微分先行PID控制系统设计

1、扬州大学能源与动力工程学院课程设计报告题目：微分先行PID控制系统设计课程：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0703姓名：高梁学号：071301306计算机控制技术课程设计报告第一部分任务书-1-计算机控制技术课程设计报告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。

2、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2.控制算法：微分先行的PID控制算法。3.软件设计：主

3、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（2.被控对象每个同学选择不同：(s1)(0.4s1)8s(0.8s1)(0.4s1)s(0.4s1)(0.5s1)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。-5V+5V）,模出电路能输出双极性电压（-5V+5V）。G(s);(0.8s1)(0.3s1),(0.8s1)(0.2s1)G=(s1)(0.8s1),G(s)=G(s)=G(s)=G(s)=10G(s)=、4二s(0.2s1)4.定时中断可在10-50ms中选取，采样周期取采样中断的

4、整数倍，可取30-150ms,由实验结果确定。-2-计算机控制技术课程设计报告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、进度安排序号内容天数1布置任务，查阅资料0.52总体方案确定，硬件电路设计1.53熟悉实验箱及C语言开发环境，研读范例程序，14控制算法设计15软件编程，调试16实验17总结，撰写课程设计报告1七、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

5、.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。-3-计算机控制技术课程设计报告第二部分课程设计报告-4-计算机控制技术课程设计报告目录1 1课题简介1.1课程名称61.2课程设af目的61.3课程设方f内容61.4课程设方f要求62 2方案设计2.1设计步骤72.2系统流程图及工作原理73 3硬件电路设计3.1被控对象设计83.2硬件电路图84 4控制算法设计95 5软件编程设计5.1设计流程图105.2程序116 6实验结果与分析157

6、 7小结与体会17参考文献18-5-计算机控制技术课程设计报告1 1课题简介1.11.1 课题名称微分先行PID控制系统设计1.21.2 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，

7、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。1.31.3 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：PID控制加史密斯预估控制。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控制加史密斯预估控制程序。1.41.4 课程设计要求1.模入电路能接受双极性电压输入(-5V

8、+5V),模出电路能输出双极性电压(-5V+5V)。1102.被控对象G(s)=10(0.8s1)(0.2s1)3 .定时中断间隔可在10-20ms中选取，采样周期T取采样中断间隔的整数倍，可取30-50ms。4.PID控制器用凑试法整定。5 .滤波方法可选择平均值法，中值法等。-6-计算机控制技术课程设计报告2 2微分先行PIDPID控制方案设计2.1 设计步骤1、进行硬件设计，根据G(Z)改造被控对象2、进行微分先行控制算法计算3、读范例程序，画出流程图，进行修改4、连线，调试实验结果2.2 控制系统总框图及系统工作原理yd(k)yd图1系统框图(1)采样y(t)(2)计算yD(k)计算e

9、(k)=y(k)yD(k)(4)进彳TPI计算u(k)(5)输出u(k)微分先行PID原理:它和标准PID控制的不同之处在于，只对被控量y(t)微分，不对偏差e(t)微分，也就是说对给定r(t)无微分作用。这样就可避免给定值的升降给控制系统带来冲击。3微分先行PID控制硬件电路设计3.1被控对象设计被控对象G(s)=5由运放和电阻电容组成，如图2所示。(0.8s1)(0.2s1)其中，R1=100K,C1=2Uf,R2=20KR3=100K,C2=4Uf,R4=200K-7-r(t)1+TDS1+VTDS计算机控制技术课程设计报告20K2uF4uF图2被控对象电路图3.2 硬件电路连接图14-

10、士t.E:,.匚 图3硬件电路连线图-8-yd(k)2TD-TT2TDyd(k-1)T2TDT2TDy(k)T-2TDy(k-i)T2TD-9-计算机控制技术课程设计报告4微分先行PID控制控制算法设计Tku(k)=Kpe(k)-e(i)T|i0其中e(k)=r(k)-yd(k)而yd(k)可通过双线性变换法得到，过程如下由式变型、整理得2TD-TT2TDYd(Z)=T+2yTDZYd(z)+T+2TDY(Z)+1-2IDZ/Y(Z)T2TD将上式k变换得到Yd(Z)Y(Z)1TDS1TDST2TDT2TDQ2Z1S-2TD2TTD5.1 设计流程图采样中断服务4;/声明ADC信号uintda

11、tatime;/声明变量，用于定时uchardatat0_h,t0_l;/肝f存储定时器0的初值charTK=5;/声明采样周期变量,/采样周期=TK*10mscharTC;/TK的变量floatT=0.05;floatkp=0.9;比例系数uintti=500;/积分系数floattd=8;/微分系数charIBAND=126;/积分分离值floatV=1.1;charEK;/当前采样的偏差值charYK;charYK_1;charYDK;charYDK_1;charRK;charEK_1;/上一次采样的偏差值charAEK;/偏差的变化量charUK;/当前时刻的D/A输出floatZEK

