计算机控制系统设计性实验 (1)
计算机控制技术课程设计任务书1
扬州大学能源与动力工程学院课程设计报告题目：数字PID控制系统设计（I）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（I ）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：增量型的PID 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。
计算机控制实验报告初稿
G（s）=Gc（s）·Gp2（s）
=K（Tis+1）/s·1/s（0.1s+1）
为使用环系统稳定，应满足Ti>0.1，即K1<10
7．PID递推算法如果PID调节器输入信号为e（t），其输送信号为u（t）,则离散的递推算法如下：
Gs=tf([5],[1,1,0]);
Gz=c2d(Gs,0.1,'zoh');//求解广义对象的脉冲传递函数
Transfer function:
0.02419 z + 0.02339
----------------------
z^2 - 1.905 z + 0.9048
Sampling time: 0.1
G=c2d(G1,0.01,'zoh');//求系统脉冲传递函数
rlocus(G);//绘制系统根轨迹
将图片放大得到
Z平面的临界放大系数由根轨迹与单位圆的交点求得。
放大图片分析：
[k,poles]=rlocfind(G)
Select a point in the graphics window
selected_point =
0.9905 + 0.1385i
k =
193.6417
poles =
0.9902 + 0.1385i
0.9902 - 0.1385i
得到0<K<193
(2)假设不考虑采样开关和零阶保持器的影响，即看作一连续系统，讨论令系统稳定的 的取值范围；
解：
G1=tf([1],[1 1 0]);
自动控制原理实验报告 (1)
实验1 控制系统典型环节的模拟实验（一）实验目的：1．掌握控制系统中各典型环节的电路模拟及其参数的测定方法。
2．测量典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对环节输出性能的影响。
实验原理：控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。
再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。
实验内容及步骤实验内容：观测比例、惯性和积分环节的阶跃响应曲线。
实验步骤：分别按比例，惯性和积分实验电路原理图连线，完成相关参数设置，运行。
①按各典型环节的模拟电路图将线接好(先接比例)。
(PID先不接)②将模拟电路输入端(U i)与阶跃信号的输出端Y相连接；模拟电路的输出端(Uo)接至示波器。
③按下按钮(或松开按钮)SP时，用示波器观测输出端的实际响应曲线Uo(t)，且将结果记下。
改变比例参数，重新观测结果。
④同理得积分和惯性环节的实际响应曲线，它们的理想曲线和实际响应曲线。
实验数据实验二控制系统典型环节的模拟实验（二）实验目的1．掌握控制系统中各典型环节的电路模拟及其参数的测定方法。
2．测量典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对环节输出性能的影响。
实验仪器1．自动控制系统实验箱一台2．计算机一台实验原理控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。
再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。
实验内容及步骤内容：观测PI，PD和PID环节的阶跃响应曲线。
步骤：分别按PI，PD和PID实验电路原理图连线，完成相关参数设置，运行①按各典型环节的模拟电路图将线接好。
计算机控制系统实验报告
计算机控制系统实验报告《计算机控制系统实验报告》一、实验目的本次实验旨在通过搭建计算机控制系统，探究计算机在控制系统中的应用和作用。
通过实际操作，加深对计算机控制系统的理解，提高实践能力。
二、实验内容1. 搭建计算机控制系统的硬件平台，包括计算机、传感器、执行器等设备的连接和配置；2. 编写控制程序，实现对执行器的控制；3. 进行实际控制实验，观察计算机在控制系统中的作用和效果。
三、实验步骤1. 硬件搭建：按照实验指导书上的要求，连接计算机、传感器和执行器，确保硬件平台的正常运行；2. 软件编写：根据实验要求，编写控制程序，包括传感器数据采集、数据处理和执行器控制等部分；3. 实际控制：运行编写好的控制程序，观察执行器的运行情况，记录数据并进行分析。
