重庆大学自动化计控课程设计(初稿)

计算机控制技术基础课程设计设计题目：方波信号发生器频率漂移及跟踪校正控制（采用Proteus仿真软件）学院、专业：自动化学院自动化专业年级：2008级小组人数：4人下发日期：2011年9月19日重庆大学自动化学院二O一一年九月重庆大学本科学生《计算机控制技术基础》课程设计任务书课程设计题目方波信号发生器频率漂移及跟踪校正控制（采用Proteus仿真软件）学院自动化学院专业自动化专业年级2008（1）已知参数和设计要求1）用单片机产生一个一定频率的方波；在按下漂移按键后人为给一个频率漂移；在按下频率控制按键后PID控制发挥作用并纠正频率漂移。

2）要求能实时显示（LED或LCD）频率值。

3）要求在10秒内PID算法纠正频率漂移。

（2）实现方法采用Proteus仿真软件实现（限≤4人选做）学生应完成的工作：1）硬件设计：要求完成控制系统框图；绘制完整的控制系统电原理图；说明各功能模块的具体功能和参数；在Proteus仿真平台上进行系统组成，对整个系统的工作原理进行全面分析，论述其结构特点、工作原理、优、缺点和使用场合。

分析和论述系统采用的主要单元的工作原理和特性。

2）软件设计：要求合理分配系统资源，完成方波信号发生器频率漂移及跟踪校正控制的程序设计（如：系统初始化；主程序；A/D转换；D/A转换；标度变换；显示与键盘管理；控制算法；输出等）。

3）对设计控制系统进行系统联调。

4）编写课程设计报告：按统一论文格式、统一报告纸和报告的各要素【封面、任务书、目录、摘要、序言、主要内容（包括设计总体思路、设计步骤、原理分析和相关知识的引用等）、总结、各组员心得体会、参考书及附录（包括系统框图、程序流程图、电原理图和程序原代码）】进行编写，字数要求不少于4000字，要求设计报告论理正确，逻辑性强，文理通顺，层次分明，表达确切。

目前资料收集情况（含指定参考资料）：《计算机硬件技术基础实验教程》黄勤等编著重庆大学出版社《单片微型计算机机与接口技术》李群芳等编著电子工业出版社《计算机控制技术》王建华等编著高等教育出版社课程设计的工作计划：（1）2011年9月19日熟悉设计任务和要求。

（2）2011年9月20日确定设计方案。

（3）2011年9月21日硬件调试。

（4）2011年9月22日软件及系统调试。

（5）2011年9月23日设计答辩。

任务下达日期 2011年 9月 19 日完成日期 2011年 9 月 24日指导教师（签名）学生（签名）说明：1、学院、专业、年级均填全称，如：光电工程学院、测控技术、2003。

2、本表除签名外均可采用计算机打印。

本表不够，可另附页，但应在页脚添加页码。

目录摘要 (3)序言 (3)设计总体思路··········································设计步骤··············································原理分析··············································总结··················································各组员心得体会········································参考资料··············································附录··················································方波信号发生器频率漂移及跟踪校正控制（采用Proteus 仿真软件）1.摘要本实验是用Proteus 仿真软件进行仿真实验。

用单片机产生一个一定频率的方波，在按下漂移按键后人为给一个频率漂移，在按下频率控制按键后PID 控制发挥作用并纠正频率漂移实现跟踪校正控制。

再写点啥，，，2.序言PID 控制已成为了控制系统中技术最成熟、应用最广泛的一种控制方式。

PID 控制技术结构简单，参数调整方便，其实质是根据输入的偏差值按比例、积分、微分的函数关系进行运算，运算结果用以输出进行控制。

PID 控制中的比例环节能减小偏差，但不能消除静差；积分环节在积分时间足够长情况下可完全消除静差；微分环节可以减小超调、克服震荡、加快系统响应速度、减小调节时间、改善系统的动态性能。

运用了Protues 软件进行仿真PID 控制，相比于硬件仿真更加方便、准确。

3.设计总体思路3.1 控制系统基本框图 ⊗PID 算法e(k)执行装置被控对象△u(k)y(t)r(k)测量单元y(k)3.2 软件设计思想3.2.1 方波设计思想OOXXOOXXOOXX3.2.2 PID 设计思想这个课程设计中在我们应用了多种PID 算法进行控制，并比较它们的优缺点，选择最优控制方案达到在10秒内PID 算法纠正频率漂移的目的。

1.位置式PID 控制算法：PID 典型的控制算法如下：()()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=⎰t D I P dt t de T dt t e T t e K t 01u (1)p K ：比例系数I T ：积分时间常数D T ：微分时间常数()t e ：给定值和测量值两者的偏差由于计算机控制是一种采样控制系统,它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量。

因此,式中的积分和微分项不能直接使用,需要进行离散化处理。

令T 为采样周期,以一系列的采样时刻点kT 代表连续时间t ,以累加求和近似代替积分,以一阶后向差分近似代替微分,做如下的近似变换:kT =t (2) ()()()∑∑⎰===≈ij i j j e T jt e T dt t e 00t 0 (3)()()()()()()Tk e k e T T k e kT e t d t de 1]1[--=--≈ (4) ()k e 为系统第k 次采样时刻的偏差值,()1-k e 为系统第()1-k 次采样时刻的偏差值,i 为采样序号,,....2,1,0=i 。

将上面的(3)式和(4)式代入(1)式,则可以得到离散的PID 表达式:()(){()()()[]}10j --++=∑=k e k e TT j e T T i e K i u D i Ip (5) 仿真结果：OOOXXXXOOOOXXXX位置式PID 控制算法输出的)(k u 直接去控制执行机构, )(k u 的值和执行机构的位置是一一对应的.位置式PID 控制算法的缺点是：每次输出均与过去的状态有关, 计算时要)(k e 进行累加，计算机运算工作量大；并且计算机输出的)(k u 对应的是执行机构的实际位置, 如计算机出现故障,)(k u 的大幅度变化, 会引起执行机构位置的大幅度变化,在某些场合可能造成重大的生产事故.2.增量式PID 控制算法位置式PID 控制算法在计算时要对偏差量进行累加，计算量大，且要占用大量的存储单元，不便于编写程序。