1、遼，遼，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧，寧編號(hào)：學(xué)生姓名：學(xué)生姓名：王金玉王金玉講師：講師：起止時(shí)間：起止時(shí)間：2010 . 12 . 15-2010 . 12 . 242010 . 12 . 15-2010 . 12 . 24本科課程設(shè)計(jì)(論文)課程設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)與評(píng)估課程設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)與評(píng)估學(xué)院(系)電氣工程學(xué)院教學(xué)與研究科：自動(dòng)化備注：結(jié)果：通常20%論文

2、質(zhì)量60%回復(fù)20%百年紀(jì)念專業(yè)學(xué)生姓名課題設(shè)計(jì)基于前饋補(bǔ)償?shù)母呔人欧刂葡到y(tǒng)(論文)任務(wù)1，系統(tǒng)被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為SS SG 25 133) (22，分別用普通的PID算法和前饋補(bǔ)償PID算法控制，給出了兩種方法的跟蹤誤差曲線，并對(duì)結(jié)果的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的比較和分析。 3.采樣周期為1ms，輸入為r=0.5sin(6t)。參數(shù)的值是通過(guò)實(shí)際的p k i k d k驗(yàn)證和調(diào)試獲得的。4.系統(tǒng)曲線要求：穩(wěn)定、上升時(shí)間短、無(wú)靜態(tài)誤差、超調(diào)小、抗干擾能力強(qiáng)。計(jì)劃1，分配任務(wù)，查閱資料，確定系統(tǒng)的組成(1天)2，分析系統(tǒng)功能(1天)3，設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路(3天)4，設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件(3天)5，編寫和打印

3、設(shè)計(jì)說(shuō)明(2天)教師的意見和成績(jī)通常：論文質(zhì)量：答辯：總成績(jī)：教師簽名：本科設(shè)計(jì)(論文)摘要在高精度伺服系統(tǒng)中，速度和方向是控制整個(gè)伺服系統(tǒng)的核心。由于系統(tǒng)硬件的限制，伺服系統(tǒng)的速度和方向控制存在一定偏差，給伺服系統(tǒng)的控制系統(tǒng)帶來(lái)了不利影響。為了解決上述問(wèn)題，在伺服控制系統(tǒng)中引入前饋控制算法，提前處理偏差引起的擾動(dòng)。對(duì)PID算法進(jìn)行了改進(jìn)，并將前饋補(bǔ)償引入到PID算法中，提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。通過(guò)MATLAB仿真圖，比較了兩種算法的輸出和偏差，并分析了兩種算法的優(yōu)缺點(diǎn)。本文主要通過(guò)仿真對(duì)這兩種算法進(jìn)行比較，進(jìn)而反映出兩種算法的優(yōu)缺點(diǎn)。關(guān)鍵詞：伺服系統(tǒng)；前饋補(bǔ)償；MATLAB仿真本科課程設(shè)計(jì)(論

4、文)內(nèi)容第一章緒論.1第2章課程設(shè)計(jì)計(jì)劃.2第3章硬件設(shè)計(jì).3 3.1主電路.3 3.2微控制器最小系統(tǒng)設(shè)計(jì).選擇.4 3.3數(shù)模轉(zhuǎn)換器.5 3.4 MC14433A/D轉(zhuǎn)換器.6 3.5速度傳感器.7第4章軟件設(shè)計(jì).8 4.1 PID控制.8 4.2 P、I、D參數(shù)的預(yù)設(shè)和調(diào)整.10 4.3普通PID控制算法.11 4.4前饋補(bǔ)償PID控制算法.13 4.5程序流程圖.14 4.6 MATLAB仿真程序.15第5章系統(tǒng)測(cè)試和分析.17 5.1離散.17 5.2 MATLAB仿真圖及分析.18第6章課程設(shè)計(jì)總結(jié).20參考文獻(xiàn).第一章簡(jiǎn)介伺服系統(tǒng)是一個(gè)反饋控制系統(tǒng)，用于精確地跟蹤或再現(xiàn)一個(gè)過(guò)程。

5、也叫跟蹤系統(tǒng)。在許多情況下，伺服系統(tǒng)指的是反饋控制系統(tǒng)，其中受控量(系統(tǒng)的輸出)是機(jī)械位移或位移速度和加速度。其功能是使輸出的機(jī)械位移(或旋轉(zhuǎn)角度)精確地跟蹤輸入的位移(或旋轉(zhuǎn)角度)。伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與其他形式的反饋控制系統(tǒng)在原理上沒有區(qū)別。衡量伺服系統(tǒng)性能的主要指標(biāo)是帶寬和精度。帶寬簡(jiǎn)稱為帶寬，由系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性定義，反映了伺服系統(tǒng)的跟蹤速度。帶寬越大，速度越快。伺服系統(tǒng)的帶寬主要受控制對(duì)象和執(zhí)行器的慣性限制。慣性越大，帶寬越窄。一般來(lái)說(shuō)，伺服系統(tǒng)的帶寬小于15 Hz，而大型設(shè)備伺服系統(tǒng)的帶寬小于1 2 Hz。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，由于轉(zhuǎn)矩電機(jī)和高靈敏度測(cè)速機(jī)的發(fā)展，伺服系統(tǒng)被直接驅(qū)動(dòng)，消

