计算机控制技术课程设计 数字PID控制系统设计
计算机控制技术课程设计报告---基于PID算法的模拟温度闭环控制系统课程设计报告
计算机控制技术课程设计报告---基于PID算法的模拟温度闭环控制系统课程设计报告一、控制对象：1.2.1 被控对象本次设计为软件仿真，通过PID算法控制系统在单位阶跃信号u(t)的激励下产生的零状态响应。
传递函数表达式为：(z)0.383(1?0.386??1)(1?0.586??1)?(?)== 1.2.2 设计要求要求系统能够快速响应，并且可以迅速达到期望的输出值。
本次设计选用PID控制算法，PID控制器由比例控制单元P、积分控制单元I和微分控制单元D组成。
其输入e t 与输出u(t)的关系为1??? ? u t =?? e t + ? ? ?? +?? +?0 ?0式中，??为比例系数；??为积分时间常数；??为微分时间常数。
二、控制要求分析：设定目标温度，使温度呈单位阶跃形式在目标温度处趋于震荡稳定。
使系统能够在任意设定的目标温度下，从现有温度达到目标温度，并趋于稳定状态。
三、可行性分析:参考国内外的技术资料，可以通过计算机仿真技术实现该模拟温度闭环控制系统；利用C语言实现基于PID算法的模拟温度闭环控制系统。
四、总体设计：4.1控制系统组成控制系统框图如图1所示。
图1 控制系统框图4.2工作原理：在图1 所示系统中，D(z)为该系统的被控对象，零状态下，输入为单位阶跃信号R的输出u t 反馈给输入。
在参数给定值R的情况下，给定值R与反馈值比较得到偏差e t =R?u t ，经过PID 调节器运算产生相应的控制量，PID 调节器的输出作为被控对象的输入信号，是输入的数值稳定在给定值R。
4.3模拟PID控制算法原理：在模拟系统中PID算法的表达式为：式中，P(t)为调节器输出信号，e(t)为调节器偏差信号，它等于测量值与给定值之差；Kp为调节器的比例系数，1/T1为调节器的积分时间， Td为调节器的微分时间。
在计算机控制系统中，必须对上式进行离散化使其成为数字式的差分方程。
将积分式和微分项近似用求和及增量式表示。
《计算机控制技术》课程设计--数字pid控制器
《计算机控制技术》课程设计--数字pid控制器华北水利水电大学路亚斌,201009532《计算机控制技术》课程设计姓名: 路亚斌学号: 201009532指导老师: 徐俊红王亭岭时间:2013年12月23日——2014年1 月3日《计算机控制技术》课程设计华北水利水电大学路亚斌,201009532目录第一章《计算机课程设计》任务书................................................................ 错误～未定义书签。
1.1 题目二:数字PID控制器设计 ............................................................... 错误～未定义书签。
1.1.1设计位置式PID控制器和增量式PID控制器 ............................. 错误～未定义书签。
1.1.2模拟PID控制器设计 ...................................................................... 错误～未定义书签。
1.2 题目三:控制系统的状态空间设计...................................................................... . (1)1.2.1 确定状态反馈阵K ...................................................................... . (1)1.2.2 确定一个全维状态观测器L........................................................... 错误～未定义书签。
第二章位置式PID控制器设计 ..................................................................... .. 错误～未定义书签。
计算机PID控制课程设计
课程名称：计算机PID控制课程设计专业：电力电子与电力传动姓名：于泽升学号：142080804075指导教师：王克成一、摘要在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。
PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。
当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其他技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。
即当我们不完全了解一个系统和被控对象或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。
目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品也已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数的自整定功能的智能调节器，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。
有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器（PLC）还可实现PID控制的PC系统等等。
关键词：控制系统;PID控制;智能调节器目录一、摘要二、课题研究原因2.1 课题背景2.2 研究的目的与意义三、研究内容3.1 PID参数整定3.2 模型失配对PID控制器控制效果的影响3.3 非线性对PID控制器控制效果的影响3.4 扰动对PID控制器控制效果的影响四课题研究总结五参考文献二、课题研究原因2.1 课题背景目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。
同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。
智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。
