2015级微机控制技术课程设计任务书

1一、电炉烤箱温度控制系统设计（10人完成）被控对象为电炉烤箱，采用热阻丝加热，利用大功率可控硅控制器控制热阻丝两端所加的电压大小，来改变流经热阻丝的电流，从而改变电炉炉内的温度。功率3Kw可控硅控制器输入为0－5伏时对应电炉温度0－300℃，温度传感器测量值对应也为0－5伏，对象的特性为带有纯滞后环节的一阶系统：被控对象模型：1)(TiseKsGsdTd=30s，Ti=5s，Kd=50，τ=10s要求：采用数字PID控制，有0阶保持器，设计PID控制系统。第1人：1）设计温度控制系统的计算机硬件系统，画出结构框图；2）编写积分分离PID算法程序，从键盘接受Kp、Ti、Td、T及β（积分分离阈值）的值；3）Matalab仿真通过数据分析Kp改变时对系统超调量的影响。4）撰写设计说明书。第2人：基本要求同第1人，只有第3）点要求不同：3）Matalab仿真通过数据分析Ti改变时对系统超调量的影响。第3人：基本要求同第1人，只有第3）点要求不同：3）Matalab仿真通过数据分析Td改变时对系统超调量的影响。第4人：基本要求同第1人，只有第3）点要求不同：3）Matalab仿真通过数据分析T改变时对系统超调量的影响。第5人：基本要求同第1人，只有第3）点要求不同：3）Matalab仿真通过数据分析β改变时对系统超调量的影响。第6人：1）设计温度控制系统的计算机硬件系统，画出框图；2）编写位置式PID算法程序；3）Matalab仿真通过数据分析Kp改变时对系统超调量的影响。4）撰写设计说明书。第6人-第12人的对象模型：02()40(1)GsTssTs第7人：基本要求同第6人，但对象特性为积分加惯性系统，惯性时间常数为40秒。3）Matalab仿真通过数据分析Ti改变时对系统超调量的影响。第8人：基本要求同第6人，但对象特性为积分加惯性系统，惯性时间常数为40秒。3）Matalab仿真通过数据分析Td改变时对系统超调量的影响。2第9人：基本要求同第6人，但对象特性为积分加惯性系统，惯性时间常数为30秒。3）Matalab仿真通过数据分析Kp改变时对系统超调量的影响。第10人：基本要求同第6人，但对象特性为积分加惯性系统，惯性时间常数为30秒。3）Matalab仿真通过数据分析Ti改变时对系统超调量的影响。3二、逐点比较插补原理的实现（12人完成）设计一个计算机控制步进电机系统，该系统利用89C51（或89C52、89S52）机的Px口输出控制信号，其信号驱动、控制X、Y两个方向的三相步进电机转动，利用逐点比较法插补绘制出各种曲线。在第一象限，X（10）、Y（10）最大坐标值。其他坐标值任意定，但插补计算不得小于8步。要求：1）在显示器上显示任意四位十进制数；a、定义键盘按键：10个为数字键0～9；6个功能键：设置SET、清零CLR、确认、开始START、暂停、停止；b、显示器上第一位显示次数，后三位显示每次行走的角度；c、通过键盘的按键，设置X、Y轴插补的起始值；按START键启动步进电机开始转动，按SET键进行数据设置、按CLR键清零。2）设计硬件系统，画出电路原理框图（要求规范）；3）定义步进电机转动的控制字；（不设计步进电机驱动电路与驱动程序）。4）推导出用逐点比较法插补绘制出下面曲线的算法；5）编写算法控制程序线；6）撰写设计说明书。每人选一个曲线，曲线均为第一象限，屏幕左下角为坐标原点，箭头表示曲线绘制的方向，直线参数为：起点、终点坐标。圆弧参数为：起点、终点坐标和半径。曲线901010曲线1001010曲线701010曲线8010104曲线1101010曲线1201010曲线1301010曲线1401010曲线1501010曲线1601010曲线1701010曲线18010105三、步进电机控制系统（5人完成）设计一个计算机控制步进电机系统，该系统利用89C51（或89C52、89S52）机的Px口输出控制信号，其信号驱动后控制X、Y两个方向的三相步进电机转动。