化指導(dǎo)老師曹言敬2016年6月10日徐州工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書目錄1緒論11.1課題研究背景11.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)題目11.3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求22總體控制方案設(shè)計(jì)32.1控制系統(tǒng)方框圖32.2控制系統(tǒng)工作原理32.3不同控制方案的對(duì)比32.3.1PLC控制系統(tǒng)32.3.2單片機(jī)控制系統(tǒng)52.4總體控制方案53控制

2、系統(tǒng)模型建立53.1直流電機(jī)模型63.2控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖64硬件選型64.1位置傳感器選型74.2直流電機(jī)選型74.3驅(qū)動(dòng)電路選型84.4微控制器選型94.5A/D轉(zhuǎn)換器選型95硬件電路設(shè)計(jì)95.1時(shí)鐘電路125.2復(fù)位電路125.3按鍵電路126控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)126.1PID控制器設(shè)計(jì)146.1.1PID控制的基本原理146.1.2位置式PID控制算法與增量式PID算法156.1.3數(shù)字PID參數(shù)的整定方法156.2控制系統(tǒng)軟件流程圖167基于Matlab的控制系統(tǒng)算法仿真177.1M語言編程仿真177.2仿真結(jié)果分析17徐州工程學(xué)院課

3、程設(shè)計(jì)說明書結(jié)論18參考文獻(xiàn)20附錄21徐州工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書1緒論1.1課題研究背景隨動(dòng)系統(tǒng)最早出現(xiàn)于20世紀(jì)初。隨動(dòng)系統(tǒng)能夠根據(jù)外界輸入的控制量的變化，實(shí)時(shí)輸出控制量以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行設(shè)備精確復(fù)現(xiàn)這種變化，它伴隨著控制器件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和功率驅(qū)動(dòng)裝置的產(chǎn)生而逐漸發(fā)展起來。到了20世紀(jì)中期，先進(jìn)控制理論的成熟，使得隨動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展更是突飛猛進(jìn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、交通、宇航以及軍事設(shè)備中。在工業(yè)特別是機(jī)械制造業(yè)，隨動(dòng)系統(tǒng)在機(jī)床的速度控制、位置控制中扮演了關(guān)鍵的角色，使得制造機(jī)構(gòu)能夠完成復(fù)雜的空間曲線運(yùn)動(dòng)，極大地推動(dòng)工業(yè)自動(dòng)化制造水平向更精密的方向發(fā)

4、展；在交通行業(yè)，飛機(jī)的平衡飛行、地鐵的自動(dòng)調(diào)速、電梯的啟停升降，均有隨動(dòng)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)；在宇航方面，無論是人造衛(wèi)星的姿態(tài)調(diào)整、對(duì)接技術(shù)，還是月球車在自主狀態(tài)下各種動(dòng)作的執(zhí)行，都展現(xiàn)了隨動(dòng)控制技術(shù)的作用；在軍事領(lǐng)域，隨動(dòng)系統(tǒng)的控制使得雷達(dá)或?qū)椖軐?shí)時(shí)跟蹤目標(biāo)，確保機(jī)載或艦載系統(tǒng)的穩(wěn)定?？傊?，隨動(dòng)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用使其在當(dāng)今社會(huì)多個(gè)領(lǐng)域中占據(jù)越來越重要的地位，在促進(jìn)行業(yè)進(jìn)步的同時(shí)，其自身也在不斷發(fā)展更新。位置隨動(dòng)控制系統(tǒng)是通過控制器來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制理論的各種控制算法，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)電力電子功率變換裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制，來達(dá)到位置隨動(dòng)控制的目的。其中控制器可以

5、說是整個(gè)系統(tǒng)的心臟，其設(shè)計(jì)的好壞直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。有些位置隨動(dòng)控制系統(tǒng)的控制器主要由模擬控制器來實(shí)現(xiàn)的，但對(duì)于那些較復(fù)雜控制算法，單靠硬件電路來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制相對(duì)比較困難。隨著微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，研發(fā)出各種高性能數(shù)字信號(hào)處理器，其運(yùn)算能力強(qiáng)而且具有豐富的外部接口。將數(shù)字信號(hào)處理器應(yīng)用在位置隨動(dòng)控制系統(tǒng)，構(gòu)成數(shù)字位置隨動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)就可以通過軟件編程的方式完成各種簡單或復(fù)雜的傳動(dòng)控制算法，通過外部接口實(shí)現(xiàn)與電力電子功率變換裝置的連接，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制，這樣既可以提高系統(tǒng)的靈活性的也可以減小系統(tǒng)的體積。近幾年基于數(shù)字信號(hào)處理芯片開發(fā)

6、的位置伺服系統(tǒng)成為研究的熱點(diǎn)，并且很多芯片廠家還開發(fā)一些電機(jī)專用控制芯片，并在芯片內(nèi)部集成了PWM發(fā)生單元等，簡化了與電力電子功率變換裝置間的連接，而且具有強(qiáng)大的處理功能可以完成現(xiàn)代控制理論或智能控制理論的一些復(fù)雜算法，如果采用這些電機(jī)專用控制芯片來完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)，即可以節(jié)省了開發(fā)周期，又簡化了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。1.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)題目控制系統(tǒng)功能要求：利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字位置隨動(dòng)系統(tǒng)，由鍵盤輸入PID參數(shù)及給定值。利用功能鍵實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)和自動(dòng)以及復(fù)位。直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)可逆運(yùn)行，并由位置傳感器（如光電碼盤等）檢測轉(zhuǎn)角信號(hào)，經(jīng)頻壓轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)位置檢測?？刂?/p>

7、器參數(shù)可以用Simulink21徐州工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書仿真確定，但為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)快速性好、超調(diào)小和無靜差的控制要求，設(shè)計(jì)中可采用積分分離式PID控制算法（也可自行選擇）。全數(shù)字位置隨動(dòng)系統(tǒng)示意如圖1-1。手柄角度盤直流電機(jī)位置給定位置反饋驅(qū)動(dòng)電路A/D轉(zhuǎn)換單片機(jī)電源鍵盤輸入圖1-1全數(shù)字位置隨動(dòng)系統(tǒng)示意圖1.3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求(1)定位精度<0.4o；(2)定位過程超調(diào)量<10%；(3)輸入階躍、速度、加速度轉(zhuǎn)角信號(hào)時(shí)，調(diào)節(jié)時(shí)間<250ms。21徐州工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書2總體控制方案設(shè)計(jì)2.1控制系統(tǒng)方框圖該控制系統(tǒng)由角度盤，直流電機(jī)，微

8、控制器，位置傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器以及驅(qū)動(dòng)電路等組成，見圖2-1。圖2-1控制系統(tǒng)方框圖2.2控制系統(tǒng)工作原理用手柄轉(zhuǎn)動(dòng)角度盤一定的角度后停止，由位置傳感器檢測到數(shù)據(jù)