软件课程设计报告

软件课程设计报告自动化0904 张諝0909012281.目的通过本课程设计实习，使学生在下列方面有所了解和提高：1、掌握Visual Basic进行程序设计的基本思路和方法2、能利用Visual Basic编程实现简单的任务3、结合控制系统理论用VB进行计算机控制仿真2.设计内容1、对一阶系统实现PID算法控制并进行仿真，具体功能如下：1）基本要求：实现PID算法和一阶系统差分方程仿真，PID算法中的四个参数和一阶系统的参数都可以通过菜单进行设定，系统对阶越函数的响应以图形方式实时显示在窗口中。

2）附加功能：将系统的时间响应数据保存到数据库中，具体应包括下列属性：时间，输出值。

将系统的历史响应重现。

使用Teechart控件作为显示输出。

3.要求1、上机实习期间严格教学次序，不迟到，不早退，不无故缺席。

2、严格遵守机房规章制度。

3、上机前做好预习，提高上机效率。

4、完成实习报告。

实习报告书写整洁，条理清楚。

4. 计划进度整个课程设计总共一周，时间分配如下：1、熟悉了解Visual Basic，主要包括VB语言、界面设计、绘图功能、数据库访问技术、ActiveX控件的注册和使用。

2、回顾控制系统原理中的PID算法及PID算法的数字化。

3、实现PID算法对一阶系统的控制并显示系统的时间响应。

4、将系统的时间响应数据存储到数据库中，然后重现整个响应。

五．实验基本思想与数学实现1、数字PID 及其算法在模拟系统中，PID 算法的表达式为])()(1)([)(⎰++=dtt de T dt t e T t e K t P D I P （1） 式中 P(t)：调节器的输出信号e(t)：调节器的偏差信号，等于测量值与给定值之差P K ：调节器的比例系数I T ：调节器的积分时间D T ：调节器的微分时间由于计算机控制是一种采样控制，只能根据采样时刻的偏差来计算控制量。

因此，在计算机控制系统中，必须对式（1）进行离散化处理，用数字形式的差分方程代替连续系统的微分方程，此时积分项和微分项可用求和及增量式表示：∑⎰∑===∆=nj nn j j E T t j E dt t e 000)()()( （2） Tk E k E t k E k E dt t de )1()()1()()(--=∆--≈ （3） 将式（2）、（3）代入式（1），则可得到离散的PID 表达式：})]1()([)()({)(0∑=--++=k j D I P k E k E TT j E T T k E K k P （4） 式中T t =∆：采样周期，必须使T 足够小，才能保证系统有一定的精度；)(k E ：第k 次采样时的偏差值；)1(-k E ：第（k －1）次采样时的偏差值；k ：采样序号，,...2,1,0=k )(k P ：第k 次采样时调节器的输出由于（4）的输出值与阀门开度的位置一一对应，因此，通常把（4）称为位置型PID 的位置控制算式。

由（4）可以看出，要想计算)(k P ，不仅需要本次与上次的偏差信号)(k E 和)1(-k E ，而且还要在积分项中把历次的偏差信号)(j E 进行相加，即∑=kj j E 0)(，这样，不仅计算繁琐，而且为保存)(j E 还要占用很多内存。

为此，作如下改动。

根据递推原理，可写出（k-1）次的PID 输出表达式：)]}2()1([)()1({)(10---++-=∑-=k E k E TT j E T T k E K k P D k j IP （5） 用式（5）减去（4），可得： )]2()1(2)([)()]1()([)1()(-+--++--+-=k E k E k E K k E K k E k E K k P k P D I P （6） 式中 IP I T T K K =：积分系数 T T K K D PD =：微分系数 式（6）称为增量式PID 控制算式。

