计算机控制课设.
计算机控制系统课设
计算机控制系统课设-(2)目录一、摘要----------------------------------------------1二、硬件设计------------------------------------------21.硬件设计说明--------------------------------------22.工作原理-------------------------------------------23.元器件选择-----------------------------------------34.电路元件表-----------------------------------------6三、软件设计-----------------------------------------71.软件设计说明---------------------------------------72.梯形程序图-----------------------------------------73.程序连接示意图--------------------------------------7四、组态设计------------------------------------------81.MCGS组态软件介绍------------------------------------82.仿真画面的设计--------------------------------------93.通过PLC进行编程------------------------------------13五、系统总原理图--------------------------------------15六、设计总结------------------------------------------16七、参考文献------------------------------------------17一．摘要随着工业自动化水平的不断提高，计算机的广泛运用，人们对工业自动化的要求也越来越高。
计算机控制技术课程设计-电阻炉温度控制系统设计
合肥工业大学《计算机控制技术》课程设计——电阻炉温度控制系统设计学院专业姓名学号＿_＿__＿_ _＿＿＿____ ＿完成时间摘要:电阻炉的类型根据其热量产生的方式不同，可分为间接加热式和直接加热式两大类。
间接加热式电阻炉,就是在炉子内部有专用的电阻材料制作的加热元件,电流通过加热元件时产生热量,再通过热的传导、对流、辐射而使放置在炉中的炉料被加热。
直接加热式电阻炉,是将电源直接接在所需加热的材料上,让强大的电流直接流过所需加热的材料，使材料本身发热从而达到加热的效果。
工业电阻炉,大部分采用间接加热式，只有一小部分采用直接加热式。
由于电阻炉具有热效率高、热量损失小、加热方式简单、温度场分布均匀、环保等优点，应用十分广泛.关键词:炉温控制；高效率;加热一、总体方案设计本次课程设计主要就是使用计算机以及相应的部件组成电阻炉炉温的自动控制系统，从而使系统达到工艺要求的性能指标。
１、设计内容及要求电阻加热炉用于合金钢产品热力特性实验，电加热炉用电炉丝提供功率,使其在预定的时间内将炉内温度稳定到给定的温度值。
在本控制对象电阻加热炉功率为8KW，有220Ｖ交流电源供电,采用双向可控硅进行控制。
２、工艺要求及要求实现的基本功能本系统中所选用的加热炉为间接加热式电阻炉，控制要求为采用一台主机控制8个同样规格的电阻炉温度;电炉额定功率为20 kＷ；)恒温正常工作温度为１000℃,控温精度为±１%;电阻炉温度按预定的规律变化,超调量应尽可能小，且具有良好的稳定性;具有温度、曲线自动显示和打印功能，显示精度为±１℃;具有报警、参数设定、温度曲线修改设置等功能。
3、控制系统整体设计电阻炉温度计算机控制系统主要由主机、温度检测装置、A/D转换器、执行机构及辅助电路组成.系统中主机可以选用工业控制计算机、单片微型计算机或可编程序控制器中的一种作为控制器,再根据系统控制要求,选择一种合理的控制算法对电阻炉温度进行控制。
计算机控制技术课程设计-数据采集系统
