陈龙计算机控制系统

课程设计题目：计算机控制系统课程设计学生姓名：陈龙学院：能源与动力工程学院专业：能源与环境系统工程班级：能环12-2班指导教师：王胜捷设计时间：2016.1.11—2016.1.17学校代码：10128学号：201220307051计算机控制系统课程设计内蒙古工业大学课程设计任务书学院（系）：能源与动力工程课程名称：计算机控制系统课程设计专业班级：能环12-2学生姓名：陈龙学号：201220307051指导教师（签名）：王胜捷一、课程设计题目1.对某一特定对象进行计算机控制系统的离散化设计2．对某一对象进行DDC原则性设计二、课程设计的目的通过本课程设计，使学生能较好的使用离散化设计方法对被控对象进行校正分析；对计算机控制系统DDC设计过程中的方案设计有初步了解，通过该设计在一定程度上使学生对计算机控制系统所学知识进行整合，使其得到一次全面、系统、独立的培养。三、课程设计的主要内容和要求已知条件：1、设有限拍无波纹随动系统如图，对象特性G(S)=10/S(1+0.1S)采用零阶保持器，采样周期T=1S,试设计单位速度输入时有限拍无波纹调节器D(Z)。2、某加热炉燃烧系统如图，试进行DDC方案原则性设计，使加热炉能环保经济的运行。计算机控制系统课程设计要求：1、严格遵守作息时间，认真完成课程设计，设计共计一周。2、按要求完成课程设计说明书一份。四、工作进度安排1、根据已知技术参数完成计算机控制系统的离散化设计。（2天）2、根据题目设计相应的控制方案，画出原则性系统结构图，说明系统各部分的作用及工作原理。（2天）3、编写课程设计说明书（1天）五、主要参考文献教材:《计算机控制系统》.何克忠.清华大学出版社.1998.《计算机控制系统》.王锦标.清华大学出版社.2004参考书：《微型计算机控制技术》.谢剑英、贾青.国防工业出版社.2001.《计算机控制系统分析与设计》.张玉明电力出版社.2000《Computer-ControlledSystems》.KarlJAstrom.清华大学出版社.2002.审核批准意见系（教研室）主任（签字）计算机控制系统课程设计摘要波纹节拍器是计算机是计算机控制系统的重要组成部分。课程设计分为有限拍无纹波设计和DDC系统的设计两部分。有限拍无纹波设计是系统在典型输入信号作用下，经过尽可能少的的采样周期后，系统达到稳定，并且在采样点之间没有纹波。系统的性能指标是调节时间最短。在波纹节拍器的设计中，按照程序设计至关重要。DDC系统的设计分为开发设计和应用设计两部分。开发设计是生产最终用户所需的硬件和软件，应用设计时选择被控对象所需的硬件、软件和控制方案。应用设计的过程按顺序可以分为可行性研究、初步设计、详细设计、组态设计、应用组态、安装调试、现场投运7个阶段。本文讨论其中的控制方案设计、工程设计和运行调试。关键词：计算机控制系统；离散化设计；有限拍无纹波；DDC设计计算机控制系统课程设计目录第一章计算机控制系统的离散化设计.........................................................................................11.1有限拍无纹波设计依据......................................................................................................11.1.1有限拍设计概述............................................................................................................11.1.2有限拍调节器的设计....................................................................................................21.1.3有限拍无纹波设计........................................................................................................41.2有限拍无纹波设计实例......................................................................................................5第二章DDC原则性设计..............................................................................................................82.1DDC系统的开发设计概述...................................................................................................82.2DDC系统的应用设计...........................................................................................................92.2.1应用设计的原则............................................................................................................92.2.2应用设计的内容..........................................................