计算机控制技术pid课程设计报告
计算机控制技术课程设计。基于PID-电阻炉温度控制系统
实用文档科技学院课程设计报告( 2021 -- 2021年度第 2 学期)名称：计算机控制系统A题目：院系：动力工程系班级：自动化11K×班学号：学生姓名：指导教师：设计周数：1周成绩：日期：2021 年7 月11 日基于Smith-PID电阻炉温度控制系统一、课程设计(综合实验)的目的与要求设计目的用SMITH-PID控制器控制电阻炉。
防止因为延时过大造成的控制误差过大设计要求设计一个基于闭环直接数字控制算法的电阻炉温度控制系统具体化技术指标如下：1.电阻炉温度控制在0~500℃；2. 加热过程中恒温控制，误差为±2℃；3. LED实时显示系统温度，用键盘输入温度，精度为1℃；4. 采用Smith-PID数字控制算法，要求误差小，平稳性好；5. 温度超出预置温度±5℃时发出报警。
2方案设计本系统是一个典型的温度闭环控制系统，需要完成的功能是温度设定、检测与显示以及温度控制、报警等。
温度的设定和显示功能可以通过键盘和显示电路局部完成；温度检测可以通过热电阻、热电偶或集成温度传感器等器件完成；温度超限报警可以利用蜂鸣器等实现；温度控制可以采用可控硅电路实现。
系统采用89C51作为系统的微处理器来完成对炉温的控制和键盘显示功能。
8051片内除了128KB的RAM外，片内又集成了4KB的ROM作为程序存储器，是一个程序不超过4K字节的小系统。
系统程序较多时，只需要外扩一个容量较小的程序存储器，占用的I/O口减少，同时也为键盘、显示等功能的设计提供了硬件资源，简化了设计，降低了本钱。
因此89C51可以完成设计要求。
系统建模和数字控制器的设计PID调节是连续系统中技术最成熟的、应用最广泛的一种控制算方法。
它结构灵活，不仅可以用常规的PID调节，而且可以根据系统的要求，采用各种PID的变型，如PI、PD控制及改良的PID控制等。
它具有许多特点，如不需要求出数学模型、控制效果好等，特别是在微机控制系统中，对于时间常数比拟大的被控制对象来说，数字PID完全可以代替模拟PID调节器，应用更加灵活，使用性更强。
自动控制课程设计pid
自动控制 课程设计pid一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握PID控制原理，理解比例（P）、积分（I）、微分（D）各自的作用及相互关系。
2. 使学生了解自动控制系统中PID参数调整对系统性能的影响。
3. 引导学生运用数学工具描述控制系统的动态特性。
技能目标：1. 培养学生运用PID算法解决实际控制问题的能力。
2. 让学生掌握使用仿真软件进行PID控制器设计和参数优化的方法。
3. 培养学生通过实验分析控制效果，进而调整PID参数的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对自动控制技术的兴趣，激发学习热情。
2. 培养学生的团队合作意识，提高沟通与协作能力。
3. 引导学生关注自动化技术在生活中的应用，认识到科技发展对社会进步的重要性。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程将目标分解为以下具体学习成果：1. 学生能够阐述PID控制原理，并解释P、I、D参数对系统性能的影响。
2. 学生能够运用仿真软件设计PID控制器，并完成参数优化。
3. 学生能够通过实验，观察和分析控制效果，根据实际情况调整PID参数。
4. 学生在课程学习中展现出积极的学习态度和良好的团队合作精神。
二、教学内容1. 理论部分：a. 控制系统基本概念及性能指标介绍（对应教材第2章）b. PID控制原理及其数学描述（对应教材第3章）c. PID参数调整对系统性能的影响分析（对应教材第4章）2. 实践部分：a. 使用仿真软件（如MATLAB/Simulink）进行PID控制器设计与仿真（对应教材第5章）b. 实际控制实验，观察和分析PID参数调整对系统性能的影响（对应教材第6章）3. 教学进度安排：a. 第1周：控制系统基本概念及性能指标学习b. 第2周：PID控制原理及其数学描述学习c. 第3周：PID参数调整对系统性能的影响分析d. 第4周：仿真软件操作培训及PID控制器设计e. 第5周：实际控制实验操作及结果分析教学内容遵循科学性和系统性原则，结合教材章节，确保学生能够逐步掌握自动控制及PID控制相关知识。
pid课程设计
pid 课程设计一、教学目标本节课的教学目标是让学生掌握PID控制器的原理、结构和应用，能够运用PID控制器解决实际工程问题。
具体来说，知识目标包括：了解PID控制器的组成部分，掌握PID控制器的工作原理，理解PID控制器在工业控制系统中的应用。
技能目标包括：能够根据系统特性设计和调整PID控制器参数，能够使用PID控制器进行系统控制。
情感态度价值观目标包括：培养学生对自动化技术的兴趣和认识，使学生意识到PID控制器在现代工业中的重要作用。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括PID控制器的原理、结构和应用。
首先，介绍PID控制器的组成部分，包括比例环节、积分环节和微分环节。
然后，讲解PID控制器的工作原理，包括控制器输入输出关系、控制律和参数调整方法。
接着，介绍PID控制器在工业控制系统中的应用，包括过程控制系统、运动控制系统和温度控制系统等。
最后，通过实例分析，让学生学会使用PID控制器解决实际工程问题。
三、教学方法为了实现本节课的教学目标，采用多种教学方法相结合的方式进行教学。
首先，采用讲授法，系统地讲解PID控制器的原理、结构和应用。
其次，采用讨论法，让学生在小组内讨论PID控制器参数调整的方法和技巧。
再次，采用案例分析法，通过分析实际工程案例，让学生学会运用PID控制器解决实际问题。
最后，采用实验法，让学生在实验室进行PID控制器的设计和调试，巩固所学知识。
四、教学资源为了支持本节课的教学内容和教学方法的实施，准备了一系列教学资源。
教材方面，选用《自动控制原理》作为主教材，辅助以《PID控制器应用手册》等参考书籍。