计算机控制技术课程设计成绩评定表设计课题: 数据采集系统设计学院名称：电气工程学院专业班级：学生姓名：学号：指导教师：设计地点：31-503 设计时间：2012-06-11～2012-06-15计算机控制技术课程设计课程设计课题: 数据采集系统设计专业班级：学生姓名：学号：指导教师：课程设计地点：31-503课程设计时间：2012-06-11～2012-06-15计算机控制技术课程设计任务书目录1 引言 (4)1.1 数据采集系统的简介 (4)1.2 数据采集系统的分类 (4)1.3 数据采集系统的基本功能 (4)1.4 数据采集系统的结构形式 (4)1.5 数据采集系统的发展趋势 (5)1.6 课程设计内容和要求 (5)1.7 设计工作任务及工作量的要求 (5)2 总体方案设计 (5)2.1硬件组成 (5)2.2 方案论证 (6)2.3 总体方案 (7)3 硬件电路设计及描述 (8)3.1 8253芯片及工作原理 (8)3.2 ADC0809内部功能与引脚介绍 (11)3.3 单片机89C51的引脚图与功能介绍 (13)3.5 LED显示部分接线及工作原理 (19)4.1 主程序设计思路 (21)5 课程设计体会 (24)参考文献 (25)附录A 系统原理图 (25)附录B 源程序 (26)1 引言1.1 数据采集系统的简介数据采集系统一般包括模拟信号的输入输出通道和数字信号的输入输出通道。
数据采集系统的输入又称为数据的收集；数据采集系统的输出又称为数据的分配。
1.2 数据采集系统的分类数据采集系统的结构形式多种多样，用途和功能也各不相同，常见的分类方法有以下几种，根据数据采集系统的功能分类：数据收集和数据分配；根据数据采集系统适应环境分类：隔离型和非隔离型，集中式和分布式，高速、中速和低速型；根据数据采集系统的控制功能分类：智能化数据采集系统，非智能化数据采集系统；根据模拟信号的性质分类：电压信号和电流信号，高电平信号和低电平信号，单端输入(SE)和差动输入(DE)，单极性和双极性；根据信号通道的结构方式分类：单通道方式，多通道方式。
计算机控制课程设计温度控制系统的设计与实现
课程设计说明书题目：温度控制系统的设计与实现学生姓名：学院：电力学院系别：自动化专业：自动化班级：指导教师：二〇一年一月十四日内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书课程名称：计算机控制系统课程设计学院：电力学院班级：自动化07-3班学生姓名：石鑫学号：指导教师：刘磊李志明摘要温度控制系统是一种典型的过程控制系统，在工业生产中具有极其广泛的应用。
温度控制系统的对象存在滞后，它对阶跃信号的响应会推迟一些时间，对自动控制产生不利的影响，因此对温度准确的测量和有效的控制是此类工业控制系统中的重要指标。
温度是一个重要的物理量，也是工业生产过程中的主要工艺参数之一，物体的许多性质和特性都与温度有关，很多重要的过程只有在一定温度范围内才能有效的进行，因此，对温度的精确测量和可靠控制，在工业生产和科学研究中就具有很重要的意义。
本文阐述了过程控制系统的概念，介绍了一种温度控制系统建模与控制，以电热水壶为被控对象，通过实验的方法建立温度控制系统的数学模型，采用了PID算法进行系统的设计，达到了比较好的控制目的。
关键词：温度控制；建模；自动控制；过程控制；PIDAbstractIn industrial production with extremely extensive application, temperature control system is a typical process control system.Temperature control system has the larger inertia. It is the response signal to step off some of time.And it produces the adverse effect to the temperature measurement. The control system is the important industrial control index. Temperature is an important parameters in the process of industrial production. Also it is one of the main parameters of objects, many properties and characteristics of temperature, many important process only under certain temperature range can efficiently work. Therefore, the precise measurement of temperature control, reliable industrial production and scientific research has very important significance.This paper discusses the concept of process