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1、计算机控制技术课程设计报告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 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
2、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：微分先行的PID控制算法
3、。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：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
4、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1.1课程名称. 1.2课
5、程设计目的. 1.3课程设计内容. 1.4课程设计要求. 2 方案设计2.1 设计步骤. 72.1 系统流程图及工作原理. 73 硬件电路设计3.1被控对象设计. 83.2硬件电路图. 84 控制算法设计. 95 软件编程设计5.1设计流程图. 105.2程序. 116 实验结果与分析. 157 小结与体会. 17参考文献. 181 课题简介 1.1 课题名称微分先行PID控制系统设计1.2 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
6、。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。1.3 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
7、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。1.4 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. 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。. PID控制器用凑试法整定。. 滤波方法可选择平均值法，中值法等。2 微分先行PID控制方案设计2.1 设计步骤 1、进行硬件设计，根据（）改造被控对象 2、进行微分先行控制算法计
8、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 图系统框图（1） 采样y(t)（2） 计算（3） 计算（4） 进行PI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 被控对象由运放和电阻电容组成，如图所示。其中， R1=100K , C1=2Uf , R2=20K R3=100K , C2=4Uf , R4=200K图被控对象电路图3.2 硬件电路连接图 图硬件电路连线图4 微分先行PID控制控制算法设计其中而yd（k）可通过双线性变换法得到，过程如下由式变型、整理得将上式k变换得到5 微分先行PID控制软件编程设计5.1 设计流程图图设计流程图5.2 程序/*