6、除或減少了齒隙和彈性變形等非線性因素，帶寬達(dá)到了50 Hz。它已成功應(yīng)用于遠(yuǎn)程導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星和精確指揮官等領(lǐng)域。伺服系統(tǒng)的精度主要取決于所用測(cè)量元件的精度。因此，伺服系統(tǒng)中必須使用高精度測(cè)量元件，如精密電位計(jì)、同步器、旋轉(zhuǎn)變壓器、光電編碼器、光柵、磁柵和球柵。此外，還可以采取其他措施來(lái)提高系統(tǒng)的精度，如通過(guò)減速器將測(cè)量元件(如同步機(jī))的測(cè)量軸連接到旋轉(zhuǎn)軸上，以增大旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度，從而提高相對(duì)測(cè)量精度。采用這種方案的伺服系統(tǒng)稱為精測(cè)粗測(cè)系統(tǒng)或雙通道系統(tǒng)。通過(guò)減速器與轉(zhuǎn)軸嚙合的角度測(cè)量電路稱為密集讀數(shù)通道，直接從轉(zhuǎn)軸獲取的角度測(cè)量電路稱為粗讀數(shù)通道。本科課程設(shè)計(jì)(論文)2第2章課程設(shè)計(jì)方案伺服系

7、統(tǒng)是一種反饋控制系統(tǒng)，用于精確跟蹤或再現(xiàn)某一過(guò)程。也叫跟蹤系統(tǒng)。在許多情況下，伺服系統(tǒng)指的是反饋控制系統(tǒng)，其中控制量(系統(tǒng)的輸出)是機(jī)械位移或位移速度和加速度。其功能是使輸出的機(jī)械位移(或旋轉(zhuǎn)角度)精確地跟蹤輸入的位移(或旋轉(zhuǎn)角度)。伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與其他形式的反饋控制系統(tǒng)在原理上沒有區(qū)別。速度傳感器模/數(shù)轉(zhuǎn)換器89S51控制器模/數(shù)轉(zhuǎn)換器伺服電機(jī)圖2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過(guò)霍爾速度傳感器將數(shù)字量傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)。信號(hào)分析后，單片機(jī)通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換將數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬量信號(hào)，并將模擬量信號(hào)傳送給伺服電機(jī)，達(dá)到系統(tǒng)控制的目的。本科設(shè)計(jì)(論文)3第3章硬件設(shè)計(jì)3.1主

8、電路前饋控制可用于提高高精度伺服控制系統(tǒng)的跟蹤性能。經(jīng)典控制理論中的前饋控制是基于復(fù)合控制思想。當(dāng)閉環(huán)系統(tǒng)是連續(xù)系統(tǒng)時(shí)，前饋回路節(jié)點(diǎn)和閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的乘積為1，這樣輸出完全再現(xiàn)輸入?；谇梆伩刂频乃枷?，對(duì)PID控制設(shè)計(jì)了前饋補(bǔ)償，以提高系統(tǒng)的跟蹤性能。圖3.1主電路(論文)本科學(xué)生課程設(shè)計(jì)4 3.2微控制器最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)89S51是英特爾公司的MCS-51系列微控制器的基礎(chǔ)產(chǎn)品。它是由英特爾可靠的CHMOS技術(shù)制造的高性能8位微控制器，屬于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品。它結(jié)合了HMOS的高速高密度技術(shù)和CHMOS的低功耗特性。它基于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，屬于80C51增

9、強(qiáng)型單片機(jī)版本。它集成了更多功能，如時(shí)鐘輸出和向上或向下計(jì)數(shù)器，并適用于電機(jī)控制等應(yīng)用。89S51內(nèi)置一個(gè)8位中央處理器、256字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、8k片上程序存儲(chǔ)器、32個(gè)雙向輸入/輸出(I/O)端口、3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、5個(gè)兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)、一個(gè)全雙工串行通信端口和一個(gè)片上時(shí)鐘振蕩電路。此外，89S51還可以在低功耗模式下工作，空閑和掉電模式可以通過(guò)兩種軟件選擇。當(dāng)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器定時(shí)器、串行端口和中斷系統(tǒng)保持其功能時(shí)，將中央處理器凍結(jié)在空閑模式。在掉電模式下，內(nèi)存數(shù)據(jù)被保存，時(shí)鐘振蕩停止，芯片中的其他功能同時(shí)停止。89S51在PDIP和PLCC有售。圖3.2課程設(shè)計(jì)(論文)本

