Разработка микропроцессорного устройства управления технологическим процессом - Курсовая работа

Министерство науки и образования РФ Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу «Микропроцессорные системы» на тему: «Разработка микропроцессорного устройства управления технологическим процессом»Сейчас, во времена активной глобализации, коммерциализации и, в связи с этим, автоматизации всего и вся, кремниевым «разумом» обладает даже самый простой бытовой предмет - например, будильник или градусник. Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему - тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора.В ходе выполнения данного курсового проекта необходимо разработать микропроцессорное устройство управления технологическим процессом. В исходных данных задана математическая модель технологического процесса, представленная дифференциальным уравнением третьего порядка следующего вида: Технологический процесс представляет собой объект управления. Далее по дифференциальному уравнению будет составлена передаточная функция технологического процесса. Микроконтроллер (МК) представляет собой однокристальную ЭВМ, включающую микропроцессор, необходимые виды памяти и каналы ввода/вывода аналоговой и цифровой информации.Подробная функциональная схема технологического процесса имеет следующий вид (рисунок 1): Рисунок 1. Целесообразно вводить ЦВМ в систему управления объектом в тех случаях, когда требуется обрабатывать большое количество поступающей информации и когда на ЦВМ возлагается решение ряда задач с обслуживанием нескольких зависимых или независимых каналов управления. Использование этих преобразований позволяет распространить развитые для расчета непрерывных систем эффективные частотные методы и на дискретные системы, в частности на системы с ЦВМ.Структурная схема микропроцессорной системы представлена на рисунке 2: Рисунок 2. Структурная схема МПС где g - задающая величина (входное воздействие);Передаточную функцию технологического процесса составим по дифференциальному уравнению математической модели технологического процесса. Перейдем к символической форме записи дифференциальных уравнений, используя символ дифференцирования: Запишем исходное дифференциальное уравнение в символической форме. Далее перейдем к преобразованию Лапласа путем замены на комплексную переменную и получим передаточную функцию элемента: где , - преобразования Лапласа (изображения) выходной и входной величин соответственно. Т.к. дифференцирующее звено корректирующего устройства изменяет наклон ЛАЧХ на 20дб/дек, а для выполнения требований устойчивости и качества переходного процесса ЛАЧХ должна иметь наклон-20ДБ/дек, то необходимо ввести в систему 1 звено дифференцирующего устройства, дискретная передаточная функция которого имеет вид: Для получения заданного показателя колебательности М необходимо иметь: где М=1,3..1,5, определяется по графику ЛАЧХ неустойчивого переходного процесса. При известном T и , по выражению , можно определить дискретную передаточную функцию, которая, при подстановке, имеет вид: Подставим найденные значения ? и Т в D(z): Получаем дискретную передаточную функцию следующего вида: Но при таких значениях коэффициентов и система не соответствует требованиям качества, поэтому уменьшим T до 0.002 и получим: 5.В общем случае передаточная функция ЦВМ ? 1 и представляет собой некоторое дробно-рациональное выражение: где и - изображения (z-преобразования) последовательностей на входе и на выходе ЦВМ. Тогда Отсюда может быть получено разностное уравнение, соответствующее алгоритму работы ЦВМ: a0u(n) a1u(n-1) … aku(n-k) = b0x(n s-k) b1x(n s-k-1) … bsx(n-k), где u(n) и x(n) - дискретные последовательности на входе и выходе ЦВМ. Результирующая передаточная функция разомкнутой системы в этом случае: где - передаточная функция разомкнутой системы, определяемая выше приведенными формулами при D(z) = 1. Работа в реальном масштабе времени означает, что длительность цикла обработки информации Тц в цифровом управляющем устройстве согласована с требованиями к качеству управления, с частотными характеристиками элементов контура управления и со спектрами возмущений. Получим алгоритм работы ЦВМ: Разделив числитель и знаменатель на z, получим уравнение следующего вида: Тогда уравнение алгоритма работы ЦВМ (разностное уравнение) будет иметь следующий вид: Исходя из разностного уравнения и выше приведенных требований, составим алгоритм работы цифровой вычислительной машины (рисунок 8): Рисунок 8.От разностного уравнения перейдем к функции времени с периодом дискретизации T: Запишем уравнение с коэффициентами в шестнадцатеричном формате: На вход будем подавать единичный сигнал. Для получения дискретной передаточной функции корректирующего звена перейдем от функции времени к разностной функции.Для проверки правильности работы программы выполним ручной просчет.

Содержание

Введение

1. Анализ задания

2. Разработка функциональной схемы МПС

3. Разработка структурной схемы МПС

4. Расчет параметров устройства управления

5. Моделирование динамики системы с применением ППП «MATLAB/Simulink»

6. Разработка алгоритма управления

7. Разработка программы

7.1 Исходные данные

7.2 Результаты работы программы

Заключение

Библиографический список

Приложение A