微分先行PID控制系统设计.docx

1、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

2、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、。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

4、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0.52总体方案确定，硬件电路设计1。53熟悉实验箱及C语言开发环境，研读范例程序,14控制算法设计15软件编程,调试16实验17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。.。.。.。.。.

5、。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 1。2课程设计目的.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 1.3课程设计内容。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 1。4课程设计要求。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 2 方案设计2.1 设计步骤.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。

6、.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 72。1 系统流程图及工作原理。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 73 硬件电路设计3.1被控对象设计.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 83.2硬件电路图。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 84 控制算法设计。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.

7、。.。.。.。.。.。.。. 95 软件编程设计5.1设计流程图.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 105。2程序。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 116 实验结果与分析.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 157 小结与体会。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.

8、。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 17参考文献.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 181 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

9、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、

10、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. 定时中断间隔可在1020ms中选取，采样周期T取采样中断间隔的整数倍,可取30-50ms。 PID控制器用凑试法整定。. 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（）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 图系统框图（1）采样y(t)（2）计算（3

11、）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,如图所示。其中， R1=100K ， C1=2Uf , R2=20K R3=100K ， C2=4Uf ， R4=200K图被控对象电路图3。2 硬件电路连接图 图硬件电路连线图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,过程如下由式变型、整理得将上式k变

12、换得到5 微分先行PID控制软件编程设计5.1 设计流程图图设计流程图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 reg51.h#include absacc。h#include 0) /判控制量是否溢出，溢出赋极值 if(TEMP = 127） UK = 127; else UK = （char）TEMP; else if（TEMP 128） UK = -128； else UK = （char）TEMP; DAC_1 = UK + 128; /D/A输出控制量 TC = TK; /采样周期变量恢复 /*函数名：Timer0功能 ：定时器0中

13、断服务程序参数 ：无 返回值：无 */void Timer0() interrupt 1 using 1 TH0 = t0_h; /重新装入初值 TL0 = t0_l； str = 0； str = 1; /产生A/D启动信号6 实验结果与分析kp = 0.8; ti = 500; td =8此时，系统响应较慢，可以通过增大微分时间常数调节kp = 0.8； ti = 500； td=9此时，系统的响应性能得到改善,但是存在一定静差，可以通过调节比例增益kp来减小 kp = 0.9; ti = 500； td=9通过调节三个参数，系统性能基本达到要求7 小结与体会通过这次的课程设计，我对计算机

14、控制技术这门课和课程设计有了一个全新的认识，也有了很多的体会和心得。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，我对控制算法设计有了一个更深的认识，也学会了控制算法的实际应用,从整体上了解了计算机控制系统的实际组成，掌握了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。按照老师给出的计划，先进行最少拍控制算法计算，接电路，读范例程序，画出流程图,进行修改,调试实验结果。思路很清晰，

15、目标很明确。在设计的过程中虽然遇到问题,难免会遇到过各种各样的问题,同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，计算容易出错，软件使用不熟练，但我们几个小组同心协力、分工协作、互相探讨，保证了结果的正确性。作为工科专业的一名学生，对于动手能力有很大的要求。因此我们需要珍惜每次做实验的机会,尽可能的提高自己的实践操作技能。也要利用各种机会，以及创造实践的机会，不断充实自己,为自己的将来增加更多砝码，短短一周的课程设计,使我明白了合作的重要性和力量，我还要加强自己的动手能力,我为将来走入社会做准备。同时我也发现了自己所掌握的知识是真正如此的缺乏，自己综合应用所学的专业知识能力是如此的不足,我深深体会到

16、干任何事情都必须耐心、细致，充满信心。我懂得了不管做什么一定要养成一种高度负责、认真对待的态度。这次的课程设计也使我认识到任何课程的学习都需要理论结合实际，这样才能更好地掌握所学的知识并将它很好地应用于实践中。同时，在实践过程中，可以通过查找资料、分析资料和请教老师和同学，使一些不清楚的问题得以解决，这样的话，可以起到事半功倍的效果。当然，最关键的还是靠自己亲自去思考问题、解决问题，掌握独自面对各类的问题的方法。不少人抱怨在大学学不到东西，我不这样认为。我觉得无论是学习还是生活中，只有自己真正用心去学习和参与才可能有收获，这也算是本次课程设计给我的知识之外的一点小小的感悟吧。总之，本次课程设计

17、收获确实良多，和珍惜这种能够锻炼自己、提升自己的机会。通过这次课程设计，我得到了一次难得的磨练，让我学到了很多，提高了自己的实验素养，也增强了自己的信心.最后，我要感谢老师和我的同学对我的无私帮助，对我个人而言这次课程设计将会成为永远的回忆.参 考 文 献1 于海生主编，微型计算机控制技术，北京：清华大学出版社，19992 张艳兵等编著,计算机控制技术,北京：国防工业出版社，20083 张毅刚主编，单片机原理及应用，北京：高等教育出版社，20044 陈涛编著，单片机应用及C51程序设计,北京：机械工业出版社,20085 楼然苗, 李光飞编著, 单片机课程设计指导, 北京： 北京航空航天大学出版社， 2007 7 控制、电子技术类杂志、报刊