12自动化计算机控制系统课程设计题目分配

《计算机控制技术》课程设计——设计题目与设计要求指导教师：一、控制系统建模、分析、设计和仿真本课程设计共列出9个同等难度的设计题目，与前九组对应。（一）内容如下。[1号题]控制系统建模、分析、设计和仿真设连续被控对象的实测传递函数为：用零阶保持器离散化，采样周期取0.1秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。[2号题]控制系统建模、分析、设计和仿真Dy(z)G(s)R(z)Y(z)+_U(z)E(z)最少拍有波纹控制系统Dw(z)G(s)R(z)Y(z)+_U(z)E(z)最少拍无波纹控制系统234521358717)149(1000)(sssssssG设连续被控对象的实测传递函数为：用零阶保持器离散化，采样周期取0.2秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。[3号题]控制系统建模、分析、设计和仿真设连续被控对象的实测传递函数为：用零阶保持器离散化，采样周期取0.2秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。[4号题]控制系统建模、分析、设计和仿真设连续被控对象的实测传递函数为：用零阶保持器离散化，采样周期取0.05秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。[5号题]控制系统建模、分析、设计和仿真设连续被控对象的实测传递函数为：用零阶保持器离散化，采样周期取0.05秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹8)+(s5)+(s1)+(ss6)+(s2)+(s668)(2sG2345645614)5)(3(789)(sssssssG2345215239)1610(868)(sssssssG8)+(s4)+(s1)+(ss9)+(s2)+(s968)(2sG控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。[6号题]控制系统建模、分析、设计和仿真设连续被控对象的实测传递函数为：用零阶保持器离散化，采样周期取0.01秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。[7号题]控制系统建模、分析、设计和仿真设连续被控对象的实测传递函数为：用零阶保持器离散化，采样周期取0.01秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。[8号题]控制系统建模、分析、设计和仿真设连续被控对象的实测传递函数为：用零阶保持器离散化，采样周期取0.02秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。[9号题]控制系统建模、分析、设计和仿真设连续被控对象的实测传递函数为：2345273913)5)(2(999)(sssssssG23452486215)86(1818)(sssssssG)7)(5)(2()6)(1(879)(2sssssssG23452645614179828991999)(sssssssG用零阶保持器离散化，采样周期取0.02秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。（二）1、求被控对象传递函数G(s)的MATLAB描述。2、求被控对象脉冲传递函数G(z)。3、转换G(z)为零极点增益模型并按z-1形式排列。4、确定误差脉冲传递函数Ge(z)形式,满足单位加速度信号输入时闭环稳态误差为零和实际闭环系统稳定的要求。5、确定闭环脉冲传递函数Gc(z)形式，满足控制器Dy(z)可实现、最少拍和实际闭环系统稳定的要求。6、根据4、5、列写方程组，求解Gc(z)和Ge(z)中的待定系数并最终求解Gc(z)和Ge(z)。7、求针对单位加速度信号输入的最少拍有波纹控制器Dy(z)并说明Dy(z)的可实现性。8、用程序仿真方法分析加速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。9、用图形仿真方法(Simulink)分析单位加速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。10、确定误差脉冲传递函数Ge(z)形式,满足单位速度信号输入时闭环稳态误差为零和实际闭环系统稳定的要求。11、确定闭环脉冲传递函数Gc(z)形式，满足控制器Dw(z)可实现、无波纹、最少拍和实际闭环系统稳定的要求。12、根据10、11、列写方程组，求解Gc(z)和Ge(z)中的待定系数并最终求解Gc(z)和Ge(z)。13、求针对单位速度信号输入的最少拍无波纹控制器Dw(z)并说明Dw(z)的可实现性。14、用程序仿真方法分析单位速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。15、用图形仿真方法(Simulink)分析单位速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。16、根据8、9、14、15、的分析，说明有波纹和无波纹的差别和物理意义。二、数字滤波系统设计1．用计算机模拟带有干扰的正弦信号R（频率100Hz）。首先计算机产生一个随机信号，再与正弦信号叠加。2．计算机对含有干扰的正弦信号进行数字滤波处理，保留正弦信号，去除干扰。3．输入为模拟电压，输入模拟电压范围为0～+5V，最后滤波的结果用LED显示器显示。第10组：1）分析数字滤波的常用方法，以及各自的优缺点；2）采用一阶惯性滤波器算法，设计算法程序；3）通过数据分析采样周期T对滤波效果的影响；4）撰写设计说明书。