自动化工程与科学学院
计算机控制过程设计
班级：09级 姓名： 学号： 4012
指导老师：刘屿 日期： 2012年7月3日
一、课程设计内容任务
1、针对一个具有大纯时延时间的一阶惯性环节(G(s)=K*e-θs/(Ts+1))温度控制系统和给定的系统性能指标，(工程要求相角裕度为30～60，幅值裕度>6dB);要求测量范围-50℃～200℃，测量精度0.5％，分辨率0.2℃； 2、书面设计一个计算机控制系统的硬件布线连接图，并转化为系统结构图； 3、选择一种控制算法并借助软件工程知识编写程序流程图； 4、用MATLAB和SIMULINK进行仿真分析和验证；
K=10*log(C*C-sqrt(C)),rand(‘state’,C),T=rand(1), θ=0或T/2，C为
学号的后3位数，如：C=325，K=115.7，T=0.9824，θ=0或0.4912； 5、进行可靠性和抗干扰性的分析； 6、书写设计体会和心得。
二、对课设任务的理解和分析
1、该任务是针对一个特定的控制对象进行可靠性和稳定性控制，选取实际生活中常见的 温度为控制对象；
2、该任务只需要一个控制对象，进行可靠性和抗干扰性分析时设定随机干扰量，观察仿真图形和性能，故可以选取简单回路控制系统模型进行设计；
3、硬件设计过程采取分步设计，由局部到整体，主要有温度检测模块、输入通道部分、输出通道部分、接口扩展部分、晶振和复位电路模块、调压触发电路、数码管显示等； 4、编写程序流程图，采取正确的思路和方法，包括主程序流程图、8155初始化、滤波、键盘输入、达林算法、延时等；
5、取θ= 0，无纯延时一阶惯性环节，可选用PID算法和最小拍系统设计的方法设计调节器，为了获得最短的调整时间，故选用数字调节器实现的最小拍系统设计方法，先求得闭环传递函数H(z）,再求解数字调节器D(z)；取θ= T/2，大纯时延系统的控制算法有多种，根据其特定性能，本设计在PID算法和达林算法之间权衡之后做出选择，最终采用达林控制算法来实现系统控制，取期望闭环传递函数H(s)，求解出数字控制器D(z)及其差分方程；编写程序流程图，采取正确的思路和方法，包括主程序流程图、8155初始化、滤波、键盘输入、达林算法、延时等；
6、仿真分析和验证过程采用MATLAB和SIMULINK实现，主要针对仿真性能调节系统参数，并结合典型输入信号的随机干扰进行可靠性、稳定性和抗干扰性分析。
三、硬件连线图设计
1、计算机控制系统的硬件结构框图（简单回路计算机控制系统的结构图），主要由模拟输入通道和模拟输出通道组成，通过该回路对控制对象不断的调整，指导满足系统要求及
各项性能指标。
MCS-51 D/A转换器 调节器 调节阀 过程控制 晶振 电路
并行接口8155 数码管显示 键盘输入 A/D转换器 变送器 2、晶振以及复位电路：其中VCC为5V，晶振频率为12MHz
D1的作用有两个：作用一是将复位输入的最高电压钳在Vcc+0.5V 左右，另一作用是系统断电时，将R1电阻短路，让C3快速放电，让下一次来电时，能产生有效的复位。当MCS-51在工作时，按下S1开关时，复位脚变成低电平，触发80C52芯片复位。
3、温度检测及整形滤波放大电路：
如上图中所示，检测部分采用桥式压差检测电路，经过低通有源滤波放大电路，得到AD574A的模拟输入电压（0－5V之间）信号,并将信号传送给AD574AIN0口。
4、A/D转换器电路
根据题目要求，温度测量范围为?50oC~200oC，分辨率为0.2oC，则测量是量程为
250oC200C?(?50C)?250C，再由2??1250，可得n?10.29。可取n?12，即o0.2Cooon采用12位的ADC和12位的DAC。
250oC当采用12位ADC进行模/数转换时,其分辨率为远远满足设计要求。?0.06oC，122可采用ADC574A芯片。
8051的P0口作为ADC574A的地址线，P0口作为数据线，用于接收获取AD574A的转换结果。P0口经地址锁存器74373锁存，并经三-八译码器74138译码后的Y2N信号作为ADC574A的片选信号输入。电路图如下：
5、D/A转换器电路
由上分析，本设计需要采用12位的A/D转换器，与之相对应，可采用12位的D/A转换器DAC1208芯片进行模/数转换。
8051的P0口作为DAC1208的地址线，P0口和P2.0、P2.1、P2.2、P2.3口作为数据线，用于传送经达林算法后的运算结果。P0口经地址锁存器74373锁存，并经三-八译码器74138译码后的Y0信号作为DAC1208的片选信号输入。 8051与DAC1208的连接图如下所示：
四、系统结构图：
r(t) + e(t) e(kT) u(kT) u(t) y(t) 数字控制器 保持器 被控过程 - T 其控制过程可描述如下：
1) 只有在采样开关闭合（即采样）的kT时刻，才对系统误差e(t)的瞬时值进行检测，
也就是将整量化了的数字量e(kT)输入给计算机（数字控制器）。这一过程称为实时采集。
2) 计算机对所采集的数据e(kT)进行处理，即依给定的控制规律（数字控制器）确定该
kT采样时刻的数字控制量u(kT)。这一过程称为实时决策。
3) 将kT采样时刻决策给出的数字控制量u(kT)转换为kT时刻生效的模拟控制量u(t)控
制被控对象。这一过程称为实时控制。
五、程序流程图
由于要使用计算机作为控制设备，要对温控对象实现较好的控制，使其满足较好的性能指标，故本设计采取程序主要包括如下部分：
主程序 T1中断程序 采样中断程序 达林算法程序等