数字PID积分分离

1、扬州大学水利与能源动力工程学院课程设计报告题 目： 数字PID控制系统设计（IV） 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1102 姓 名： 奥巴马 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（IV）积分分离二、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理论性、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

2、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调试工作打下基础。三、课程设计内容设计以89C51单片机和ADC、DAC等电路、由运放电路实现的被控对象，构成的计算机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（用ADC0809等）和模出电路（用TLC7528和运放等）；由运放实现的被控对象。2. 控制算法：带积

3、分分离的增量型PID控制。3. 控制算法仿真：在simulink中建立控制系统仿真图，编写S-function, 对算法进行仿真。 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. 模入电路用两个通道分别采集被控对象的输出和给定信号。3. 每个同学选择不同的被控对象：4. PID参数整定，带有积分环节的对象用扩充临界比例度法，无积分环节的对象用扩充响应曲线法。5. 对象输出端加上扰动：扰动可选择小幅度正弦信号、小幅度阶跃信号、小幅度的脉冲信号。扰动的出现时刻选择在系统进入稳态后的适当时刻。6. 对采样信号加上滤波算法。算法可选择

4、滑动平均值法，复合滤波，惯性滤波等。7. simulink仿真采用ode4定步长，仿真步长可取0.1-1ms。采样周期可取20-100ms，由实验结果确定。8. S-function的函数名由各人姓名拼音缩写+学号后3位数组成。有关的设计资料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. simulink控制系统仿真能正确运行。2. 正确整定PID参数后，系统阶跃响应超调时，采用PD控制，当偏差e(k) /采用PD算法 d_uk=Kp*P+Kd*D; uk=uk_1+d_uk; uk_1=uk; end if abs(ek)umax uk=umax; end /限幅，最大输出为

5、5V if uk-umax uk=-umax; end /限幅，最小输出为-5V sys=uk;5.3 滤波程序设计采用滑动滤波方法，取20个数据xk20=xk19; xk19=xk18; xk18=xk17; xk17=xk16; xk16=xk15; xk15=xk14; xk14=xk13; xk13=xk12; xk12=xk11; xk11=xk10; xk10=xk9; xk9=xk8; xk8=xk7; xk7=xk6; xk6=xk5; xk5=xk4; xk4=xk3; xk3=xk2; xk2=xk1; xk1=u(2);yk=(xk1+xk2+xk3+xk4+xk5+xk

6、6+xk7+xk8+xk9+xk10+xk11+xk12+xk13+xk14+xk15+xk16+xk17+xk18+xk19+xk20)/20;u(2)=yk;6 实验与结果分析6.1 PID参数整定无积分环节，按要求采用扩充响应曲线法在模拟控制系统中，可用响应曲线法代替临界比例读法一样，用扩充响应曲线法整定T和Kp、Ti、Td的步骤如下： 数字控制器不接入控制系统，让系统处于手动操作状态下，将被调量调节到给定值附近，并使之稳定下来。然后突然改变给定值，给对象一个阶跃输入信号。 用仪表记录被调量在阶跃输入下的整个变化曲线，如图6.1所示。 在曲线最大斜率处做切线，求得滞后的时间，被控对象时间

7、常数T以及它们的比值，查表即可得数字控制器的Kp、Ti、Td及采样周期T。图1 被调量在阶跃输入下的变化过程曲线6.2实验结果分析 控制器的输出范围应符合设计要求-5V+5V图2 控制器的输出未加干扰整定后的PID调节效果图整定参数：Kp=2 Ti=0.8 Td=0.18 T=0.005图3 PID调节输出图 加入随机干扰后输出图4 加入随机滤波后的输出入 加入滑动滤波程序后的输出图图5加入滑动滤波程序后的输出图7 小结与体会 这次计算机控制技术课程设计采取了分组模式，6-8人一组，每组课题各不相同，这样寻求帮助的范围小了很多，讨论圈也缩小。所以相比以往的几次全班相同的课程设计，自己感觉这次难

8、度比以前提高了很多，而从最后做的情况来看的确如此。通过这课程设计，我学到了许多在课堂上学不到的东西。不仅对课本上所学的理论知识有了更进一层的了解，并且增加了实际动手操作能力。我感觉本次课程设计与以往最大的不同之处就是学生思考和实践的独立性更强，老师只提供一些指导和建议通过这一次的课程设计，我对计算机控制的相关知识有了深刻的认识、同时加深了对SIMULINK仿真及编程调试等知识的了解和掌握，同时通过实践，对以上内容有了更深刻的认识，有效地将书本知识和实际情况联系起来。虽然课程设计的过程中遇到很多困难，但也收获了很多。因为很多细节地方不懂，那么就得上网查资料，以及分析学习自己需要的，这间接锻炼了个

9、人的查阅整理以及归纳能力。而且在这个过程中学习巩固了许多计算机控制的相关知识，使得自己对于理论与实践的统一有了新的认识。当然这个过程是一个团队来完成的，大家在做的过程中分工合作，我带头尽力去理解去查阅信息，让后把我们的课程设计分为几个板块，大家各负责一个板块，这样最后发现效率提高了不少。当然协调很重要，我深深体会到了这一点，团队合作协调统一很重要，但是更重要的是人心，一个人如果心态消极怠慢，那么效率自然就会低很多，并且会给整个团队带来很多负面影响。这是我这次体会到的关于团队合作的一些心得。本次课程设计用到了专业软件MATLAB的SIMULINK模块，在用的过程中深深感到了自己许多方面的不足，比

10、如熟悉程度，一些指令自己完全不知道是什么。而且让我感到无奈的是MATLAB软件的所有指令是英文，在实际应用到英语时候才发现，真是书到用时方恨少。这次的合作让我想到了许多，现代社会很多工作需要合作，因为你一个人根本胜任不了，而合作时难免会出现矛盾，这些矛盾是组织管理者必须重视的吧。所以以自己的观点来看，每个人都可以学学心理学。很多时候你觉得你出力最多，而其他人觉得自己出力也多，而实际上团队的合作少了任何一环节都是不行的。所以我是真的体会到为什么许多大公司团队大力宣传奉献精神，当然自我观点认为这是在强调人文素养吧。虽然最后经历了几番波折，实验终于完成，实验数据也在老师的指导下进行了验证，并确保了实验的正确性。但是实验内容纵然结束了，但是课程设计还远没有完成，因为还要写课程设计报告，这个过程让我体会了到了合作的重要性，因为查找资料相当的费时间，还得整理筛选各个数据，而且还得加上分析总结，这并不是之前想的那样简单的复制粘贴，有些事看起来容易，可当自己亲自去做的时候你才回真正体会到难易。这次课程设计的结论得出过程、查阅资料、分析结果等就让我深深体会到了这一点。最后我总结了许多，首先感谢老师的指导，其次这次课程设计我收获了很多，尽管只有短短几天，但是这几天的时间里让我对知识的学习，团队的合作，自我的认知有了更进一步的体会。参 考 文 献1 于海生主编，微型计算