自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。
一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。
控制器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上：控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。
计算机控制技术课程设计
前 言在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID 控制，又称PID 调节。
PID 控制器问世至今已有近70年历史，它 以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。
当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的 其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID 控制技术最为方便。
即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或 不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID 控制技术。
PID 控制，实际中也有PI 和PD 控制。
PID 控制器就是根据系统的误差，利用比例、 积分、微分计算出控制量进行控制的。
1、比例（P ）控制比例控制是一种最简单的控制方式。
其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。
当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error ）。
2、积分（I ）控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。
对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的 或简称有差系统（System with Steady-state Error ）。
为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。
积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。
这样，即便误差很小，积 分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。
因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳 态误差。
3、微分（D ）控制在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。
自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。
其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用， 其变化总是落后于误差的变化。
解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。
pid控制系统课程设计
pid控制系统课程设计一、教学目标本节课的教学目标是让学生掌握PID控制系统的原理、结构和应用，具备分析和设计PID控制系统的能力。
具体目标如下：1.知识目标：–了解PID控制系统的概念、原理和组成部分；–掌握PID控制器的参数调整方法；–了解PID控制系统在实际应用中的优缺点。
2.技能目标：–能够运用PID控制原理分析和解决实际问题；–能够使用仿真软件进行PID控制系统的模拟和优化；–能够设计简单的PID控制系统并进行实际操作。
3.情感态度价值观目标：–培养学生对自动化技术的兴趣和认识，认识到PID控制系统在现代工业中的重要作用；–培养学生勇于探索、善于合作的科学精神；–培养学生关注社会、关心他人的责任感。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括以下几个部分：1.PID控制系统的概念和原理：介绍PID控制系统的定义、作用和基本原理，让学生了解PID控制系统在工业控制中的应用。
2.PID控制器的参数调整：讲解PID控制器的参数（比例系数、积分系数、微分系数）的作用和调整方法，引导学生掌握参数调整的技巧。
3.PID控制系统的应用：分析PID控制系统在实际应用中的优缺点，让学生了解PID控制系统在不同领域的应用实例。
4.PID控制系统的仿真与实际操作：利用仿真软件，让学生亲自模拟和优化PID控制系统，提高学生运用所学知识解决实际问题的能力。
三、教学方法本节课采用多种教学方法相结合，以提高学生的学习兴趣和主动性：1.讲授法：讲解PID控制系统的原理、结构和参数调整方法，为学生提供系统的知识结构。
2.案例分析法：分析实际应用中的PID控制系统案例，让学生了解PID控制系统的应用场景和优缺点。
3.实验法：让学生利用仿真软件进行PID控制系统的模拟和优化，培养学生的实际操作能力。
4.讨论法：学生进行小组讨论，分享学习心得和体会，提高学生的沟通能力和团队协作精神。
四、教学资源本节课的教学资源包括以下几个方面：1.教材：选用国内权威的PID控制系统教材，为学生提供系统的理论知识。
《计算机控制技术》课程设计--数字pid控制器
《计算机控制技术》课程设计--数字pid控制器华北水利水电大学路亚斌,201009532《计算机控制技术》课程设计姓名: 路亚斌学号: 201009532指导老师: 徐俊红王亭岭时间:2013年12月23日——2014年1 月3日《计算机控制技术》课程设计华北水利水电大学路亚斌,201009532目录第一章《计算机课程设计》任务书................................................................ 错误～未定义书签。
1.1 题目二:数字PID控制器设计 ............................................................... 错误～未定义书签。