四、实验结果与分析经过实验操作，我们成功搭建了计算机控制系统，并编写了相应的控制程序。
在实际控制过程中，计算机能够准确、快速地对传感器采集的数据进行处理，并通过执行器实现对系统的控制。
实验结果表明，计算机在控制系统中发挥着重要作用，能够提高系统的稳定性和精度。
五、实验总结通过本次实验，我们深入了解了计算机在控制系统中的应用和作用，提高了对计算机控制系统的理解。
实践中，我们也发现了一些问题和不足，需要进一步学习和改进。
总的来说，本次实验对我们的学习和实践能力都有很大的提升。
六、实验感想本次实验让我们深刻感受到了计算机在控制系统中的重要性，也让我们更加坚定了学习和掌握计算机控制技术的决心。
希望通过不断的学习和实践，能够成为优秀的控制工程师，为社会发展做出贡献。
以上就是本次计算机控制系统实验的报告，谢谢阅读。
计算机控制技术01-“计算机控制技术”实验教程(含全部指导书)_版权_北京交通大学
numg=[0.1 0.03 −0.07]; deng=[1 −2.7 2.42 −0.72]; g=tf(numg,deng,−1) get(g); [nn, dd]=tfdata(g,'v') [zz,pp,kk]=zpkdata(g,'v') %Unite circle region with distrbuting zeros points and poles points hold on pzmap(g), hold off axis equal
序列进行传递，而对象模型部分则以连续的信号方式进行传递，它们之间需要通过采样(A/D) 和保持(D/A)环节进行信号转换，并且在这个信号的转换过程中，要符合采样(Shannon)定理。 离散时间系统模型描述方法有差分方程、Z 传递函数和零极点增益等多种形式，最典型的连 续时间系统模型有微分方程、拉普拉斯传递函数等，它们之间能够相互转换。每一种模型都
F(z) 逆 变 换 得 到 的 离 散 点 序 列 为
f (k) = k ⋅ bk−1 。
计算机控制系统实验报告
《计算机控制系统》实验报告学校：上海海事大学学院：物流工程学院专业：电气工程及其自动化姓名：***学号：************一、实验课程教学目的与任务通过实验设计或计算机仿真设计，使学生了解和掌握数字PID控制算法的特点、了解系统PID参数整定和数字控制系统的直接设计的基本方法，了解不同的控制算法对被控对象的控制特性，加深对计算机控制系统理论的认识，掌握计算机控制系统的整定技术，对系统整体设计有一个初步的了解。
根据各个实验项目，完成实验报告（用实验报告专用纸）。
二、实验要求学生在熟悉PC机的基础上，熟悉MATLAB软件的操作，熟悉Simulink工具箱的软件编程。
通过编程完成系统的设计与仿真实验，逐步学习控制系统的设计，学习控制系统方案的评估与系统指标评估的方法。
计算机控制系统主要技术指标和要求：根据被控对象的特性，从自动控制系统的静态和动态质量指标要求出发对调节器进行系统设计，整体上要求系统必须有良好的稳定性、准确性和快速性。
一般要求系统在振荡2～3次左右进入稳定；系统静差小于3%～5%的稳定值（或系统的静态误差足够小）；系统超调量小于30％～50％的稳定值；动态过渡过程时间在3～5倍的被控对象时间常数值。
系统整定的一般原则：将比例度置于较大值，使系统稳定运行。
根据要求，逐渐减小比例度，使系统的衰减比趋向于4：1或10：1。
若要改善系统的静态特性，要使系统的静差为零，加入积分环节，积分时间由大向小进行调节。
若要改善系统的动态特性，增加系统的灵敏度，克服被控对象的惯性，可以加入微分环节，微分时间由小到大进行调节。
PID控制的三个特性参数在调节时会产生相互的影响，整定时必需综合考虑。
系统的整定过程是一个反复进行的过程，需反复进行。
实验一、数字PID 参数的整定一、 实验目的1）、了解数字PID 控制回路的结构。
2）、掌握数字PID 控制算法的控制原理。
3）、掌握数字PID 控制算法的整定原理。
计算机控制系统(1)
计算机控制系统席爱民编著第1章绪论1.1 概述可以这样说，没有计算机的参与，现代化的自动化系统是不可能实现的。
随着微电子学、计算机技术革命性的发展，当今所构成的自动控制系统都是建立在计算机基础之上的。
要获得比模拟控制系统更好的控制性能，使控制系统具备新的功能，只有使用计算机控制系统。
计算机具有信息储存记忆、逻辑判断推理和快速数值计算功能，是一种强大的信息处理工具，其应用己经渗透到人类活动的各个领域，强有力地推动着技术与科学的全面进步。
随着计算机技术的迅猛发展，计算机在工业控制中的应用也越来越广泛。
如今计算机控制已广泛应用于各行各业技术工程和各类工业生产制造过程的控制中。
