最少拍控制
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计算机控制技术课程设计
设计题目：
最少拍控制系统设计
学 院：现代科技学院
专 业：自动化
班 级：08班
学 生：
学 号：2008
指导教师：贾敏智
设计日期：2011年7月12日
成绩
目 录
摘要......................................................................3
一、课程设计内容和要求............................................................ 3
二、硬件设计和实现........................................................ 4
三、硬件选择依据和原理........................................................... 5
四、硬件接线图.....................................................................7
五、流程图........................................................... 8
六、控制算法的设计和实现........................................................ 8
七、程序清单........................................................... 10
八、MATLAB仿真...........................................................18
九、运行结果.......................................................... 18
十、课设心得...................................................19
十一、参考文献...................................................... 19
摘要
关键字：最少拍控制；微型计算机；无波纹；D（Z）的设计方法
最少拍控制器是基于准确的被控对象而建立的一种控制算法。
随动系统式一种速度跟踪系统，它的主要性能指标是快速性，要求系统的输出值尽快地跟踪给定值地变化。应用数字控制器设计的随动系统的快速性一般以系统需要多少个采样周期数来表征。通常称一个采样周期为一拍，无疑在越少的拍数内，系统的输出能跟上给定值，则系统的快速性越好。最少拍控制就是为满足这一要求的一种离散化设计方法。所谓最少拍控制，就是要求闭环系统对于某个典型的输入，设计D(z) 使闭环系统响应在最少的采样周期内（最少拍）达到采样点上无静差的稳态，且闭环脉冲传递函数具有以下形式：
Φ(z)= Φ1z-1+Φ2z-2+„ΦNz-N
其中N为可能情况下的最小正数。
这一形式表明闭环系统的脉冲响应在N个采样周期后变为零，即系统在N拍之内达到稳定
一、 课程设计内容和要求
控制对象传递函数为5()(0.81)Gsss，采用TDN-AC/ACS计算机控制技术实验箱为平台，完成最少拍控制系统设计。
设计阶跃输入下的最少拍有波纹和斜波输入的无波纹控制器。
1) 以8088CPU为基础设计计算机控制系统硬件电路，包括支持计算机工作的外围电路（EPROM、RAM、键盘、显示、通信端口等）。
2) 以ADC0809和DAC0832为模数/数模转换器，设计输入输出通道。
3) 以试验箱上的运算放大器模块为基础构建对象模型。
4）画出系统程序框图；
5）分配系统资源，编写系统初始化和主程序模块；
6）编写数字控制器软件模块；
7）编写A/D转换器处理程序模块；数字滤波程序。
8）编写输出控制程序模块；
9）其它程序模块。
在试验箱上搭建试验系统。对所编写的程序进行编译调试，验证控制算法。
二、硬件设计和实现
8086CPU 中寄存器总共为 14 个，且均为 16 位 。即 AX，BX，CX，DX，SP，BP，SI，DI，IP，FLAG，CS，DS，SS，ES 共 14 个。而这 14 个寄存器按照一定方式又分为了通用寄存器，控制寄存器和段寄存器。
通用寄存器：AX，BX，CX，DX 称作为数据寄存器：
AX (Accumulator)：累加寄存器，也称之为累加器；BX (Base)：基地址寄存器；
CX (Count)：计数器寄存器；DX (Data)：数据寄存器；