增量型PID 算法的算式为：)]2()1(2)([)()]1()([)(-+--++--=∆k E k E k E K k E K k E k E K k P D I P （7）设)]1()([)(--=∆k E k E K k P P P)()(k E K k P I I =∆)]2()1(2)([)(-+--=∆k E k E k E K k P D D所以：)()()()(k P k P k P k P D I P ∆+∆+∆=∆ （8）2、 离散控制系统的数学描述设系统为一阶惯性环节，系统的传递函数为：11)()()(1+==s T s X s Y s G 其微分方程为： )()()(1t x t y t y dtd T =+ （9） 差分方程和微分方程在形式上有一定的相似之处，设时间间隔T 足够小，当nT t =时，可有：TnT y T n y dt t dy )(])1[()(-+≈ 于是式（9）可写成：)()()(])1[(1nT x nT y TnT y T n y T =+-+经整理后，得：)()()1(])1[(11nT x T T nT y T T T n y =-++ （10） 在T 足够小的条件下，微分方程（9）可以近似成差分方程（10），T 值越小，则近似得越好。

六．实验具体实现（本实验基于VB6.0平台）1.对象窗口2.代码窗口Private Declare Function timeGetTime Lib "winmm.dll" () As Long1).Command1按钮所对应事件代码：Private Sub Command1_Click()On Error Resume NextDim x As IntegerDim p1, p2, y, t, t2, e1, e2, e3 As Double Dim kp, ti, td, ki, kd, y1 As DoubleDim f1, f2 As Booleanf1 = Truef2 = Truex = Text1.Texty = 0kp = Text2.Textti = Text3.Texttd = Text4.Textt = Text5.Textp1 = p2 = 0e3 = e2 = e1 = 0Form1.Data1.Visible = FalseForm1.Data1.RecordsetType = 1Form1.Data1.RecordSource = "zx"With TChart1.Series(0).ClearForm1.Data1.Recordset.MoveFirstFor i = 1 To 60 / tForm1.Data1.Recordset.DeleteForm1.Data1.Recordset.MoveNext Next iForm1.Data1.RefreshFor i = 1 To 60 / tki = kp * t / tikd = kp * td / te3 = e2e2 = e1e1 = 1 - yy1 = yp1 = p2 + kp * (e1 - e2) + ki * e1 + kd * (e1 - 2 * e2 + e3) / /PID环节输出y = t / x * p1 + (1 - t / x) * y / /系统输出yp2 = p1t2 = t * i.Series(0).Add y, t2, clTeeColor / /PID具体实现代码段If f1 ThenIf y >= 1 ThenText6.Text = t2f1 = FalseEnd IfEnd IfIf y > 1 ThenIf f2 ThenIf y < y1 ThenText7.Text = t2Text8.Text = Format(y - 1, "0.0%")f2 = FalseEnd IfEnd IfEnd IfForm1.Data1.Recordset.AddNewForm1.Data1.Recordset.Fields("time") = t2Form1.Data1.Recordset.Fields("output") = yForm1.Data1.Recordset.Update / /数据录入数据库代码delay (10)Next iEnd WithEnd SubPrivate Sub Command2_Click()With TChart1.Series(0).ClearEnd WithEnd SubPublic Function delay(hm As Double)Dim t1t1 = timeGetTimeWhile (timeGetTime - t1) < hmDoEventsWendEnd Function2）.Command2按钮所对应代码Private Sub Command2_Click()With TChart1.Series(0).ClearEnd WithEnd Sub3).Data1控件所对应代码Private Sub Data1_Validate(Action As Integer, Save As Integer) End Sub3.程序运行时窗口说明：在T1上打入一阶系统的参数,在时间间隔内打入所需要的时间间隔，之后分别输入PID控制的3个参数，按下Command1键，系统将经过PID控制之后的系统响应输出，并且在tr,tp,p.o%三个窗口内分别计算出上升时间，峰值时间和超调量。

按下Command2按钮后，可以清楚响应图像以便重新作图。

4.Access数据库新建表名称为myj具体表：在表中记录了time和output两项数据，都是由程序进行计算后传送到数据库中的。