学习本书的目的：本书将侧重系统讲述有关计算机控制系统的分析及设计的基本理论和方法，以及一些较为实用的计算机先进控制算法。
实际上目前全部的控制系统都是基于计算机控制，因此懂得计算机控制是很重要的。
如果将计算机控制系统仅仅看作模拟控制系统的近似是很不够的。
因为那是没有看到计算机控制的全部潜在能力。
很好地掌握计算机控制系统，就能够充分发挥计算机控制的全部潜能。
计算机控制系统存在着一些模拟控制系统所没有的相应现象，本书的主要目标就提供了解、分析和设计计算机控制系统扎实的基础理论知识，这对于从事控制系统方面的工程技术人员来说是很重要的。
本章概述：计算机控制系统的组成、类型、特点、任务以及计算机控制的发展概况及趋势；了解过程自动化的任务，进一步明确计算机控制系统的类型、特点。
1.1.1计算机控制系统典型计算机反馈控制系统如图1.1所示。
系统中存在着两种截然不同的信号，即模拟连续信号及数字离散信号。
因而对于计算机控制系统的分析和设计就不能完全采用连续控制理论，需要有相应的离散控制理论与之相适应。
不同类型信号混合的分析有时是困难的，然而，在大多数的情况下，描述系统在采样点上的表现就足够了。
1.1.2计算机控制系统组成计算机控制系统是由硬件和软件两部分组成的。
计算机控制技术实验报告
计算机控制技术实验报告精33 任雪冰 2013010667一. 设计报告的全部内容（含分析）：（一）. 基本信息：实验日期为第15周周三以及即将到来的第16周周二，组号为第4组，至于设备号印象不是很清楚，似乎是1号（这就很尴尬）。
组员有赵航，康轶譞与任雪冰。
（二）. 电机模型参数的辨识过程与辨识结果：辨识过程：1.首先是采样周期的确定，根据题中所给条件，由M P =0.3，t s =0.5可以解出：ξ=0.3579，ωn =16.7665，BW=23.6527再根据公式：ωs =(10−30)max (ωn ，BW)，T =2πωs 可以解出：0.008855s<T<0.026564s为方便计算，令采样周期T=0.01s=10ms2.然后便是在实验室的工作：给予系统一个幅值为5V 的阶跃信号，观察并导出系统的响应曲线以及个点数据。
3.数据拟合：理论计算出阶跃信号的输出函数为：5()()b Y s s s a =+ 5()(1)at b y t e a-=- 编写matlab 程序：fun=inline('b(1).*(1-exp(-b(2)*k))','b','k');b0=[8,0.5];[b,r,j]=nlinfit(k,y,fun,b0);b（k 是采集的时间，b 是对应的数据）将三次数据得到的b(1)、b(2)做平均得到最终结果a=b(2)、b=b(1)*a/54.辨识结果：结果为：a=5.9817，b=50.7030（三）. 计算机控制设计：原理框图如下：（图片来源于老师课件第七章）设计步骤：1.Z变换：被控对象传递函数为：G s=50.7030对其求Z变换得：H z=B(z)=0.002485z+0.00243622.求H m分解：B z=B+B−，B+=1，B−=0.002485z+0.002436由于K V=20>1，所以设：B m1=b0z+b1可计算：d=degA z−deg B z=1r=deg B−z+deg B m1z=2p1=−2e−ξωn T cos2∙ωn∙T =−1.8605p2=e−2ξωn T=0.8869所以：H m z=B m(z)m=(0.002485z+0.002436)∙(b0z+b1)32根据条件K V=20>1可得方程：H m1=1−dH m(z)dz z=1=1TK V=15最后解得：b0=0.7791，b1=4.5857H m z=B m(z)m=0.001936z2+0.01329z+0.01117323.求T，S，R：首先知道：T z=B m1z=0.7791z+4.5857设：R z=z+r，S z=s0z+s1再根据公式：A z∙R z+B z∙S z=A m(z)带入后各次幂对应系数相等，可解得：R z=z+0.03471，S z=18.7872z−13.4224带入后验证无误。
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《计算机控制系统》设计性实验
一、通过设计性实验达到培养学生实际动手能力方法及步骤：
对系统设计方法可以从“拿到题目”到“进行分析”再到“确定解决方案”最后到“具体系统的设计的实现”的整个过程进行全方位的启发。
让学生掌握对不同的控制系统设计方法和基本思想，从工程角度对待设计题目，尽量做到全面认识理解工程实际与实验室环境的区别，逐步引入工程思想，提高学生设计技巧和解决实际问题的能力。
1、了解和掌握被控制对象的特性；
2、选择合理的传感器（量程、精度等）；