多媒体资料方面，制作了PPT课件，展示了PID控制器的原理图、结构图和工程应用案例。
实验设备方面，准备了PID控制器实验装置，让学生能够亲自动手进行实验操作。
此外，还提供了在线教程、视频讲座等网络资源，供学生课后自学。
五、教学评估本节课的教学评估主要包括平时表现、作业和考试三个部分。
《计算机控制技术》数字PID控制器设计与仿真实验报告
《计算机控制技术》数字PID控制器设计与仿真实验报告课程名称：计算机控制技术实验实验类型：设计型实验项目名称：数字PID控制器设计与仿真一、实验目的和要求1. 学习并掌握数字PID以及积分分离PID控制算法的设计原理及应用。
2. 学习并掌握数字PID控制算法参数整定方法。
二、实验内容和原理图3-1图3-1是一个典型的 PID 闭环控制系统方框图，其硬件电路原理及接线图可设计如图1-2所示。
图3-2中画“○”的线需用户在实验中自行接好，对象需用户在模拟实验平台上的运放单元搭接。
图3-2上图中，ADC1为模拟输入，DAC1为模拟输出，“DIN0”是C8051F管脚 P1.4，在这里作为输入管脚用来检测信号是否同步。
这里，系统误差信号E通过模数转换“ADC1”端输入，控制机的定时器作为基准时钟(初始化为10ms)，定时采集“ADC1”端的信号，得到信号E的数字量，并进行PID计算，得到相应的控制量，再把控制量送到控制计算机及其接口单元，由“DAC1”端输出相应的模拟信号，来控制对象系统。
本实验中，采用位置式PID算式。
在一般的PID控制中，当有较大的扰动或大幅度改变给定值时，会有较大的误差，以及系统有惯性和滞后，因此在积分项的作用下，往往会使系统超调变大、过渡时间变长。
为此，可采用积分分离法PID控制算法，即：当误差e(k)较大时，取消积分作用；当误差e(k)较小时才将积分作用加入。
图3-3是积分分离法PID控制实验的参考程序流程图。
图3-3三、主要仪器设备计算机、模拟电气实验箱四、操作方法与实验步骤1.按照图3-2搭建实验仿真平台。
2.确定系统的采样周期以及积分分离值。
3.参考给出的流程图编写实验程序，将积分分离值设为最大值0x7F，编译、链接。
4.点击，使系统进入调试模式，点击，使系统开始运行，用示波器分别观测输入端R以及输出端C。
5.如果系统性能不满意，用凑试法修改PID参数，再重复步骤3和4，直到响应曲线满意，并记录响应曲线的超调量和过渡时间。
计算机控制技术课程设计报告
课程设计课程名称计算机控制系统综合设计与实践题目名称基于单片机的PID电机速度调节专业班级__ 应用电子技术2班 _ 年级 2011级学生旭楷学号 3111002628 指导教师黄国宏2014年6月19日目录一、 PID算法及PWM控制技术简介 (2)1.1.PID算法 (2)1.1.1.模拟PID (2)1.1.2.数字PID (3)1.1.3.数字PID参数整定方法 (5)1.2.PWM脉冲控制技术 (7)1.2.1.PWM控制的基本原理 (7)1.2.2.直流电机的PWM控制技术 (8)二、设计方案与论证 (10)2.1.系统设计方案 (10)2.2.电机驱动模块设计方案 (11)2.3.速度采集模块设计方案 (10)2.4.显示模块设计方案 (10)三、单元电路设计 (11)3.1.硬件资源分配 (11)3.2.电机驱动电路设计 (11)3.3.电机速度采集电路设计 (12)3.4.串行通信模块 (13)四、软件设计 (14)4.1.算法实现 (14)4.1.1.PID算法 (14)4.1.2.电机速度采集算法 (14)4.2定时程序流程 (15)五、设计要求 (16)六、总结 (24)一、 PID 算法及PWM 控制技术简介1.1、PID 算法控制算法是微机化控制系统的一个重要组成部分，整个系统的控制功能主要由控制算法来实现。
目前提出的控制算法有很多。
根据偏差的比例（P ）、积分（I ）、微分（D ）进行的控制，称为PID 控制。
实际经验和理论分析都表明，PID 控制能够满足相当多工业对象的控制要求，至今仍是一种应用最为广泛的控制算法之一。
下面分别介绍模拟PID 、数字PID 及其参数整定方法。
1.1.1 模拟PID在模拟控制系统中，调节器最常用的控制规律是PID 控制，常规PID 控制系统原理框图如图1.1所示，系统由模拟PID 调节器、执行机构及控制对象组成。
图1.1 模拟PID 控制系统原理框图PID 调节器是一种线性调节器，它根据给定值)(t r 与实际输出值)(t c 构成的控制偏差： )(t e =)(t r －)(t c （1.1）将偏差的比例、积分、微分通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制，故称为PID 调节器。
PID软件综合设计课程设计报告
目录一、设计目的 .................... 错误！未定义书签。
二、设计内容 .................... 错误！未定义书签。
三、设计原理 (2)四、设计思想 (5)五、程序结果 (6)六、心得体会 .................... 错误！未定义书签。
一、设计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、设计原理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 DI 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。
《计算机控制技术》课程设计--数字pid控制器
《计算机控制技术》课程设计--数字pid控制器华北水利水电大学路亚斌,201009532《计算机控制技术》课程设计姓名: 路亚斌学号: 201009532指导老师: 徐俊红王亭岭时间:2013年12月23日——2014年1 月3日《计算机控制技术》课程设计华北水利水电大学路亚斌,201009532目录第一章《计算机课程设计》任务书................................................................ 错误～未定义书签。