control system and introduces a kind of temperature control system .The electric kettle is the controlled object, PID algorithm is used for system design,through experience method to get the model of temperature control system and we can get the controlied response well.Keywords：Temperature control; Mathematical modeling; Automatic control;Process control; PID目录第一章概述..........................................................................................................................................1.1 题目背景及应用意义...........................................................................................................1.2 本文内容及工作安排 (1)第二章系统组成及被控对象分析（被控对象数学建模） (3)2.1 系统组成 (3)2.1 被控对象分析（被控对象数学建模） (5)第三章控制策略设计及仿真研究 (11)3.1 控制策略设计 (11)3.2 仿真研究 (15)第四章控制策略实现 (18)4.1 组态环境下控制策略编程实现 (18)4.2 力控软件 (18)4.3 运行结果分析 (20)第五章总结 (22)参考文献 (23)第一章概述1．1 题目背景及应用意义在近四十年的时间里，电子计算机的发展经历了从电子管、晶体管、中小规模集成电路到大规模集成电路这样四个阶段，尤其是随着半导体集成技术的飞跃发展，七十年代初诞生了一代新型的电子计算机——微型计算机，使得计算机应用日益广泛；目前，计算机应用已渗透到各行各业，达到了前所未有的普及程度。
计算机控制课程设计数据采集系统设计正文
1 引言数据采集是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集信息的过程。
数据采集是工业控制等系统中的重要环节，通常采用一些功能相对独立的单片机系统来实现，作为测控系统不可缺少的部分，数据采集的性能特点直接影响到整个系统。
数据采集系统是结合基于计算机的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。
随着计算机技术的飞速发展和普及，数据采集系统在多个领域有着广泛的应用。
数据采集是工、农业控制系统中至关重要的一环，在医药、化工、食品、等领域的生产过程中，往往需要随时检测各生产环节的温度、湿度、流量及压力等参数。
在科学研究中，运用数据采集系统可获得大量的动态信息，也是获取科学数据和生成知识的重要手段之一。
随着计算机在工业控制领域的不断推广应用，将模拟信号转换成数字信号已经成为计算机控制系统中不可缺少的重要环节，因此数据采集系统有着更加重要的意义。
本次的课程设计中，我通过查阅有关资料，确定了系统设计方案，并设计了硬件电路图，分析主要模块的功能及他们之间的数据传输和控制关系。
最后利用Protel绘制了电路原理图，Keil编写源代码。
本课程设计采用89C51系列单片机，设计的系统由硬件和软件两部分构成，硬件部分主要完成数据采集，软件部分完成数据处理和显示。
数据采集采用AD0809模数转换芯片，具有很高的稳定性，采样的周期由可编程定时/计数器8253控制。
完成采样的数据后输入单片机内部进行处理，并送到LED显示。
软件部分用Keil 软件编程，操作简单，具有良好的人机交互界面。
程序部分负责对整个系统控制和管理，采用了汇编语言进行了判别通道、数据采集处理、数据显示、数据通信等程序设计，具有较好的可读性。
使系统实现了通过一个A/D转换器采样一个模拟电压，每隔一定时间去采样一次，每次相隔的时间由定时器/计数器芯片8253控制，采样的结果送入A/D转换器芯片0809，转换完成后，把转换好的数字信号送入并行接口芯片8255，然后由中断控制器向CPU发出中断请求，在CPU控制下把8225中的数字送入外设即CRT/LED 显示。
计算机控制课程设计