3、计算机控制系统及接口的设计（存储器、键盘、显示）；
4、制定先进的、合理的控制算法；
5、结合控制系统的硬件系统对软件进行设计；
6、画出系统硬件、软件框图；
7、系统调试。
二、具体完成成品要求：
1、对传感器、A/D、D/A、中央处理器、显示、键盘、存储器的选型大小等；
2、实现系统硬件原理图用Protel或Proteus、MATLAB软件（框图）仿真设计；
3、达到课题要求的各项功能指标；
4、系统设计文字说明书；
5、按照学号循环向下作以下5个题目。
三、系统控制框图：
控制系统硬件框图
四、设计题目：
1、瓦斯气体浓度控制系统：
要求：准确测量和显示瓦斯的浓度，其主要成分是甲烷、一氧化碳、氢气等瓦斯浓度在4﹪以下是安全的，大于4﹪就会引发爆炸很危险。
控制算法对气体浓度有预判性，控制通风系统工作，保证环境安全稳定。
a、对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据；
b、电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容；
c、电路的基本工作原理应有一定说明；
d、电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性。
2、酒精浓度自动控制系统：
要求：测量范围10-1000PPM、精度为5PPM。
设计传感器的信号调理电路。
实现以下要求：
设计信号调理将传感器输出0.2-1.4 V的信号转换为0-5V直流电压信号；
a、对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据；
b、电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容；
c、电路的基本工作原理应有一定说明；
d、电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性。
3、恒温箱控制系统：
要求：恒温箱温度控制在70℃-80℃之间，精度0.5℃，有越线报警。
并具有断电保护、报警等功能。
a、对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据；
b、电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容；
c、电路的基本工作原理应有一定说明；
d、电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性。
4、储粉仓粉位高度控制系统：
要求：粉仓高度12米，正常工作粉位在2米至9米之间，精度为±10 cm，实现粉位上、下控制，有越线报警，若出现上、下粉位越线后，通过控制系统实现控制，快速回归到控制区。
a、对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据；
b、电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容；
c、电路的基本工作原理应有一定说明；
d、电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性。
5、汽车轮胎压力控制系统：
要求：了解掌握轿车轮胎压力，检测轮胎压力的必要性，实现数据定时播报每个轮胎压力，误差±0.1bar，实现上、下越线报警，控制算法。
a、对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据；
b、电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容；
c、电路的基本工作原理应有一定说明；
d、电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性。
设计性实验说明书
一、正文：正文内容层次序号为： 1、1.1、1.1.1……。
正文内容一般为：
1、选题背景：说明本课题应解决的主要问题及应达到的技术要求；简述本设计的指导思想。
2、方案论证(设计理念)：说明设计原理（理念）并进行方案选择，阐明为什么要选择这个设计方案以及所采用方案的特点。
3、过程论述：对设计工作的详细表述。
要求层次分明、表达确切。
4、结果分析：对研究过程中所获得的主要的数据、现象进行定性或定量分析，得出结论和推论。
5、结论或总结：对整个研究工作进行归纳和综合。
6、设计心得体会。
课程设计说明书（报告）要求文字通顺，语言流畅，无错别字，不得使用铅笔书写。
按学校确定的统一封皮装订。
计算机控制系统设计性实验报告
学生姓名:学号：
学院: 自动化工程学院
班级:
题目:。