1.1 题目二:数字PID控制器设计 ............................................................... 错误～未定义书签。
1.1.1设计位置式PID控制器和增量式PID控制器 ............................. 错误～未定义书签。
1.1.2模拟PID控制器设计 ...................................................................... 错误～未定义书签。
1.2 题目三:控制系统的状态空间设计...................................................................... . (1)1.2.1 确定状态反馈阵K ...................................................................... . (1)1.2.2 确定一个全维状态观测器L........................................................... 错误～未定义书签。
第二章位置式PID控制器设计 ..................................................................... .. 错误～未定义书签。
计算机控制技术课程设计数字PID控制系统设计
课程设计报告题目：数字PID控制系统设计（II）课程：计算机控制技术课程设计专业：电气工程与其自动化班级：姓名：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（II）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。
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：增量梯形积分型的PID控制算法。
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：44(),()(0.21)(0.81)G s G s s s s s ==++ 55(),()(0.81)(0.31)(0.81)(0.21)G s G s s s s s ==++++510(),()(1)(0.81)(1)(0.41)G s G s s s s s ==++++88(),()(0.81)(0.41)(0.41)(0.51)G s G s s s s s s s ==++++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。
pid控制实验报告[最新版]
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pid控制实验报告pid控制实验报告篇一：PID控制实验报告实验二数字PID控制计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量。
因此连续PID控制算法不能直接使用，需要采用离散化方法。
在计算机PID控制中，使用的是数字PID控制器。
一、位置式PID控制算法按模拟PID控制算法，以一系列的采样时刻点kT代表连续时间t，以矩形法数值积分近似代替积分，以一阶后向差分近似代替微分，可得离散PID位置式表达式：Tu T ?kpeu=para; J=0.0067;B=0.1; dy=zeros= y= -+ = k*ts; %time中存放着各采样时刻rineu_1=uerror_1=error;%误差信号更新图2-1 Simulink仿真程序其程序运行结果如表2所示。
Matlab输出结果errori = error_1 = 表2 例4程序运行结果三、离散系统的数字PID控制仿真1．Ex5 设被控对象为G?num 仿真程序：ex5.m%PID Controller clear all; close all;篇二：自动控制实验报告六-数字PID控制实验六数字PID控制一、实验目的1．研究PID控制器的参数对系统稳定性及过渡过程的影响。
2．研究采样周期T对系统特性的影响。
3．研究I型系统及系统的稳定误差。
二、实验仪器1．EL-AT-III型自动控制系统实验箱一台 2．计算机一台三、实验内容1．系统结构图如6-1图。
图6-1 系统结构图图中 Gc（s）=Kp（1+Ki/s+Kds） Gh（s）=（1－e）/s Gp1（s）=5/（（0.5s+1）（0.1s+1）） Gp2（s）=1/（s（0.1s+1））-TS 2．开环系统（被控制对象）的模拟电路图如图6-2和图6-3，其中图6-2对应GP1（s）,图6-3对应Gp2（s）。
图6-2 开环系统结构图1 图6-3开环系统结构图2 3．被控对象GP1（s）为“0型”系统，采用PI控制或PID控制，可使系统变为“I型”系统，被控对象Gp2（s）为“I型”系统，采用PI控制或PID控制可使系统变成“II型”系统。
计算机控制技术课程设计报告基于PID算法的模拟温度闭环控制系统课程设计报告
一、控制对象：1.2.1 被控对象本次设计为软件仿真，通过PID算法控制系统在单位阶跃信号u(t)的激励下产生的零状态响应。
传递函数表达式为：1.2.2 设计规定规定系统可以快速响应，并且可以迅速达成盼望的输出值。
本次设计选用PID控制算法，PID控制器由比例控制单元P、积分控制单元I和微分控制单元D组成。
其输入与输出的关系为式中，为比例系数；为积分时间常数；为微分时间常数。
二、控制规定分析：设定目的温度，使温度呈单位阶跃形式在目的温度处趋于震荡稳定。
使系统可以在任意设定的目的温度下，从现有温度达成目的温度，并趋于稳定状态。
三、可行性分析:参考国内外的技术资料，可以通过计算机仿真技术实现该模拟温度闭环控制系统；运用C语言实现基于PID算法的模拟温度闭环控制系统。
四、总体设计：4.1控制系统组成控制系统框图如图1所示。
