微分先行PID控制系统设计.docx
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微分先行PID控制系统设计
扬州大学能源与动力工程学院
课程设计报告
题目：
微分先行PID控制系统设计
课程：
计算机控制技术课程设计
专业：
电气工程及其自动化
班级：
电气0703
姓名：
高梁
学号：
071301306
第一部分
任
务
书
《计算机控制技术》课程设计任务书
一、课题名称
数字PID控制系统设计
二、课程设计目的
课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达到教学目标的重要环节，是综合性较强的实践教学环节，它对帮助学生全面牢固地掌握课堂教学内容、培养学生的实践和实际动手能力、提高学生全面素质具有很重要的意义。
《计算机控制技术》是一门实用性和实践性都很强的课程，课程设计环节应占有更加重要的地位。
计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它需要控制理论、程序设计、硬件电路设计等方面的知识融合。
通过课程设计，加深对学生控制算法设计的认识，学会控制算法的实际应用，使学生从整体上了解计算机控制系统的实际组成，掌握计算机控制系统的整体设计方法和设计步骤，编程调试，为从事计算机控制系统的理论设计和系统的整定工作打下基础。
三、课程设计内容
设计以89C51单片机、ADC、DAC等电路和运放电路组成的被控对象构成的单闭环反馈控制系统。
1.硬件电路设计：
89C51最小系统加上模入电路ADC0809和模出电路TLC7528；由运放构成的被控对象。
2.控制算法：
微分先行的PID控制算法。
3.软件设计：
主程序、定时中断程序、A/D转换程序、滤波程序、D/A输出程序、PID控制程序等。
四、课程设计要求
1.模入电路能接受双极性电压输入（-5V~+5V），模出电路能输出双极性电压（-5V~+5V）。
2.被控对象每个同学选择不同：
3.PID参数整定，根据情况可用扩充临界比例度法，扩充响应曲线法。
4.定时中断可在10-50ms中选取，采样周期取采样中断的整数倍，可取30-150ms，由实验结果确定。
5.滤波方法可选择平均值法，中值法等。
有关的设计要求可参考《计算机控制实验指导书》的相关内容。
五、课程设计实验结果
1.系统正确运行
2.正确整定PID参数后，系统阶跃响应超调<10%，调节时间尽量短。
六、进度安排
序号
内容
天数
1
布置任务，查阅资料
0.5
2
总体方案确定，硬件电路设计
1.5
3
熟悉实验箱及C语言开发环境，研读范例程序，
1
4
控制算法设计
1
5
软件编程，调试
1
6
实验
1
7
总结，撰写课程设计报告
1
七、课程设计报告内容：
总结设计过程，写出设计报告，设计报告具体内容要求如下：
1．课程设计的目和设计的任务。
2．课程设计的要求。
3．控制系统总框图及系统工作原理。
4．控制系统的硬件电路连接图（含被控对象），电路的原理。
5．软件设计流程图及其说明。
6．电路设计，软件编程、调试中遇到的问题及分析解决方法。
7．实验结果及其分析。
8．体会。
第二部分
课
程
设
计
报
告
1课题简介
1.1课程名称............................................................................................................................６
1.2课程设计目的....................................................................................................................６
1.3课程设计内容....................................................................................................................６
1.4课程设计要求....................................................................................................................６
2方案设计
2.1设计步骤.............................................................................................................................7
2.1系统流程图及工作原理.....................................................................................................7
3硬件电路设计
3.1被控对象设计.......................................................................................................................8
3.2硬件电路图............................................................................................................................8
4控制算法设计...............................................................................................................................9
5软件编程设计
5.1设计流程图.............................................................................................................................10
5.2程序.........................................................................................................................................11
6实验结果与分析..........................................................................................................................15
7小结与体会.....................................................................................................................................17
参考文献................................................................................................................................................18
1课题简介
1.1课题名称
微分先行PID控制系统设计
1.2课程设计目的
课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达到教学目标的重要环节，是综合性较强的实践教学环节，它对帮助学生全面牢固地掌握课堂教学内容、培养学生的实践和实际动手能力、提高学生全面素质具有很重要的意义。
《计算机控制技术》是一门实用性和实践性都很强的课程，课程设计环节应占有更加重要的地位。
计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它需要控制理论、程序设计、硬件电路设计等方面的知识融合。
通过课程设计，加深对学生控制算法设计的认识，学会控制算法的实际应用，使学生从整体上了解计算机控制系统的实际组成，掌握计算机控制系统的整体设计方法和设计步骤，编程调试，为从事计算机控制系统的理论设计和系统的整定工作打下基础。
1.3课程设计内容
设计以89C51单片机、ADC、DAC等电路和运放电路组成的被控对象构成单闭环反馈控制系统。
1.硬件电路设计：
89C51最小系统加上模入电路ADC0809和模出电路TLC7528；由运放构成的被控对象。
2.控制算法：
PID控制加史密斯预估控制。
3.软件设计：
主程序、定时中断程序、A/D转换程序、滤波程序、D/A输出程序、PID控制加史密斯预估控制程序。
1.4课程设计要求
1.模入电路能接受双极性电压输入（-5V~+5V），模出电路能输出双极性电压（-5V~+5V）。
2.被控对象
３.定时中断间隔可在10-20ms中选取，采样周期T取采样中断间隔的整数倍，可取30-50ms。
４.PID控制器用凑试法整定。
５.滤波方法可选择平均值法，中值法等。
2微分先行PID控制方案设计
2.1设计步骤
1、进行硬件设计，根据Ｇ（Ｚ）改造被控对象
2、进行微分先行控制算法计算
3、读范例程序，画出流程图，进行修改
4、连线，调试实验结果
2.2控制系统总框图及系统工作原理
图１ 系统框图
（1）采样y（t）
（2）计算
（3）计算
（4）进行PI计算u（k）
（5）输出u（k）
微分先行PID原理：
它和标准PID控制的不同之处在于，只对被控量y（t）微分，不对偏差e（t）微分，也就是说对给定r（t）无微分作用。
这样就可避免给定值的升降给控制系统带来冲击。
3微分先行PID控制硬件电路设计
3.1被控对象设计
被控对象
由运放和电阻电容组成，如图２所示。
其中，
R1=100K,C1=2Uf,R2=20K
R3=100K,C2=4Uf,R4=200K
图２ 被控对象电路图
3.2硬件电路连接图
图３ 硬件电路连线图
4微分先行PID控制控制算法设计
其中
而yd（k）可通过双线性变换法得到，过程如下
………………①
由①式变型、整理得
………②
将上式k变换得到
………③
5微分先行PID控制软件编程设计
5.1设计流程图
图４ 设计流程图
5.2程序
/*****************************************
文件名：
PID.C
功能描述：
实现数字PID调节器的功能。
*****************************************/
#include
#include
#include
/*****************************************
宏定义
*****************************************/
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#defineADCXB
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