51单片机水温控制系统设计+电路原理图+闭环数字控制的程序框图 第3页
4、软件设计的设计方案和完成了各个单元的详细硬件设计之后，还需要完成与各个单元硬件相关的软件设计。下面首先列出整个温度控制系统的概要程序框图，而后在对其中重要的子程序列出详细程序框图。
4.1 温度控制系统概要程序
其程序框图如图6所示。
4.2 水温给定值读入程序
其程序框图如图7所示。
4.3 水温检测程序
其程序框图如图8所示。
4.4 水温显示程序
其程序框图如图9所示。
4.5 控制量输出程序
其程序框图如图10所示。
4.6 数字控制器算法分析
对于数字控制器的设计方法概括的可以分为两大类：间接设计法和直接设计法。立足于连续系统的设计，并在计算机上采用数字模拟方法实现的称之为间接设计法。直接设计法是根据采样理论对控制系统进行分析和综合，导出相应的控制规律，然后利用计算机软件灵活地实现的过程。这里采用的是数字控制器的直接设计方法，下面根据系统任务要求和已有的经验知识对系统的数字控制器算法进行分析和推倒。
据设计任务给出的被控对象的传递函数可知该被控对象为一个大延迟对象，这里运用大林控制算法进行设计。设计任务给出的控制对象为带有纯滞后的一阶惯性环节，其传递函数为：
G(s)= = (1)
其中 =100为被控对象的时间常数，K为放大系数， =N =50为被控对象的纯延迟时间，为了简化，设其为采样周期( )的整数倍，毕业论文
http://www.751com.cn 即N为正整数。这里取 =25，N=2。
由于大林算法的设计目标是使整个闭环系统的传递函数相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节，即：
Φ(s)= (2)
由于一般控制对象均与一个零阶保持器相串联，所以相应的整个闭环系统的脉冲传递函数是： （其中Z[]为Z变换操作）
(3)
于是数字控制器的脉冲传递函数为：
(4)
具体的，当系统是一届惯性环节时候，其脉冲传递函数为：
将此算式结果带入(4)中，可得：
D(z)= (5)
式中： T=25——采样周期：
=100———被控对象的时间常数；
———闭环系统的时间常数;
取 =50，N=2，K=20,将数字带入算式（5）中可得：
D(z)= =
又有，设计算机输入为E(Z)，输出为U(Z)，则有：
D(z)= = (6)
则有：
将D（Z）式写成差分方程，则有
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