图1 控制系统框图4.2工作原理：在图1 所示系统中，D(z)为该系统的被控对象，零状态下，输入为单位阶跃信号R 的输出反馈给输入。
在参数给定值R的情况下，给定值R 与反馈值比较得到偏差，通过PID 调节器运算产生相应的控制量，PID 调节器的输出作为被控对象的输入信号，是输入的数值稳定在给定值R 。
4.3模拟PID 控制算法原理：在模拟系统中PID 算法的表达式为：式中，P(t)为调节器输出信号，e(t)为调节器偏差信号，它等于测量值与给定值之差；Kp 为调节器的比例系数，1/T1为调节器的积分时间， Td 为调节器的微分时间。
在计算机控制系统中，必须对上式进行离散化使其成为数字式的差分方程。
将积分式和微分项近似用求和及增量式表达。
即：PID 控制器 D(z) u 1(t) R + e(t) _ u(t)将上面两个式子代入第一式，得：由此式可以运用递推求出K-1次的PID输出表达式用K-1次的输出减去第K次的输出得：4.4系统设计流程图由此可以编制基于PID算法的C语言程序实现温度闭环控制系统。
计算机控制课程设计-PID控制器调节
目录一、前言 (1)二、PID控制的基本原理和常用形式及数学模型 (1)三、设计内容 (2)3、1 分析原系统 (2)3、2 2 P控制方式： (3)3、3 PI控制 (5)3、4 PID控制 (8)四、设计总结 (11)4、1、结果分析 (11)4、2、参数的作用 (11)五、设计工作总结及心得体会 (12)六、参考文献 (12)一、前言PID 控制是最早发展起来的经典控制策略，是用于过程控制最有效的策略之一。
由于其原理简单．技术成熟，在宴际应用中较易于整定，在工业控制中得到了广泛的应用。
它最大的优点是不需了解被控对象精确的数学模型，其需在线根据系统误差段误差的变化率等简单参数，经过经验进行调节器参数在线整定，即可取得满意的结果。
具有很大的适应性和灵话性。
PID 控制中的积分作用可以减少稳态误差，但男一方面也容易导魏积分饱和，使系统的超调量增大。
微分作用可提高系统的响应速度，但其对高频干扰特别敏感，甚至会导致系统失稳。
所以，正确计算P1D 控制器的参数，有效合理地宴现PID 控制器的设计，对于PID 控制器在过程控制中的广泛应用具有重要的理论和现实意义。
二、PID 控制的基本原理和常用形式及数学模型具有比例-积分-微分控制规律的控制器，称PID 控制器。
这种组合具有三种基本规律各自的特点，其运动方程为：dtt de dt t e t e t m K K K K K d p ti p p )()()()(0++=⎰ 相应的传递函数为：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=S S s K K K G d i p c 1)(SS S K K Kd i p12++∙=图1 PID 控制的结构图若14<Tiτ，则可以写成：=)(s G c()()SS S KKiP1121++∙ττ由此可见，当利用PID 控制器进行串联校正时，除可使系统的型别提高一级外，还将提供两个负实零点。
与PI 控制器相比，PID 控制器除了同样具有提高系统的稳态性能的优点外，还多提供一个负实零点，从而在提高系统动态性能方面，具有更大的优越性。
计控课设报告—PID
1.手自动及无扰切换本设计中，通过扫描计算机按键来控制自动状态与手动状态的切换及量值的增减。
这里的手动，实际上是由计算机实现的“软手动”1）自动状态当扫描到按键“A”时，系统切换为自动状态，由PID控制器计算偏差输出控制量。
自动状态下，可通过“U”“D”两个按键分别实现设定值sp的加和减。
由于算法本身对控制量有保持作用，可实现自动至手动的无扰切换。
2）手动状态当扫描到按键“M”时，系统切换为手动状态，此时PID控制器不工作，由手操器直接改变控制量的加减，输出给对象。
手动状态下，可通过“U”“D”两个按键分别实现控制量u2的加和减。
要实现手动的自动的无扰切换，需要使u(k)=0，即应使e(k-1), e(k-2)和u(k-1)=0等历史状态清零，同时使切换时偏差e(k)=0。
故在手动状态下，让主调的sp跟踪pv，同时让副调的输入量u1跟踪反馈量x1，此时切换可实现无扰。
2.PID参数整定根据对象特性，，初始PID参数为Ti=n*T，Td=（1/3~1/8）Ti。
设初始PID参数为：PID1: Kp1=0.8, Ti1=10.0, Td1=3.3, Tf=6.0PID2: Kp2=0.5, Ti2=1.0, Td1=0.3, Tf=1.0发现前期控制量太小，控制作用太弱，后期控制量大，使超调量较大。
故适当增大微分作用，减小积分作用，使系统受到阶跃扰动时，前期快速动作，同时可以减少超调量。
最终参数为：3.纯迟延模块传入参数：输入值、迟延时间、采样时间迟延周期数等于迟延时间除以采样时间。
将输入值存入一个队列，每个周期将历史值右移，固定周期后输出。
此时输出值是数周期前的输入值，从而达到纯迟延的效果。
4.理想PID算法5.实际PID 算法6.理想PID与实际PID的区别其实就是实际PID加了一个低通滤波器，在阶跃响应最开始时，保证微分有效作用下，减小微分作用带来的冲击，使输出不越限，以保护实际生产过程中的执行机构。
计算机控制技术课程设计报告 DOC
计算机控制技术课程设计报告 DOC比例（P）控制比例控制是一种最简单的控制方式。
其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。
当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-stateerror）。
积分（I）控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。
对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（SystemwithSteady-stateError）。
为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。
