软件课程设计任务书(1)

软件课程设计任务书
一、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
二、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。

2、实现各种函数发生器并显示
1）基本要求：实现下列函数发生器，正玄函数、方波函数、锯齿函数、三角函数，函数的生成参数都可以通过菜单设定，并且将生成的函数
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。

三、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。

四、 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、 考核方法
1、平时表现 30％
2、完成设计任务情况 70％
1、数字PID 及其算法
在模拟系统中，PID 算法的表达式为
])()(1)([)(⎰++=dt
t 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：
∑⎰∑===∆=n
j n
n j j E T t j E dt t e 000)()()( （2） T
k 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 T
T 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∑=k
j 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 T
T j E T T k E K k P D k j I
P （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 I
P I T T K K =：积分系数 T T K K D P
D =：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：
1
1)()()(1+==
s T s X s Y s G 其微分方程为： )()()(1t x t y t y dt
d 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：
T
nT y T n y dt t dy )(])1[()(-+≈ 于是式（9）可写成：
)()()(])1[(1
nT x nT y T
nT y T n y T =+-+ 经整理后，得： )()()1(])1[(1
1nT 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。