第11组：基本要求同第１人，只有第2）点要求不同2）采用平均值滤波算法，设计算法程序；第12组：基本要求同第2人，只有第3）点要求不同3）通过数据分析参与平均值滤波的测量数据个数对对滤波效果的影响；第13组：基本要求同第1人，只有第2）点要求不同2）加权平均值滤波器，设计算法程序；第14组：基本要求同第4人，只有第3）点要求不同3）通过数据分析参与加权平均值滤波的采样数据个数对滤波效果的影响；第15组：基本要求同第4人，只有第3）点要求不同3）通过数据分析四次采样值加权平均值滤波器的系数对滤波效果的影响；三、温度控制系统设计被控对象为电炉，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。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，惯性时间常数为T1＝30秒，滞后时间常数为τ＝10秒。第16组：1）设计温度控制系统的计算机硬件系统，画出框图；2）编写积分分离PID算法程序，从键盘接受Kp、Ti、Td、T及β的值；3）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17组：基本要求同第1人，只有第3）点要求不同：3）通过数据分析Ti改变时对系统超调量的影响。第18组：基本要求同第1人，只有第3）点要求不同：3）通过数据分析Td改变时对系统超调量的影响。第19组：基本要求同第1人，只有第3）点要求不同：3）通过数据分析T改变时对系统超调量的影响。第20组：基本要求同第1人，只有第3）点要求不同：3）通过数据分析β改变时对系统超调量的影响。第21组：1）设计温度控制系统的计算机硬件系统，画出框图；2）撰写设计说明书。第22组：基本要求同第1人，但对象特性为积分加惯性系统，惯性时间常数为40秒。第23组：基本要求同第2人，但对象特性为积分加惯性系统，惯性时间常数为40秒。第24组：基本要求同第3人，但对象特性为积分加惯性系统，惯性时间常数为40秒。第27组：基本要求同第4人，但对象特性为积分加惯性系统，惯性时间常数为40秒。第28组：基本要求同第5人，但对象特性为积分加惯性系统，惯性时间常数为40秒。第29组：基本要求同第1人，但对象特性为二阶惯性系统，惯性时间常数均为20秒。第30组：基本要求同第2人，但对象特性为二阶惯性系统，惯性时间常数均为20秒。第31组：基本要求同第3人，但对象特性为二阶惯性系统，惯性时间常数均为20秒。第32组：基本要求同第4人，但对象特性为二阶惯性系统，惯性时间常数均为20秒。第33组：基本要求同第5人，但对象特性为二阶惯性系统，惯性时间常数均为20秒。四、可燃气体检测及报警装置1．对常见可燃气体进行自动监测的报警装置2．检测到气体浓度超过设定上限时，发出声光报警3．工作原理：采用的控制方案--直接数字控制（DDC）第34组：1）设计可燃气体检测及报警装置硬件系统，画出框图；2）检测到气体浓度超过设定上限时，发出声光报警；3）采用的控制方案--直接数字控制（DDC）；4）CPU采用单片机；5）撰写设计说明书。第35组：基本要求同第1人，只有第4）点要求不同：4）CPU采用PLC。第36组：基本要求同第1人，只有第4）点要求不同：4）CPU采用PC。五、非编码键盘的扫描程序设计1．通过8155扩展I/O口行列式键盘；2．利用8031微控制器。第37组：1）8155扩展I/O口组成4×8行列式键盘，设计非编码键盘的扫描硬件系统，画出电路图；2）对键盘按键能够正确识别，去抖动；3）键盘扫描；4）撰写设计说明书。第38组：1）8155扩展I/O口组成6×6行列式键盘，设计非编码键盘的扫描硬件系统，画出电路图；2）对键盘按键能够正确识别，去抖动；3）键盘扫描；4）撰写设计说明书。六、逐点比较插补原理的实现设计一个计算机控制步进电机系统，该系统利用PC机的并口输出控制信号，其信号驱动后控制X、Y两个方向的三相步进电机转动，利用逐点比较法插补绘制出各种曲线。1）设计硬件系统，画出电路原理框图；2）定义步进电机转动的控制字；3）推导出用逐点比较法插补绘制出下面曲线的算法；4）编写算法控制程序线；5）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。直线一：（第39组）直线二：（第40组）直线三（第41组）直线四（第42组）圆弧一圆弧一：（第44组）XYOXXYOXXYOXXYOXXYOX圆弧二（第45组）圆弧三（第46组）圆弧四（第47组）XYOXXYOXXYOX第48组题目：直流伺服电机控制系统设计设计内容课程设计对象是直流伺服电机实验台，设计一个计算机控制的直流伺服电机控制系统。由测量元件(位移传感器)对被控对象(电机)的被控参数(位移)进行测量，由变换发送单元(A\D转换器)将被控参数(位移)变成一定形式的信号，送给控制器CPU，控制器将测量信号(实际位移量)与给定信号(位移量)进行比较，若有误差则按预定的控制规律产生一控制信号驱动执行机构(伺服电机控制电源)工作，使被控参数(实际位移量)与给定值(给定位移量)保持一致。其电机位置随动系统：)1)(1()1()(213TsTssTKSG式中，K=100，T1=1.8，T2=0.035，T3=0.15控制算法选用数字PID控制。设计步骤一、总体方案设计二、控制系统的建模和数字控制器设计三、硬件的设计和实现1.选择计算机机型（采用51内核的单片机）；2.设计支持计算机工作的外围电路（EPROM、RAM、I/O端口、键盘、显示接口电路等）；3.设计输入信号接口电路；4.设计信号输出控制电路；5.其它相关电路的设计或方案（电源、通信等）四、软件设计1.分配系统资源，编写系统初始化和主程序模块框图；2.编写A/D转换和位置检测子程序框图；3.编写控制程序和D/A转换控制子程序模块框图；4.其它程序模块(显示与键盘等处理程序)框图。五、编写课程设计