积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。
这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。
因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
微分（D）控制在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。
自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。
其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。
解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。
这就是说，在控制器中仅引入?“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。
所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。
5.4系统加入D和不加入D的不同之处。
对于具有较大惯性转速或者之后去的对象，系统加入D之后，明显的减小了振荡，减小了调节时间，使得系统快速进入稳定状态，提高了系统的动态特性。
不加入D的话，当系统较大惯性或滞后的被控对象，系统会出现近似等幅振荡，无法进入稳定状态。
计算机控制课程设计报告
计算机控制课程设计报告课程名称：计算机控制技术设计题目：PID控制算的ｍａｔｌａｂ仿真研究专业：自动化班级：学号：学生姓名：——————以下由指导教师填写——————分项成绩：出勤成品答辩及考核总成绩：总分成绩指导教师（签名）：PID控制算法的MATLAB仿真研究一、课程设计目的和要求 1.目的1)通过本课程设计进一步巩固PID 算法基本理论以及数字控制器实现的认识和掌握，归纳和总结PID 控制算法在实际运用中的一些特性；2) 熟悉MATLAB 语言及其在控制系统设计中的应用，提高学生对控制系统程序设计的能力。
2.要求通过查阅资料，了解PID 算法研究现状和研究领域，充分理解设计内容，对PID 算法的基本原理与运用进行归纳和总结，并独立完成设计实验和总结报告。
二、课程设计的基本内容及步骤 1. 任务的提出在本课设计中采用带纯滞后的一阶惯性环节作为系统的被控对象模型，传递函数为()1d sf Ke G s T sτ-=+，其中各参数分别为：30K =， 630f T =，60d τ=。
本次课程设计使用PID 控制算法，PID 控制是将偏差的比例（Proportional ）、积分（Integral ）和微分（Differential ）三者通过线性组合构成控制量。
PID 控制是应用最广泛的一种控制规律。
在实际应用中，PID 调节器的实现分模拟和数字两种方法。
模拟法就是利用硬件电路实现PID 调节规律。
数字法就是对经典的模拟PID 进行了数字模拟，用数字调节器来代替模拟调节器。
在采样周期较小时，数字模拟PID 控制算法是一种较理想的控制算法。
数字PID 控制在智能检测与控制系统中是一种普遍采用的控制方法。
PID 控制器是一种线性控制器，其控制算法的模拟表达式是：⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=⎰dt t de T dt t e Ti t e K t u DP )()(1)()( （1） 式中：U(t)——调节器的输出信号； e(t) ——调节器的偏差信号； KP ——调节器的比例系数；Ti ——调节器的积分时间； TD ——调节器的微分时间；在计算机控制系统中，使用的是数字PID 控制器，数字PID 控制算法通常又分为位置式PID 控制算法和增量式PID 控制算法。
计算机控制技术PID课程设计报告材料
课程设计课程名称计算机控制技术题目名称高精度直流电机调速系统学生学院信息工程学院专业班级应用电子技术2班学号 XXXXXXXXXXX 学生姓名胡丛滟指导教师黄国宏2014 年06 月16 日一、方案论证 (3)1.1.PID算法 (3)1.2.简易工程发整定PID参数 (3)二、理论分析与计算 (3)2.1. 系统设计方案 (3)2.2. 数字PID控制器 (4)2.3. 凑式法整定PID参数 (5)2.4. 直流电机调速与测速 (6)三、硬件电路设计 (6)3.1. 电机驱动及传感器电路 (7)3.2. 串口发送数据电路 (7)3.3. LCD1602显示电路 (7)四、程序设计 (8)4.1. PID增量式算法 (8)4.2. 系统程序流程图 (8)4.3. 消除积分不灵敏的办法 (9)4.4. 抗积分饱和的办法 (9)五、调试过程 (10)5.1. 只有比例环节 (10)5.2. 加入积分环节 (11)5.3. 加入积分分离 (11)5.4. 加入微分环节 (13)六、设计心得................................................................................................ . (15)七、参考文献 (15)八、附录（程序) (16)本作品以单片机STC98C52为控制器，由电机、电机速度采集传感器和电机驱动组成主电路。
控制器产生PWM脉冲送到电机驱动电路中，经过功率放大后控制直流电机转速，同时利用速度检测模块将当前转速反馈到控制器中，控制器经过数字PID运算后改变PWM脉冲的占空比，实现电机精确控制转速和改善系统运行目的。
实验数据通过LCD1602显示并通过串口发送给PC机进行波形显示。
