计算机控制技术课程设计

由天下分享时间：2025/3/20 20:56:07 加入收藏我要投稿点赞

1 引言................................................................... 0 2 课程设计任务和要求.................................................... 1 3 直流伺服电机控制系统概述.............................................. 1

3.1 直流伺服系统的构成............................................... 1

3.1.1 伺服系统的定义............................................. 1 3.1.2 伺服系统的组成............................................. 1 3.1.3 伺服系统的控制器的分类..................................... 2 3.1.4 直流伺服系统的工作过程..................................... 3

4 直流伺服电机控制系统的设计............................................ 4

4.1方案设计步骤 ..................................................... 4 4.2 总体方案的设计................................................... 4 4.3控制系统的建模和数字控制器设计 ................................... 6 4.4数字PID工作原理 ................................................. 7 4.5数字PID算法的simulink仿真 ...................................... 7 5 硬件的设计和实现....................................................... 8

5.1 选择计算机机型（采用51内核的单片机）............................ 8

5.1.1 80C51电源 ................................................. 9 5.1.2 80C51时钟 ................................................. 9 5.1.3 80C51 控制线............................................... 9 5.1.4 80C51 I/O接口 ............................................ 10 5.2 设计支持计算机工作的外围电路（键盘、显示接口电路等）............ 10

5.2.1数据锁存器 ................................................ 10 5.2.2键盘 ...................................................... 10 5.2.3显示器 .................................................... 11 5.2.4数模转换器ADC0808......................................... 11 5.3 其它相关电路的设计或方案........................................ 12

5.3.1 供电电源设计.............................................. 12 5.3.2 检测电路设计.............................................. 13

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5.3.3 功率驱动电路.............................................. 13 5.4 仿真原理图...................................................... 13 6软件设计 .............................................................. 14

6.1 程序设计思想.................................................... 14 6.2 主程序模块框图.................................................. 14 6.3编写主程序 ...................................................... 14 7 总结................................................................. 15 附录1 ADC0808程序...................................................... 16 附录2 数字控制算法程序 ................................................. 17 参考文献 ............................................................... 18

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1 引言

半个世纪来，直流伺服控制系统己经得到了广泛的应用。随着伺服电动机技术、电力电子技术、计算机控制技术的发展，使得伺服控制系统朝着控制电路数字化和功率器件的模块化的方向发展。

本文介绍直流伺服电机实验台的硬件、软件设计方案。通过传感器对电机位移进行测量，控制器将实际位移量与给定位移量进行比较，控制信号驱动伺服电机控制电源工作，实现伺服电机的位置控制。其电机位置随动系统硬件设计主要包括:总体方案设计、单片机应用系统设计、驱动电路设计和测量电路设计。软件编制采用模块化的设计方式，通过系统的整体设计，完成了系统的基本要求，系统可以稳定的运行。

本次设计说明书主要包括主要包括主程序设计、模数转换器ADC0809程序及数字控制算法程序的设计等内容。

通过本次设计，加深在计算机控制系统课程中所学的知识的理解，提高电气设计与分析的能力，为今后的工作打下基础。

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2 课程设计任务和要求

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：

G(S)?K(T3s?1)

s(T1s?1)(T2?1)式中，K=50， T1=1.1，T2=0.15，T3=0.2 控制算法选用数字PID控制。

要求根据所给条件确定能够根据功能要求查找相关的元器件的说明书。能够对元器件的说明书进行学习并掌握元器件的控制方法和时序要求。能够利用相关仿真软件对电路进行仿真调试。能够按着规范的课程设计的格式完成课程设计报告。按照任务书要求，提交一份纸制课程设计报告，控制程序工程文件。

3 直流伺服电机控制系统概述

伺服系统也称为随动系统，属于自动控制系统的一种，它是用来控制被控对象的转角或位移，使其能自动的、连续的、精确地复现输入指令的变化规律，它通常具有负反馈的闭环控制系统。 3.1 直流伺服系统的构成 3.1.1 伺服系统的定义

“伺服系统”是指执行机构按照控制信号的要求而动作，即控制信号到来之前，被控对象时静止不动的；接收到控制信号后，被控对象则按要求动作；控制信号消失之后，被控对象应自行停止。

伺服系统的主要任务是按照控制命令要求，对信号进行变换、调控和功率放大等处理，使驱动装置输出的转矩、速度及位置都能灵活方便的控制。 3.1.2 伺服系统的组成

伺服系统是具有反馈的闭环自动控制系统。它由检测部分、误差放大部分、部分

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及被控对象组成。

（1）功率变换器

直流伺服系统功率变换器的主要功能是根据控制电路的指令，功率变换器主要包括控制电路、驱动电路、功率变换主电路等。