................................................102.2.3加热炉DDC系统的控制方案设计...........................................................................102.2.4DDC系统的硬、软件的选择及调试..........................................................................19结论..................................................................................................................错误!未定义书签。参考文献.......................................................................................................................................21计算机控制系统课程设计第一章计算机控制系统的离散化设计本章分为设计依据和设计实例两部分。介绍了离散化设计中的有限拍无纹波调节器设计是在Z平面上设计的方法，对象可以用离散模型表示，或者用离散化模型表示的连续对象。离散化设计时也应该合理选择采样周期，系统必须工作在线性区。1.1有限拍无纹波设计依据1.1.1有限拍设计概述有限拍设计是在系统在典型的输入作用下，设计出数字调节器，使系统的调节时间最短或者系统在有限个采样周期内结束过渡过程。有限拍控制实质上是时间最优控制，系统的性能指标是调节时间最短（或者尽可能地短）。典型输入的Z变换具有mzzAzR)1()()(11的形式。有限拍随动系统如图1-1示，图中D（z）是数字调节器模型，由计算机实现，)(0sH是零阶保持器的传递函数。图1-1有限拍随动系统G(s)是控制对象的传递函数，零阶保持器和控制对象离散化以后，成为广义对象的Z传递函数HG(z)HG(z)=Z[)()(0sGsH]（1-1）有限拍随动系统的闭Z环传递函数)()(1)()(zHGzDzHGzDGc（1-2）有限拍随动系统的误差Z传递函数计算机控制系统课程设计)(1)()()(zGzRzEzGce=)]()(1[1zHGzD（1-3）有限拍随动系统的调节器由（1-2）和（1-3）可得)()()()(zHGzGzGzDec（1-4）由式（1-4）可见．有限拍数字调节器跟对象持性HG(z)和闭环Z传递函数有关，也跟误差Z传递函数)(zGe有关。众所周知，随动系统的调节时间也就是系统的误差e(kT)达到恒定值或趋于零所需要的时间，根据Z变换的定义kkzkTezE0)()(=123(0)()(2)(3)()...keeTzeTzeTzekTz（1-5）由式（1-5）就可知道(0),(),(2),...,(),...eeTeTekT。有限拍系统就是要求系统在典型的输入作用下，当k≥N时，)(kTe为恒定值或)(kTe等于零。N为尽可能小的正整数。由式（1-3）得)()()()(zGzRzGzEeemzzA)1()(11（1-6）在特定的输入作用下，为了使（1-6）式中E（z）是尽可能少的有限项，必须合理地选择)(zGe。1.1.2有限拍调节器的设计由（1-4）式，有限拍调节器)()()()(zHGzGzGzDec，它跟系统的闭环Z传递函数)(zGc和输入型式[与选择的)(zGe]有关，也跟对象的特性)(zHG有关。当对象特性)(zHG中包含rz因子以及单位圆上（z=1除外）和单位圆外的零点时，有限拍调节器将可能无法实现。计算机控制系统课程设计设)(zHG=niiliirzpzzz1111)1()1(（1-7）则niienicirzzzGzGzpzzD1111)1()()()1()(（1-8）式中，iz是)(zHG零点，ip是)(zHG极点。由式（1-8）可见，若)(zD中存在rz环节，则表示数字调节器应具有超前特性，即在环节施加输入信号之前r个采样周期就应当有输出，这样的超前环节是不可能实现的。所以)(zHG分子中含有rz因子时，必须使闭环Z传递函数)(zGc的分子中含有rz因子，以抵消)(zHG中的rz因子，以免)(zD中出现超前环节rz。在式（1-8）中，若在11(1)niizz中，存在单位圆上（1iz除外）和单位圆外的iz时，则)(zD将是发散不可实现的，因此，)(zD中不允许包含)(zHG的这类零点，也不允许它们作为)(zGc的极点，所以只能把)(zHG中iz≥1（1iz除外）的零点作为)(zGc的零点，从而保证了)(zD的稳定性。当然，)(zGc的分子部分增加了这些iz≥1（1iz除外）的零点以后，将使调节时间st加长。由式（1-4），有限拍系统的闭环传递函数)()()()(zGzHGzDzGec（1-9）若对象特性)(zHG的极点niizp11)1(中，存在单位圆上（1ip除外）或单位圆外的极点时，为了保证系统的输出稳定，)(zHG的单位圆上（1ip除外）或单位圆外的极点，用)(zGe的零点对消掉。综上所述，设计有限拍调节器时，必须顾及)(zD的可实现性要求，合理选择)(zGc和)(zGe。计算机控制系统课程设计（1）)(zD必须是可实现的，)(zD不包含单位圆上（1iz除外）或单位圆外的极点；)(zD不包含超前环节。（2）选择)(zGc时，应把)(zHG分子中rz因子，作为)(zGc分子的因子，即)(zGc的分子部分必须包含)(zHG分子部分的因子rz（r=1,2,3，…）；应把)(zHG的单位圆上（1iz除外）和单位圆外的零点作为)(zGc的零点。（3）选择)(zGe时，必须考虑输入型式，并把)(zHG的所有不稳定极