ABSTRACTThis work STC98C52 MCU as the controller, driven by a motor, motor speed acquisition sensor and the composition of the main circuit. Controller to generate PWM pulse motor drive circuit, after power amplification control dc motor speed, and speed detection module is used to change the current speed feedback to the controller, the controller through a digital PID computation after changing the duty ratio of PWM pulse, it can realize accurate control of motor speed and improve the system operation purpose. The experimental data through the LCD1602 display and waveform display through a serial port is sent to the PC.一、方案论证1.1. PID 算法方案一：采用位置式PID 算法，该控制算法提供了执行机构的具体位置，PID 输出与整个过去的状态有关，容易产生大的累加误差。
PID课程设计报告
1设计任务与设计分析初始条件：反馈系统方框图如下图所示。
K (s)D =1（比例P 控制），s K K (s)D I +=2（比例积分PI 控制），)6s )(1s (1s G 1+-+=s (s)，)2s )(1s (1G 2++=(s)；图1-1 反馈系统框图1.1 任务要求(1) 当D(s)=D 1(s),G(s)=G 1(s)时，确定使反馈系统保持稳定的比例增益K 的范围。
计算系统在单位阶跃信号输入作用下的误差常数和稳态误差；(2) 满足（1）的条件下，取三个不同的K 值（其中须包括临界K 值），计算不同K 值下系统闭环特征根，特征根可用MATLAB 中的roots 命令求取；(3) 用Matlab 画出（2）中三个增益对应的单位阶跃输入的响应曲线，通过响应曲线分析不同K 值时系统的动态性能指标；(4) 当D(s)=D 2(s),G(s)=G 2(s)时，确定使系统稳定K 和K I 的范围，并画出稳定时的允许区域。
计算系统在单位阶跃信号输入作用下的误差常数和稳态误差；(5) 满足（4）的条件下，取三个不同的K 和K I 值，计算不同K 和K I 值下系统闭环特征根，特征根可用MATLAB 中的roots 命令求取。
画出其中一组值对应的波特图并计算相角裕度；(6) 用Matlab 画出（5）中三个增益对应的单位阶跃输入的响应曲线，通过响应曲线分析不同K 和K I 值时系统的动态性能指标；(7) 比较P 和PI 控制的特点；1.2 任务分析(1) 对于任务要求（1）和（4），我决定采用劳斯判据的方法 ，在保持反馈系统稳定的要求下，分别得出比例控制时K的范围以及比例积分控制时K和Ki的范围；然后再利用误差系数法，得出稳态常数和稳态误差；(2) 对于任务要求（2）、(3)、（5）和（6），都采用Matlab编程和Simulink仿真的方式，来得出根的分布与单位阶跃响应曲线；(3) 在前面6个要求完成之后，对前面所得到的数据和图像加以分析，总结出P 和PI控制各自的特点，进而完成课程设计报告。
pid课程设计
pid课程设计一、课程目标知识目标：通过本课程的学习，使学生掌握PID控制原理的基本知识，理解比例、积分、微分三个参数对控制系统稳定性的影响，能够运用PID控制算法解决简单的控制问题。
技能目标：培养学生运用数学工具分析控制系统的能力，掌握PID参数调整的基本方法，提高学生解决实际工程问题的能力。
情感态度价值观目标：激发学生对自动化技术的兴趣，培养学生的团队合作意识，提高学生面对复杂问题时的自信心和解决问题的决心。
针对八年级学生的特点，课程设计将注重理论与实践相结合，以培养学生动手能力和实际问题解决能力为主。
在教学过程中，注重启发式教学，引导学生主动探究，提高学生的自主学习能力。
课程目标分解：1. 知识目标：- 掌握PID控制原理；- 理解比例、积分、微分参数对控制系统稳定性的影响；- 能够运用PID控制算法解决简单的控制问题。
2. 技能目标：- 能够运用数学工具分析控制系统；- 掌握PID参数调整的基本方法；- 能够将PID控制算法应用于实际工程问题。
3. 情感态度价值观目标：- 增强学生对自动化技术的兴趣；- 培养学生团队合作意识；- 提高学生面对复杂问题时的自信心和解决问题的决心。
二、教学内容本章节教学内容依据课程目标，结合教材第二章“自动控制原理”相关内容，组织以下教学安排：1. PID控制原理：- 比例控制原理及其作用；- 积分控制原理及其作用；- 微分控制原理及其作用；- PID控制算法的组成及工作原理。
2. PID控制参数对系统性能的影响：- 比例参数对系统稳定性和快速性的影响；- 积分参数对系统稳定性和消除静态误差的作用；- 微分参数对系统稳定性和抑制超调的作用；- PID参数调整的一般方法。
3. 实际控制系统中的应用：- 简单控制系统的PID控制案例分析；- PID控制参数调整的实际操作；- PID控制在工程中的典型应用。
教学进度安排：第一课时：PID控制原理及其作用；第二课时：PID控制参数对系统性能的影响；第三课时：PID控制在实际控制系统中的应用及案例分析；第四课时：PID控制参数调整的实际操作。
计算机控制pid课程设计
双闭环调速系统PID调节器的设计在双闭环调速系统中，一般速度和电流调节器均用 PI调节器，这就难免引起速度超调。
双闭环调速系统的两个调节器如果采用PID 设计，微分作用的加入将有助于减小速度超调，使系统更加稳定，减小调整时间，改善系统的动态性能。