1.1.1设计位置式PID控制器和增量式PID控制器 ............................. 错误～未定义书签。
1.1.2模拟PID控制器设计 ...................................................................... 错误～未定义书签。
1.2 题目三:控制系统的状态空间设计...................................................................... . (1)1.2.1 确定状态反馈阵K ...................................................................... . (1)1.2.2 确定一个全维状态观测器L........................................................... 错误～未定义书签。
第二章位置式PID控制器设计 ..................................................................... .. 错误～未定义书签。
计算机控制技术课程设计数字PID控制系统设计
课程设计报告题目：数字PID控制系统设计（II）课程：计算机控制技术课程设计专业：电气工程与其自动化班级：姓名：学号：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（II）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：增量梯形积分型的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：44(),()(0.21)(0.81)G s G s s s s s ==++ 55(),()(0.81)(0.31)(0.81)(0.21)G s G s s s s s ==++++510(),()(1)(0.81)(1)(0.41)G s G s s s s s ==++++88(),()(0.81)(0.41)(0.41)(0.51)G s G s s s s s s s ==++++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。
计算机控制课程设计-基于PID算法电加热炉温度控制系统设计
成绩《计算机控制技术》课程设计题目：基于数字PID的电加热炉温度控制系统设计班级：自动化09-1姓名：学号:2013 年 1 月 1 日基于数字PID的电加热炉温度控制系统设计摘要：电加热炉控制系统属于一阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。
本设计采用PID算法进行温度控制，使整个闭环系统所期望的传递函数相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联来实现温度的较为精确的控制.电加热炉加热温度的改变是由上、下两组炉丝的供电功率来调节的，它们分别由两套晶闸管调功器供电.调功器的输出功率由改变过零触发器的给定电压来调节,本设计以AT89C51单片机为控制核心,输入通道使用AD590传感器检测温度，测量变送传给ADC0809进行A/D转换,输出通道驱动执行结构过零触发器，从而加热电炉丝。
本系统PID算法，将温度控制在50~350℃范围内,并能够实时显示当前温度值。
关键词：电加热炉；PID ; 功率；温度控制；1.课程设计方案1.1 系统组成中体结构电加热炉温度控制系统原理图如下，主要由温度检测电路、A/D转换电路、驱动执行电路、显示电路及按键电路等组成。
系统采用可控硅交流调压器，输出不同的电压控制电阻炉温度的大小,温度通过热电偶检测，再经过变送器变成0 - 5 V 的电压信号送入A/D 转换器使之变成数字量,此数字量通过接口送到微机,这是模拟量输入通道。
2.控制系统的建模和数字控制器设计2.1 数字PID控制算法在电子数字计算机直接数字控制系统中，PID控制器是通过计算机PID控制算法程序实现的.计算机直接数字控制系统大多数是采样—数据控制系统。
进入计算机的连续-时间信号，必须经过采样和整量化后，变成数字量,方能进入计算机的存贮器和寄存器,而在数字计算机中的计算和处理，不论是积分还是微分，只能用数值计算去逼近.在数字计算机中，PID 控制规律的实现，也必须用数值逼近的方法.当采样周期相当短时，用求和代替积分，用差商代替微商,使PID 算法离散化，将描述连续时间PID 算法的微分方程,变为描述离散—时间PID 算法的差分方程。
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课程设计报告题目：数字PID控制系统设计（II）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：姓名：学号：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（II ）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：增量梯形积分型的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：44(),()(0.21)(0.81)G s G s s s s s ==++ 55(),()(0.81)(0.31)(0.81)(0.21)G s G s s s s s ==++++510(),()(1)(0.81)(1)(0.41)G s G s s s s s ==++++88(),()(0.81)(0.41)(0.41)(0.51)G s G s s s s s s s ==++++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目录1 课题简介根据偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)进行控制(简称PID控制),是控制系统中应用最为广泛的一种控制规律。
实际运行的经验和理论的分析都表明，运用这种控制规律对许多工业控制过程进行控制时，都能得到满意的效果。