10、科學(xué)生單片機(jī)最小系統(tǒng)5 3.3數(shù)模轉(zhuǎn)換器選擇DAC0832是一款單片DC輸出8位/A轉(zhuǎn)換器，采用CMOS工藝制作。如圖3.3所示，分為倒t型電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、運(yùn)算放大器和參考電壓VRE。輸出模擬量與輸入數(shù)字量成正比，實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器有8個(gè)輸入端(每個(gè)輸入端是8位二進(jìn)制數(shù)的一位)和一個(gè)模擬輸出端。輸入可以有28=256種不同的二進(jìn)制配置，輸出是256個(gè)電壓之一。圖3.3 DAC 0832 iou t1 11 lsbd i0 7 iou T2 12 di 1 6 di 2 5 rfb 9 di 3 4 16 vref 8 di 5 15 di 6 14 msbd i7

11、 13 ile 19 wr 2 18 cs 1 2 vdd 20 ag nd 3 dgnd 10 DA C 0832 LM 741 W1 5V 12V-12V V0.本科設(shè)計(jì)(論文)6 3.4微控制器14433A/D轉(zhuǎn)換器微控制器14433是美國(guó)摩托羅拉公司推出的單片3 1/2位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它集成了所有的CMOS模擬電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字電路，具有雙重集成。本發(fā)明具有外部元件少、輸入阻抗高、功耗低、電源電壓范圍寬、精度高等特點(diǎn)，具有自動(dòng)校零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能，只需外部連接少量的電阻和電容元件，就可以形成一個(gè)完整的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其主要功率特性如下：1 .準(zhǔn)確度：讀數(shù)的0.05%；2.模擬電壓輸入范

12、圍：1.999伏和199.9伏；3.轉(zhuǎn)換率：2-25次/秒；4.輸入阻抗：大于1000m。5.輸入阻抗：大于1000m。6.功耗：8 mW(5V電源電壓，典型值)7。功耗：8mW(5V電源電壓)，典型值)圖3.4 MC 14433 q0q 1 q2q 3 ds 1 d2ds 3 ds4 du CCO 1 co 2 C1 ve e VSS vdd vrva g vxc 1r 1 clk 0mc 144330.1 uf 0.1 uf 0.02 uf 470K 300 K5V-5V IN1 IN2.本科設(shè)計(jì)(論文)7 3.5測(cè)速傳感器測(cè)速方案的選擇一般應(yīng)考慮傳感器的結(jié)構(gòu)、安裝、測(cè)速范圍和環(huán)境條等的適

13、用性。其次是對(duì)二次儀表的要求，除顯示外，還包括控制、通信和遠(yuǎn)程傳輸。霍爾傳感器利用霍爾效應(yīng)工作，其核心元件是根據(jù)霍爾效應(yīng)原理制成的霍爾元件。介紹了一種用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速的泵驅(qū)動(dòng)軸。霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.1所示。傳感器的定子有兩個(gè)相互垂直的繞組A和B，霍爾板HA和HB附著在繞組的中心線上，轉(zhuǎn)子為永磁鋼，霍爾元件HA和HB的勵(lì)磁電機(jī)分別與繞組A和B連接，它們的霍爾電極串聯(lián)作為傳感器的輸出。圖3.1霍爾速度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖本科設(shè)計(jì)(論文)8第4章軟件設(shè)計(jì)4.1 PID控制當(dāng)今的自動(dòng)控制技術(shù)是基于反饋的概念。反饋理論的要素包括三個(gè)部分：測(cè)量、比較和執(zhí)行。測(cè)量感興趣的變量，與期望值進(jìn)行比較，并使用該誤差來(lái)校正和調(diào)整控制系統(tǒng)的響應(yīng)。比例積分微分控制器作為最早的實(shí)用控制器已經(jīng)使用了50多年，并且仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。PID控制器簡(jiǎn)單易懂。它在使用中不需要精確的系統(tǒng)模型和其他先決條件，所以它已經(jīng)成為使用最廣泛的控制器。由于其用途廣泛，使用靈活，因此擁有一系列產(chǎn)品，使用時(shí)只需設(shè)置三個(gè)參數(shù)(Kp、Ti和Td)。在許多情況下，不需要所有三個(gè)單元，其中一個(gè)或兩個(gè)可以選擇，但比例控制單元是必不可少的。首先，PID有廣泛的應(yīng)用。盡管許多工業(yè)過(guò)程是非線性或時(shí)變的，但它們可以被簡(jiǎn)化為具