计算机控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握计算机控制系统的基础理论知识，包括控制系统的组成、工作原理和性能指标；2. 使学生了解常见传感器的工作原理，并能运用所学知识分析传感器的选用原则；3. 让学生掌握计算机控制算法的基本原理，如PID控制、模糊控制等。
技能目标：1. 培养学生运用计算机编程软件（如MATLAB）进行控制系统仿真的能力；2. 培养学生设计简单的计算机控制系统硬件电路，并进行调试的能力；3. 提高学生运用所学知识解决实际计算机控制问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对计算机控制技术产生浓厚的兴趣，激发学生的学习热情；2. 培养学生具备团队协作精神，学会与他人共同探讨、分析和解决问题；3. 增强学生的创新意识，培养学生在面对实际问题时敢于尝试、勇于突破的精神。
分析课程性质、学生特点和教学要求：本课程为计算机控制技术的实践性课程，旨在培养学生的实际操作能力和创新能力。
学生处于高年级阶段，已具备一定的专业基础知识和实践能力。
教学要求注重理论与实践相结合，强调学生的动手实践能力和解决实际问题的能力。
二、教学内容1. 计算机控制系统概述- 控制系统基本概念- 控制系统发展历程- 计算机控制系统的优势与应用2. 控制系统硬件组成- 控制器硬件结构- 传感器及其接口技术- 执行器及其接口技术3. 计算机控制算法- PID控制算法原理- 模糊控制算法原理- 其他先进控制算法介绍4. 控制系统仿真与设计- MATLAB/Simulink软件介绍- 控制系统仿真模型搭建- 控制系统硬件设计及调试5. 实际案例分析与讨论- 典型计算机控制系统案例分析- 学生分组讨论实际控制问题- 创新性控制系统设计实践教学内容安排与进度：第一周：计算机控制系统概述第二周：控制系统硬件组成第三周：计算机控制算法第四周：控制系统仿真与设计第五周：实际案例分析与讨论教材章节及内容列举：第一章：计算机控制系统概述（涵盖教学内容1）第二章：控制系统的硬件与接口技术（涵盖教学内容2）第三章：计算机控制算法（涵盖教学内容3）第四章：控制系统的仿真与设计（涵盖教学内容4）第五章：计算机控制系统应用案例（涵盖教学内容5）三、教学方法本课程采用以下多样化的教学方法，以充分激发学生的学习兴趣和主动性：1. 讲授法：用于讲解计算机控制系统的基本概念、原理和算法等理论知识。
计算机控制技术课程设计--具有纯滞后一阶惯性系统的计算机控制系统设计
《计算机控制技术》课程设计具有纯滞后一阶惯性系统的计算机控制系统设计班级：姓名：学号：指导老师：日期：目录一、设计任务 (1)1.1 题目 (1)1.2内容与要求 (1)二、设计思想与方案 (2)2.1控制策略的选择 (2)2.2 硬件设计思路与方案 (2)2.3 软件设计思路与方案 (3)三、硬件电路设计 (3)3.1温度传感器输出端与ADC的连接 (3)3.2 ADC与单片机8051的连接 (4)3.3 单片机8051与DAC的连接 (4)3.4 整机电路 (5)四、系统框图 (7)五、程序流程图 (8)5.1 主程序流程图 (8)5.2 子程序流程图 (9)六、数字调节器的求解 (11)6.1 基本参数的计算 (11)七、系统的仿真与分析 (13)7.1 θ=0时系统的仿真与分析 (13)7.2 θ=0时系统的可靠性与抗干扰性分析 (14)7.2 θ=0.4461时系统的仿真与分析 (16)7.3 θ=0.4461时系统的可靠性与抗干扰性分析 (17)八、设计总结与心得体会 (20)参考资料 (21)一、 设计任务一、题目设计1. 针对一个具有纯滞后的一阶惯性环节()1sKe G s Ts τ-=+的温度控制系统和给定的系统性能指标：✧ 工程要求相角裕度为30°～60°，幅值裕度>6dB✧ 要求测量范围-50℃～200℃，测量精度0.5％，分辨率0.2℃2. 书面设计一个计算机控制系统的硬件布线连接图，并转化为系统结构图 具体要求：✧ 温度传感器、执行机构的选型✧ 微型计算机的选型（MCS51、A VR 等等）✧ 温度传感器和单片机的接口电路✧ 其它扩展接口电路（主要是输入输出通道）✧ 利用Protel 绘制原理图，制作PCB 电路板（给出PCB 图）3. 软件部分：✧ 选择一种控制算法（最少拍无波纹或Dalin 算法）设计出控制器（被控对象由第4步中的参数确定），给出控制量的迭代算法，并借助软件工程知识编写程序流程图✧ 写出主要的单片机程序4. 用MATLAB 和SIMULINK 进行仿真分析和验证对象确定：K=10*log(C*C-sqrt(C)),rand(‘state ’,C), T=rand(1)考虑θ=0或T/2两种情况，即有延时和延时半个采样周期的情况。