不过，用计算机实现PID控制，不是简单的把模拟PID控制规律化，而是进一步与计算机的逻辑判断功能结合，使PID控制更加灵活，更能满足生产过程提出的要求。
比例控制能迅速反应误差，从而减少误差，但比例控制不能消除稳态误差；积分的作用是，只要系统存在误差，积分控制作用就不断的积累，输出控制量以消除误差，因而只要有足够的时间，积分控制将完全消除误差，积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现震荡；微分控制可以减少超调量，克服震荡，使系统稳定性更高，同时加快系统的响应速度，减少调整时间，从而改善系统的动态性能。
（格式：宋体5号，首行缩进2格，单倍行距，下同）2 方案设计2.1 ***********2.2 ***********3硬件电路设计3.1硬件总图3.2被控对象被控对象选择为，硬件设计图如下：3.3译码电路图此处用到了锁存器和3-8译码器，先对低八位地址锁存，然后对低八位中的P0.6和高八位中的P2.1,P2.2进行译码，由Y3和Y7引出，分别接至模数转换单元的ENABLE和数模转单元的/OE接口，从而实现地址0600和0640对两转换单元的片选。
当地址为0600时CBA输入信号为011，Y3输出低电平片选模数转换单元；当地址0640为CBA输入信号为111，Y7输出为低电平，片选了数模转换单元。
4控制算法设计4.1模拟PID调节器控制规律为：4.2数字PID增量梯形积分型控制算法其中有如下近似：计算可得：5软件编程设计5.1流程图主程序系系系系系变量初始化等待中断5.2软件程序#include <reg51.h>#include <absacc.h>#include <math.h>/*****************************************宏定义*****************************************/#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ADC_7 XBYTE[0x0600] //定义模数转换IO地址#define DAC_1 XBYTE[0x0640] //定义D/A第一路的IO地址/*****************************************全局变量定义*****************************************/sbit str = P1^7; //定义A/D启动信号sbit DIN0 = P1^0; //声明同步信号uint data time; //声明变量，用于定时uchar data t0_h,t0_l; //用于存储定时器0的初值char TK = 5; //声明采样周期变量,//采样周期＝TK*10ms char TC; //TK的变量float kp =1.8; //比例系数uint ti =80; //积分系数char td = 2; //微分系数char IBAND = 120; //积分分离值char EK; //当前采样的偏差值char EK_1; //上一次采样的偏差值char AEK; //偏差的变化量char UK; //当前时刻的D/A输出char AEK_1;char BEK;char CEK;float ZEK;/*****************************************主函数*****************************************/void main(void){TMOD = 0x01;time = 10; //定时10mst0_h = (65536 - 1000 * time) / 256; //计算定时器0初值t0_l = (65536 - 1000 * time) % 256;t0_l = t0_l + 70; //修正因初值重装而引起的定时误差TH0 = t0_h;TL0 = t0_l;IT1 = 1; //边沿触发中断EX1 = 1; //开外部中断1ET0 = 1; //开定时中断0TR0 = 1; //启动定时器TC = 1;DAC_1= 0x80; //D/A清零EK = EK_1 = 0; //变量清零AEK =BEK=AEK_1=CEK= UK = 0;ZEK = 0;str = 1;EA = 1; //开总中断while(1);}/**********************************************函数名：INT1功能：1号外部中断服务程序参数：无*返回值：无************************************************/void int1() interrupt 2 using 2{float P,D,I,TEMP,TEMP1;DIN0 = 1; //读取输入前，先输出高电平if(DIN0) //判同步信号到否{EK = EK_1 = 0; //变量清零UK = AEK = BEK=CEK=AEK_1=0;ZEK = 0;DAC_1 = 0x80; //D/A输出零TC=1;}else{TC--; //判采样周期到否if(TC == 0){EK = ADC_7 - 128; //采样当前的偏差值，并计算偏差的变化量AEK = EK - EK_1;BEK =(EK+EK_1)/2;CEK =AEK-AEK_1;EK_1= EK;AEK_1=AEK;if(abs(EK)> IBAND) I = 0; //判积分分离值else{ZEK=EK+ZEK;I= BEK * TK;I= I / ti;}P =AEK;D = CEK * td; //计算微分项D = D / TK;TEMP = (P + I + D) * kp; //计算比例项TEMP1=(EK_1 + ZEK*TK/ti+AEK_1*td/TK)*kp;TEMP=TEMP+TEMP1;if(TEMP > 0) //判控制量是否溢出，溢出赋极值{if(TEMP >= 127)UK = 127;elseUK = (char)TEMP;}else{if(TEMP <- 128)UK = -128;elseUK = (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6.1实验波形6.2结果分析经过对PID参数的调节，最终实现的波形较好的实现了控制的要求，使得阶跃超调小于10%，而且相应时间较快，控制算法及程序是可靠的。
7 小结与体会参考文献（列出你所利用的参考文献。
格式参见下。