1.双闭环调速系统PID调节器的设计1.1对象的数学模型图1 双闭环调速系统的动态结构图被控对象KZS_1型可控硅实验装置的基本数据流如下：直流电动机：Unom=220V，Inom=8.7A，Nnom=1500r/min,Ce=0.132Vmin/r,允许过载倍数λ=1.6,晶闸管装置放大系统Ks=60,三相桥式电路的平均失控时间Ts=0.00167S,电枢回路总电阻R=5.26Ω,电磁时间常数Tι=0.021S,机电时间常数Tm=o.16S,转数滤波时间常数Ton=0.005S,电流滤波时间常数Toi=0.005S 电流反馈系数β=0.5747V/A,转数反馈系数α=0.00333Vmin/r.1.2电流环结构图的简化图2 电流环结构简化的动态结构图实际系统的电磁时间常数Tι一般都远小于机电时间常数Tm，因而电流的调节过程往往比转速的变化过程快得多，也就是说，比反电动势E的变化快得多，反电动势对电流环来说只是一个变化缓慢的扰动作用，在电流调节器的调节过程中可以近似的认为E基本不变，即ΔE≈0.这样在设计电流调节器时，可暂不考虑反电动势的反馈作用，再把给定滤波和反馈滤波两个环节等效移到环内，得到忽略反电动势影响的电流环近似结构图，如上图所示。
1.3电流调节器的设计图2表明，电流环的控制对象有三个小惯性环节，且Tι>Toi>Ts，要校正成典型I 型系统，应采用PID调节器，其传递函数为（1）为了让调节器零点对消掉对象的较大的时间常数极点，选择（3）则电流环的动态结构为图3的典型型式，其中对于典型I型系统，希望超调量≤5% ，可取Ki·Ts ，即1.4转速调节器的设计文献［1］指出，把已设计好的电流环看作转速调节系统中的一个环节，其等效电流环为原来电流环的控制对象是三个惯性环节，其时间常数是Tl、Toi和Ts，闭环后，整个电流环近似为只有一个小时间常数为2Ts的一阶惯性环节，这表明，电流闭环后，改造了控制对象，加快了电流跟随作用。
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课程设计课程名称计算机控制技术题目名称高精度直流电机调速系统学生学院信息工程学院专业班级应用电子技术2班学号XXXXXXXXXXX学生姓名胡丛滟指导教师黄国宏2014 年06 月16 日目录一、方案论证 (3)1.1.PID算法 (3)1.2.简易工程发整定PID参数 (3)二、理论分析与计算 (3)2.1. 系统设计方案 (3)2.2. 数字PID控制器 (4)2.3. 凑式法整定PID参数 (5)2.4. 直流电机调速与测速 (6)三、硬件电路设计 (6)3.1. 电机驱动及传感器电路 (7)3.2. 串口发送数据电路 (7)3.3. LCD1602显示电路 (7)四、程序设计 (8)4.1. PID增量式算法 (8)4.2. 系统程序流程图 (8)4.3. 消除积分不灵敏的办法 (9)4.4. 抗积分饱和的办法 (9)五、调试过程 (10)5.1. 只有比例环节 (10)5.2. 加入积分环节 (11)5.3. 加入积分分离 (11)5.4. 加入微分环节 (13)六、设计心得................................................................................................ . (15)七、参考文献 (15)八、附录（程序) (16)摘要本作品以单片机STC98C52为控制器，由电机、电机速度采集传感器和电机驱动组成主电路。
控制器产生PWM脉冲送到电机驱动电路中，经过功率放大后控制直流电机转速，同时利用速度检测模块将当前转速反馈到控制器中，控制器经过数字PID运算后改变PWM脉冲的占空比，实现电机精确控制转速和改善系统运行目的。
实验数据通过LCD1602显示并通过串口发送给PC机进行波形显示。
ABSTRACTThis work STC98C52 MCU as the controller, driven by a motor, motor speedacquisition sensor and the composition of the main circuit. Controller to generate PWM pulse motor drive circuit, after power amplification control dc motor speed, and speed detection module is used to change the current speed feedback to the controller, the controller through a digital PID computation after changing the duty ratio of PWM pulse, it can realize accurate control of motor speed and improve the system operation purpose. The experimental data through the LCD1602 display and waveform display through a serial port is sent to the PC.一、方案论证1.1. PID算法方案一：采用位置式PID算法，该控制算法提供了执行机构的具体位置，PID 输出与整个过去的状态有关，容易产生大的累加误差。
方案二：采用增量式PID算法，增量算法不需要做累加，控制量增量的确定仅与最近几次误差采样有关，对控制量的计算影响较小，易于实现手动到自动的无冲击切换。
方案采用：在本实验中采用增量式PID算法。
主要原因是PWM占空比和转速不成线性关系，意思就是就算知道了现在电机速度，也无法准确改变占空比来达到期望速度，采用增量式的好处是只要有误差存在就可以不断增加或者减少占空比来达到期望速度。
1.2. 简易工程法整定PID参数方案一：采用扩充临界比例度法，只需选取一个足够短的采样周期，只采用比例作用，不断改小比例度（δ=1/Kp），直到系统发生持续等幅振荡，记下使系统发生振荡的临界比例度δk及系统的临界振荡周期Tk，然后再通过选择控制度和根据表格查找参数就可以求得T、Kp、Ti、Td的值。
方案二：采用凑试法，根据参数对控制过程的影响趋势，对参数实行先比例，后积分，再微分的整定步骤。
方案采用：本实验采用凑试法。