计算机控制技术课程设计
计算机控制技术课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解和掌握计算机控制技术的基本原理和应用方法。
通过本课程的学习，学生将能够：1.知识目标：理解计算机控制技术的基本概念、原理和特点；熟悉计算机控制系统的组成和分类；掌握常见的计算机控制算法和应用。
2.技能目标：能够运用计算机控制技术解决实际问题；具备分析和设计简单计算机控制系统的的能力。
3.情感态度价值观目标：培养学生对计算机控制技术的兴趣和好奇心，提高学生运用科学技术解决实际问题的意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.计算机控制技术概述：计算机控制技术的起源、发展及其在各个领域的应用。
2.计算机控制系统的基本原理：模拟计算机控制系统、数字计算机控制系统、混合计算机控制系统。
3.计算机控制系统的组成：控制器、执行器、传感器、反馈元件等。
4.计算机控制算法：PID控制算法、模糊控制算法、神经网络控制算法等。
5.计算机控制技术的应用：工业自动化、交通运输、楼宇自动化等。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行教学：1.讲授法：通过讲解计算机控制技术的基本概念、原理和特点，使学生掌握相关知识。
2.案例分析法：分析实际案例，使学生更好地理解计算机控制技术的应用。
3.实验法：让学生动手进行实验，培养学生的实际操作能力和解决问题的能力。
4.讨论法：学生进行课堂讨论，激发学生的思考，提高学生的表达能力。
四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用国内权威出版社出版的计算机控制技术教材。
2.参考书：提供相关的计算机控制技术参考书籍，供学生自主学习。
3.多媒体资料：制作课件、教学视频等，丰富教学手段，提高教学效果。
4.实验设备：准备计算机控制系统实验装置，让学生能够实际操作，加深对知识的理解。
五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，本课程将采用以下评估方式：1.平时表现：通过课堂参与、提问、讨论等方式，评估学生的学习态度和积极性。
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计算机控制技术课程设计
评语：
考勤（10）守纪（10）过程（30）设计报告（30）答辩（20）总成绩（100）
专业：自动化
班级：动201302
姓名：完新龙
学号：201309314
指导教师：侯涛
兰州交通大学自动化与电气工程学院
2016年07月15日
基于温度传感器的水温控制系统
1.设计要求
1升水加热，要求水温可以在20~100摄氏度范围内进行人工控制，并能在环境温度变化时实现自动调整，以保证在设计的温度。
要求最小分辨率率为1摄氏度，温度控制的稳态误差小于0.2摄氏度，能够显示当前的温度。
2.设计方案
设计采用220V交流供电的150W加热器，利用DS18B20进行周期性检测，并将数据传递给单片机。
上位机通过单片机传递的实时温度与给定温度进行比较得到误差，通过PID算法得到控制量，送给单片机通过单片机I/O口输出高电平占空比进行控制，实现对加热器控制。
2.1设计原理图
设计原理图如图1所示。
图1 设计原理图
2.2硬件选型
(1)控制器分为上位机和下位机。
上位机为控制计算机，通过检测的温度与设定的温度进行比较，由设定的算法计算出控制量u；下位机为AT89C51即单片机，接收由上位机所给出的控制量，对执行机构进行控制。
AT89C51具有如下特点：4kB Flash片内内存储器，128 byte RAM，32个外部双向输入输出口，5个中断优先级，2个16位可编程计数器，2个全双工串行通信口。
(2)D/A转换器采用DAC0832，8位D/A转换器，与微处理器完全兼容。
DAC0832由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。
主要参数：分辨率为0.0039；电流稳定时间1微秒；可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；可单一电源供电（5V-15V）；低功耗，20mW。
(3)执行机构采用交流加热器。
根据相关资料对于加热一杯水，加热器可以迅速反应，提高动态响应速度。
(4)传感器采用DS18B20数字温度传感器。
DS18B20具有体积小，硬件开销低，
抗干扰能力强，精度高等特点。