【设计内容】设计一个单片机三相步进电机控制系统（歩距角3o,每相电流1A、每个电机最少可走999步），要求系统具有如下功能：–用K0-K2做为通电方式选择键，K0为单三拍，K1为双三拍，K2为三相六拍；–K3、K4分别为启动和方向控制；–正转时红色指示灯亮，反转时黄色指示灯亮，不转时绿色指示灯亮；–用K5-K11作为步数的给定值。–用3位LED显示剩余工作步数。键盘可任意设计（如：4*4键盘）【设计要求】（1）完成硬件设计（内容包括原理系统图、各显示位地址自己确定，并画出详细接线图）。（2）系统的启动和停止由一个开关控制。（3）画出系统总体流程图、步进电机单三拍，双三拍，三相六拍各模块流程图、显示模块流程图等。（4）编写出能够完成上述任务的程序（尽量采用子程序方式）。（5）写出完整的设计说明书。【任务分配】第1、2人完成单片机硬件设计（包括电源、元件参数计算等）。写出完整的设计说明书。第3、4、5人根据硬件设计步进电机的驱动程序流程图、软件的设计。写出完整的设计说明书。（注：也可每个人单独设计自己的硬件原理图、也可进行仿真）【系统工作原理】系统首先检测开关，如果开关处于启动状态，则系统开始工作，否则将等待。·启动后，系统能按照要求控制步进电机转动。·同时指示灯指示步进电机工作方式（单三拍，双三拍，三相六拍）。·要求系统不停的在工作，并可随时启动或停止，以及调节它的步数。·在LED显示器上显示剩余工作步数。6四、数字PID单闭环直流电机调速控制系统的设计和实现（4人完成）1.课设目的1）理解晶闸管直流单闭环调速系统的数学模型和工作原理；2）掌握PID控制器参数对控制系统性能的影响；3）能够运用MATLAB/Simulink软件对控制系统进行正确建模并对模块进行正确的参数设置；4）掌握计算机控制仿真结果的分析方法。5）编写算法MATLAB/simulink仿真程序实现（模拟步进电机进给过程）；2.课设内容参考结构：已知某晶闸管直流单闭环调速系统的转速控制器选用PID控制器，结构如图1所示1）写出数字PID的控制流程图2）编写程序实现数字PID控制3）运用MATLAB/Simulink软件对控制系统进行建模并对模块进行参数设置4）选用合理的参数整定方法合理选择Kp、TI、TD以及采样周期T，使系统在超调不大的情况下快速响应。5）得出仿真结果并进行仿真分析。6）程序清单及简要说明7）完成设计说明书（列出参考文献，以及仿真结果及分析）。【任务】：第1人：分析Kd的变化对系统的影响；第2人：分析TI的变化对系统的影响；第3人：分析Td的变化对系统的影响；第4人：分析采样周期T的变化对系统的影响；7五、多路模拟数据采集系统设计（5人完成）1.课设目的1）理解与掌握模/数转换的原理与性能指标；2）掌握多路数据采集的硬件接口电路原理；3）掌握实现数据采集的程序设计方法；4）理解掌握数据预处理的概念与实现；5）理解数据采集在系统中的作用。2.设计要求与内容：1）实现2路以上的模拟数据的采集，数据的相对精度1%；2）利用键盘选择采集的数据通道；3）利用LED显示采集的数据；4）编写设计说明书。任务分配：第1、2人完成采集系统硬件设计，写出完整的设计说明书。第3、4、5人完成采集系统软件流程图与源程序代码设计，写出完整的设计说明书。六、基于单片机的正弦信号发生器设计（5人完成）1.课设目的1）理解与掌握数/模转换的原理与性能指标；2）掌握信号发生电路的硬件接口电路原理；3）掌握实现各类信号输出的程序设计方法；4）理解掌握正弦信号的概念与实现；5）理解数据输出通道在系统中的作用。2.设计要求与内容：1）实现1路正弦信号的输出，正弦信号的幅值为5v；2）利用键盘设置正弦信号的频率，正弦信号的初相位为0°；3）利用LED显示正弦信号的频率、幅值等参数；4）编写设计说明书。任务分配：第1、2人完成信号系统硬件设计，写出完整的设计说明书。第3、4、5完成采集系统软件流程图与源程序代码设计，写出完整的设计说明书。