主要原因是扩充临界比例度法需要选择足够小的采样周期，但本系统的采样周期为1s，远大于纯滞后时间，因此不能采用扩充临界比例度法。
二、理论分析与计算2.1. 系统设计方案图2.1 系统方案框图根据系统设计的任务和要求，设计系统方框图如图2.1所示。
图中控制器模块为系统的核心部件，按键和显示器用来实现人机交互功能，其中通过按键将需要设置的参数和状态输入到单片机中，并且通过控制器显示到显示器上。
在运行过程中控制器产生PWM 脉冲送到电机驱动电路中，经过放大后控制直流电机转速，同时利用速度检测模块将当前转速反馈到控制器中，控制器经过数字PID 运算后改变PWM 脉冲的占空比，实现电机转速实时控制的目的。
2.2. 数字PID 控制器模拟PID 调节器的控制规律为])()(1)([)(0dt t de T dt t e T t e K t u D tIp ++=⎰ （2.1）式中，P K 为比例系数，I T 为积分时间常数，D T 为微分时间常数。
当采样周期足够小时，在模拟调节器的基础上，通过数值逼近的方法，用求和代替积分、用后向差分代替微分，使模拟PID 离散化变为差分方程。
这样，式（2.1）便可离散化以下差分方程：01})]1()([)()({)(u n e n e TT n e T Tn e K n u ni DIP +--++=∑= （2.2）式中0u 是偏差为零时的初值；式(2.2)第一项起比例控制作用,称为比例（P ）项)(n u P ,即)()(n e K n u P p = （2.3）第二项起积分控制作用,称为积分（I ）项)(n u I 即∑==ni IPI i e T TK n u 1)()( （2.4）第三项起微分控制作用,称为微分（D ）项)(n u D 即)]1()([)(--=n e n e TT K n u DPD （2.5）式（2.2）的输出量u(n)为全量输出,它对于被控对象的执行机构每次采样时刻应达到的位置。
因此,式（2.2）又称为位置型PID 算式。
由（2.2）可看出，位置型控制算式不够方便，这是因为要累加偏差e(i),不仅要占用较多的存储单元，而且不便于编写程序，为此对式（2.2）进行改进。
根据式（2.2）不难看出u(n-1)的表达式，即011})]2()1([)()1({)1(u n e n e T T n e T Tn e K n u n i DIP +---++-=-∑-= （2.6）将式（2.2）和式（2.6）相减，即得数字PID 增量型控制算式为)1()()(--=∆n u n u n u )]2()1(2)([)()]1()([-+--++--=n e n e n e K n e K n e n e K D I P （2.7）式中： P K 称为比例增益；I PI T TK K =称为积分系数；T T K K DPD =称为微分系数。
2.3. 凑试法整定PID 参数增大比例系数 Kp ，一般将加快系统的响应，在有静差的情况下有利于减小静差。
但过大的比例 系数会使系统有较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。
增大积分时间 Ti 有利于减小超调，减小振荡；使系统更加稳定，但系统静差的消除将随之减慢。
增大微分时间 Td 亦有利于加快系统响应，使超调量减小，稳定性增加，但系统对扰动的抑制能 力减弱，对扰动有较敏感的响应。
在凑试时，可参考以上参数对系统控制过程的影响趋势，对参数调整实行先比例、后积分，再微分的整定步骤。
（1）首先整定比例部分，将比例系数由小变大，并观察相应的系统响应，直至得到反应快、超调小的响应曲线。
如果系统没有静差或静差已经小到允许范围内，并且对响应曲线已经满意，则只需要比例调节器即可。
（2）如果在比例调节的基础上系统的静差不能满足设计要求，则必须加入积分环节。
将已经调节好的比例系数略为缩小(一般缩小为原值的0.8)，然后减小积分时间，使得系统在保持良好动态性能的情况下，静差得到消除。
在此过程中，可根据响应曲线的好坏反复改变比例系数与积分时间，以期待得到满意的控制过程与整定参数。
（3）如果在上述调整过程中对系统的动态过程反复调整还不能得到满意的结果，则可以加入微分环节。
一般的系统D =0，1或2。
只有部分滞后较大的系统，D 值才可能调大些。
PID 参数修改后，可以适度修改设定值(人为的阶跃扰动)观察系统的跟踪响应，以判断PID 参数是否合适。
P 值太小，I 值太小或D 值太大均会引起系统超调振荡。
2.4. 直流电机调速与测速调速：根据PWM 控制的基本原理可知，一段时间内加在惯性负载两端的PWM 脉冲与相等时间内冲量相等的直流电加在负载上的电压等效，可通过改变输出的占空比来改变电压从而改变速度。
测速：在本系统中由于要将电机本次采样的速度与上次采样的速度进行比较，通过偏差进行PID 运算，因此速度采集电路是整个系统不可缺少的部分。
本次设计中应用了比较常见的光电测速方法来实现，其具体做法是将电机轴上固定一圆盘，且其边缘上有N 个等分凹槽如图3.5（a ）所示，在圆盘的一侧固定一个发光二极管，其位置对准凹槽处，在另一侧和发光二极光平行的位置上固定一光敏三极管，如果电动机转到凹槽处时，发光二极管通过缝隙将光照射到光敏三极管上，三极管导通，反之三极管截止，电路如图3.4（b ）所示，从图中可以得出电机每转一圈在P3.3的输出端就会产生N 个低电平。
这样就可根据低电平的数量来计算电机此时转速了。
例如当电机以一定的转速运行时，P1.2将输出如图3.5所示的脉冲，若知道一段时间t 内传感器输出的低脉冲数为n ，则电机转速v=n/t 。
+5V470Ω200ΩR1R2(a) (b)图2.2 电机速度采集方案三、硬件电路设计3.1. 电机驱动及传感器电路图3.1 电机驱动及传感器电路3.2. 串口发送数据电路图3.2 串口电路3.3. LCD1602显示屏电路图3.3 LCD1602显示屏电路四、程序设计4.1. PID增量式算法本系统设计的核心算法为PID算法，它根据本次采样的数据与设定值进行比较得出偏差e(n)，对偏差进行P、I、D运算最终利用运算结果控制PWM脉冲的占空比来实现对加在电机两端电压的调节[10]，进而控制电机转速。