它有独特的单线接口方式，在于微处理器相连时仅需一根口线即可实现双向传输。
DS18B20检测温范围为-55~125摄氏度，固有测温误差位1摄氏度，工作电源3.0~5.5V ，测量结果以9到12位数字量方式串行传送。
(5)显示部分采用数码管。
数码管显示电路可以实现温度的实时显示以便观察水温变化。
2.3硬件结构图
硬件结构图如图2所示。
图2 硬件结构图
3.被控对象模型的建立
由于水温控制系统的控制对象具有热存储能力大，惯性也较大，因而可以将被控对象归于一阶惯性环节，即可将被控对象的传递函数表示为1
+Ts K。
为了确定K,T 的值可以绘出系统加上阶跃信号，继电器的占空比位100%的工作曲线，已知水温变化范围为20~100即3.125.120
100100
≈=-=
K ；一阶系统过渡过
程重要特征点是系统输出达到过渡过程总变化量的63.2%的点。
通过计算T 为温度上升到7156.70632.0*)20100(20≈=-+的时间，经过查找数据确定T 为297。
即可得被控对象的传递函数为
1
2973
.1+s 。
4.数字PID 控制算法
本设计是闭环控制系统，可以采用PID 控制。
PID 控制是按偏差的比例、积分和微分进行控制的一种控制规律。
它具有原理简单、易于实现、参数整定方便、结构改变灵活、适用性强等优点，在连续系统中的得到广泛的应用，在计算机进
入控制领域后，用计算机实现的数字PID 算法代替了模拟PID 调节器。
数字PID 位置型控制算法：d
p 00
i ()(1)
()[()()]k
j T
e k e k u k K e k e j T u T T
=--=+
++∑
数字PID 增量型控制算法：
p i d ()()(1)
[()(1)]()[()2(1)(2)]u k u k u k K e k e k K e k K e k e k e k ∆=--=--++--+-
p K ——比例增益
i p i
T
K K T =——积分系数 d
d p
T K K T
=——微分系数 本设计采用数字PID 位置型算法得出控制量u 。
利用凑试法对PID 参数进行整定，当p K =20，i K =1，d K =1时系统的超调较小，反应时间较快且没有稳态误差，即可以得到较好的效果。
5.利用MATLAB 仿真
系统仿真结构图如图3所示。
图3系统仿真结构图
(1)比例调节器简单快速但对于具有自平衡性的控制对象存在静差。
加大比例系数p K 可以加快反应速率，但当p K 过大会使动态质量变坏，引起被控量震荡甚至使闭环不稳定。
(2)比例积分调节器中积分环节的加入有助于消除系统静差但是会使调整时间变长。
时间积分大则积分作用弱，反之积分作用强。
(3)比例积分微分调节器中微分作用的加入对偏差的任何变化都产生一个控制作用，以调节系统输出阻止偏差的变化，偏差变化越快，反馈校正量越大。
它加快了系统的动作速度减小调整时间，从而改善系统动态性能。
6.仿真结果
仿真结果如图4所示。
20
40
60
80
200
150
100
50
100T (摄氏度)
t(s)
图4 系统仿真结果图
图4为系统给定输入为150摄氏度时的系统仿真图。
如图4所示，系统的调整时间为80s ，当系统达到稳定时输出为150摄氏度。
7.心得体会
在设计的过程中，我对于计算机控制技术中所学的有关于PID 算法，输入、输出通道的组成，A/D 转换器分辨率以及计算机控制系统的结构及组成有了更加深刻的认识。
与此同时通过这次课程设计，我熟练掌握了MATLAB 仿真过程。
最重要的是我对于水温控制系统的控制过程有了一定的了解。
附录
参数整定
利用凑试法得到PID参数，当取
p 20
K=，
d 0
K=，
i 0
K=。
系统仿真结构图如图5所示。
图5 系统仿真结构图
仿真结果图如图6所示。
图6 系统仿真结果图
分析：由仿真结果可以看出系统存在静差，加入积分环节即
i 1
K=。
加入积分环节即
i 1
K=后系统仿真结构图如图7所示。
图7 系统仿真图
系统仿真结果图如图8所示
图8 系统仿真结果图
分析：加入积分环节，系统无静差，但是反应时间变长了，因此加入微分环
节
d 1
K=。
系统仿真结构图如图9所示。
图9系统仿真结构图系统仿真结果图如图10所示。
图10系统仿真结果图
分析：由图可知，达到比较理想的效果，即取
p 20
K=，
d 1
K=，
i 1
K=。
PID整定规律：
参数整定找最佳，从小到大顺序查先是比例后积分，最后再把微分加曲线振荡很频繁，比例度盘要放大曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳曲线偏离回复慢，积分时间往下降曲线波动周期长，积分时间再加长曲线振荡频率快，先把微分降下来。