SP 和 BP 又称作为指针寄存器：SP(Stack Pointer)：堆栈指针寄存器；
BP (Base Pointer)：基指针寄存器；
SI 和 DI 又称作为变址寄存器：SI(Source Index)：源变址寄存器；
DI (Destination Index)：目的变址寄存器；
控制寄存器：IP(Instruction Pointer)：指令指针寄存器； FLAG：标志寄存器；
段寄存器：CS(Code Segment)：代码段寄存器;DS(Data Segment)：数据段寄存器;SS (Stack Segment):堆栈段寄存器;ES (Extra Segment)：附加段寄存器；
数据寄存器有 AX，BX，CX，DX 四个组成，
AX 寄存器可以分为两个独立的 8 位的 AH 和 AL 寄存器；
BX 寄存器可以分为两个独立的 8 位的 BH 和 BL 寄存器；
CX 寄存器可以分为两个独立的 8 位的 CH 和 CL 寄存器；
DX 寄存器可以分为两个独立的 8 位的 DH 和 DL 寄存器；
8086输入输出结构：在8086微机系统中，配置了一定数量的输入/输出设备，而这些设备必须通过输入/输出，即I/O接口芯片与CPU相连接。每个I/O接口芯片都有一个或几个I/O端口，像存储器一样，每个I/O端口都有一个惟一的端口地址，以供CPU访问。
由于8086用地址总线的低086 CPU可以访问的I/O端口地址共有64KB，其地址为0000H～FFFFH。这些端口均为8位端口（即通过该端口一次输入/输出一个字节信息）。对端口的寻址有直接寻址方式和间接寻址方式两种。直接寻址适用于地址在00H～FFH范围内的端口寻址。间接寻址适用于地址在0100H～FFFFH范围内的端口寻址（所有端口均可采用间接寻址方式）。
三、硬件选择依据和工作原理
1.存储器扩展，微型计算机系统要扩展的存储器主要有用来存的EPROM，存放数据的EEPROM,存放随机采样数据的RAM，用户可根据需要进行选择。
2.模拟量输入通道的扩展，模拟量通道的扩展有以下两个问题。（1）数据采集通道的结构形式。（2）A/D转换器的选择。
3.输出通道的扩展，模拟量输出通道是微型机控制系统与执行机构连接的纽带和桥梁。
4.开关量I/O接口设计，由于开关量只有两种状态“1”或“0”，每个开关量只需一位二进制表示即可。
5.操作面板，它是人机对话的纽带。主要作用有：
（1）输入源程序到存储器，或者通过面板操作来监视程序执行情况；
（2）打印，显示中间结果或最终结果；
（3）根据工艺要求，修改一些检测点的参数及给定值；
（4）设置报警状态，选择工作方式以及控制回路等；
（5）完成手自动勿扰的切换；
（6）进行现场手动操作；
（7）完成各种显示画面。
6.系统速度匹配问题，在不影响系统速度的情况下，时钟频率选底一些为好，这样可降低系统对其它元器件工作速度要求，从而降低成本提高系统可靠性。当系统频率选得比较高时，要设法使其它原件与主机匹配。
7.系统负载匹配问题，主要表现在：
（1）逻辑电路间的接口及负载匹配问题
（2）微型机负载匹配问题
原理图
如图，R为输入，C为输出，计算机对误差E定时采样按D（Z）计算输出控制量U。采样周期T=0.8S，（Z）为计算机输入，U（Z）为输出，有：
1230123123123()()()1UZDZEZKKZKZKZPZPZPZ
式中Ki与Pi取值范围：–0.9999~+0.9999，计算机分别用相邻三个字节存储其BCD
码。最低字节存符号，00H为正，01H为负。中间字节存前2位小数，最高字节存末2位小数
8088微机的8253产生定时信号，定时10ms，采样周期T为：msTTK10
KT需事先送入2F60H单元，取值范围：01H到FFH，对应的范围：10ms到255ms。
系数存储安排表：
K0 2F00H 2F01H
2F02H
K1 2F03H 2F04H 2F05H
K2 2F06H 2F07H 2F08H
K3 2F09H 2F0AH 2F0BH
P1 2F0CH 2F0DH 2F0EH
P2 2F0FH 2F10H 2F11H
P3 2F12H 2F13H 2F14H
四、硬件接线图
五、流程图
六、控制算法的设计和实现
1230123123123()()()1UZDZEZKKZKZKZPZPZPZ
采样周期T=0.8S，E(Z)为计算机输入，U(Z)输出，有：
式中1K与1P取值范围：－0.9999～0.9999
将D(Z)式写成差分方程，则有：
0112233112233()KKKKKKKUKKEKEKEKEPUPUPU
式中3KKEE误差输入；3KKUU计算机输出。
单位阶跃信号下，最少拍数字控制器：