12、;*/#include#include#include#defineuchar#defineuint#defineADCunsignedcharunsignedintXBYTE0 x0600/#define#defineDAC_1XBYTE0 x0640DAC_2XBYTE0 x0641/定义模数转换IO地址定义D/A第一路的IO地址定义D/A第二路的IO地址-11-计算机控制技术课程设计报告主函数*/voidmain(void)(TMOD=0 x01;time=10;t0_h=(65536-1000*time)t0_l=(65536-1000*time)t0_l=t0_l+70;TH0=t0

13、_h;TL0=t0_l;IT1=1;EX1=1;ET0=1;TR0=1;TC=1;DAC_1=0 x80;EK=EK_1=0;AEK=UK=0;ZEK=0;str=1;str0=1;EA=1;while(1);/定时10ms/256;/计算定时器0初值%256;修正因初值重装而引起的定时误差/边沿触发中断/开外部中断1/开定时中断0/启动定时器/D/A清零/变量清零/开总中断/*函数名：INT1功能：1号外部中断服务程序参数：无*返回值：无*/voidint1()interrupt2using2(floatP,A,B,C,I,TEMP;inti;DIN0=1;if(DIN0)(YK=YK_1=

14、0;YDK=YDK_1=0;/读取输入前,先输出高电平判同步信号到否EK=EK_1=0;/变量清零-12-计算机控制技术课程设计报告UK=AEK=0;ZEK=0;DAC_1=0 x80;DAC_2=0 x80;TC=1;)else(TC-;if(TC=0)(RK=ADC-128;str0=0;str=0;str=1;for(i=0;iIBAND)I=0;/判积分分离值else(ZEK=EK+ZEK;/计算积分项I=ZEK*TK;I=I/ti;)P=EK;TEMP=(P+I)*kp;/计算比例项if(TEMP0)/判控制量是否溢出，溢出赋极值(if(TEMP=127)UK=127;-13-/D/

15、A输出零/D/A输出零/判采样周期到否/采样当前的偏差值，并计算偏差的变化量计算机控制技术课程设计报告elseUK=(char)TEMP;)else(if(TEMP j j- -T胳CH1:CH2:1岫kp=0.9;ti=500;td=9通过调节三个参数，系统性能基本达到要求-16-kp=0.8;ti=500;td=9kp来减小计算机控制技术课程设计报告7小结与体会通过这次的课程设计，我对计算机控制技术这门课和课程设计有了一个全新的认识，也有了很多的体会和心得。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

16、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，我对控制算法设计有了一个更深的认识，也学会了控制算法的实际应用，从整体上了解了计算机控制系统的实际组成，掌握了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。按照老师给出的计划，先进行最少拍控制算法计算，接电路，读范例程序，画出流程图，进行修改，调试实验结果。思路很清晰，目标很明确。在设计的过程中虽然遇到问题，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，计算容易出错，软件使用不熟练，但我们几个小组同心协力、分工协作、互相探讨，保证了结果的正确性。

17、作为工科专业的一名学生，对于动手能力有很大的要求。因此我们需要珍惜每次做实验的机会，尽可能的提高自己的实践操作技能。也要利用各种机会，以及创造实践的机会，不断充实自己，为自己的将来增加更多祛码，短短一周的课程设计，使我明白了合作的重要性和力量，我还要加强自己的动手能力，我为将来走入社会做准备。同时我也发现了自己所掌握的知识是真正如此的缺乏，自己综合应用所学的专业知识能力是如此的不足，我深深体会到干任何事情都必须耐心、细致，充满信心。我懂得了不管做什么一定要养成一种高度负责、认真对待的态度。这次的课程设计也使我认识到任何课程的学习都需要理论结合实际，这样才能更好地掌握所学的知识并将它很好地应用于实践中。同时，在实践过程中，可以通过查找资料、分析资料和请教老师和同学，使一些不清楚的问题得以解决，这样的话，可以起到事半功倍的效果。当然，最关键的还是靠自己亲自去思考问题、解决问题，掌握独自面对各类的问题的方法。不少人抱怨在大学学不到东西，我不这样认为。我觉得无论是学习还是生活中，只有自己真正用心去学习和参与才可能有收获，这也算是本次课程设计给我的知识之外的一点小小的感悟吧。总之，本次课程设计收获确实良多，和珍惜这种能够锻炼自己、提升自己的机会。通过这次课程设计，我得到了一次难得的磨练，