计算机控制系统设计报告
哈工大 计算机仿真技术实验报告 仿真实验四基于Simulink控制系统仿真与综合设计
基于Simulink 控制系统仿真与综合设计一、实验目的(1) 熟悉Simulink 的工作环境及其功能模块库； (2) 掌握Simulink 的系统建模和仿真方法； (3) 掌握Simulink 仿真数据的输出方法与数据处理；(4) 掌握利用Simulink 进行控制系统的时域仿真分析与综合设计方法； (5) 掌握利用 Simulink 对控制系统的时域与频域性能指标分析方法。
二、实验内容图2.1为单位负反馈系统。
分别求出当输入信号为阶跃函数信号)(1)(t t r =、斜坡函数信号t t r =)(和抛物线函数信号2/)(2t t r =时，系统输出响应)(t y 及误差信号)(t e 曲线。
若要求系统动态性能指标满足如下条件：a) 动态过程响应时间s t s 5.2≤；b) 动态过程响应上升时间s t p 1≤；c) 系统最大超调量%10≤p σ。
按图1.2所示系统设计PID 调节器参数。
图2.1 单位反馈控制系统框图图2.2 综合设计控制系统框图三、实验要求(1) 采用Simulink系统建模与系统仿真方法，完成仿真实验；(2) 利用Simulink中的Scope模块观察仿真结果，并从中分析系统时域性能指标（系统阶跃响应过渡过程时间，系统响应上升时间，系统响应振荡次数，系统最大超调量和系统稳态误差）；(3) 利用Simulink中Signal Constraint模块对图2.2系统的PID参数进行综合设计，以确定其参数；(4) 对系统综合设计前后的主要性能指标进行对比分析，并给出PID参数的改变对闭环系统性能指标的影响。
四、实验步骤与方法4.1时域仿真分析实验步骤与方法在Simulink仿真环境中，打开simulink库，找出相应的单元部件模型，并拖至打开的模型窗口中，构造自己需要的仿真模型。
根据图2.1 所示的单位反馈控制系统框图建立其仿真模型，并对各个单元部件模型的参数进行设定。
所做出的仿真电路图如图4.1.1所示。
计算机控制系统课程设计报告
计算机控制系统课程设计报告班级：热自 111学号：207110638姓名：周经鹏2014年12月11日目录一、课程设计的目的和任务 (2)1.1设计目的 (2)1.2设计任务 (2)二、控制对象喷雾干燥塔简介 (2)三、控制系统画面设计 (3)3.1喷雾干燥塔控制要求 (3)3.2控制系统画面设计 (5)3.3创建报警 (7)四、NT6000分散控制系统(DCS) (8)4.1熟悉NT6000上位机软件 (9)4.2水箱PID调节组态 (11)4.3主汽温监控系统设计 (13)4.3.1绘制主汽温监控系统画面 (13)4.3.2编辑系统功能 (14)五、心得体会 (16)一、课程设计的目的和任务1.1设计目的1.掌握计算机控制系统人机界面在本专业上具体应用的设计过程和实现方法；2.结合《可编程控制器》课程内容，掌握人机界面和控制器之间的通讯的原理、通讯的方式；3.加深对计算机控制系统组成原理、应用、编程的进一步理解；4.结合对喷雾干燥塔控制系统的需求分析，加深对有关热工控制系统、保护控制系统的理解；5.拓展计算机控制系统和其在相关行业中应用的相关知识。
1.2设计任务本次设计的主要任务是在熟悉喷雾干燥塔系统的工艺流程的基础上，基于Vijeo Citect编写喷雾干燥塔控制系统上位机控制系统画面，并对控制系统进行调试。
之后利用NT6000实现上位机、下位机通讯，调试监控系统。
二、控制对象喷雾干燥塔简介喷雾干燥塔将液态的料浆经喷枪雾化后喷入干燥塔内，干燥塔利用燃料燃烧的能量将鼓风机送入的空气进行加热;热空气在干燥塔内将雾化的料浆干燥为超细颗粒粉态成品。
粉状成品在塔内利用旋风分离原理从热空气中分离出来，有塔的底部翻版阀定期排入收集袋中的合格原料。
热空气则通过布袋除尘器除尘后排除。
喷雾干燥塔控制系统主要由燃烧、干燥、投料、除尘等几个主要部分组成。
主要用于把液态原料制备成固体粉末原料的设备。
在很多行业作为原料制备或成品制备的系统设备。
计算机操作系统实验报告
中南大学计算机操作系统实验报告................................................................................................................................................................................................................1、增强学生对计算机操作系统基本原理、基本理论、基本算法的理解；2、提高和培养学生的动手能力。
1、每人至少选作1 题，多做不限；2、每人单独完成，可以讨论，但每人的设计内容不得彻底相同，抄袭或者有2 人/多人设计彻底一样者，不能通过；3、设计完成后，应上交课程设计文档，文档格式应是学校课程设计的标准格式，所有学生的封面大小、格式也必须一样；4、同时上交设计的软盘(或者以班刻录光盘)。
调度算法的摹拟：摹拟各种调度算法，并进行调度性能分析。
摹拟了一个作业调度算法，其中用到了先来先服务算法(FCFS)、短作业优先算法(SJF)、最高响应比优先算法(HRN)三种算法。
如下，分别为三种算法的程序流程图。
图1 - 开始界面图 2 –输入作业的信息(名字、提交时间、运行时间) 图3 –选择算法(FCFS 、SJF、HRN)图4、5 –选择FCFS 算法后输出结果图6、7 –选择SJF 算法后输出结果图8、9 –选择HRN 算法后输出结果能体现公平性；一旦一个较长的作业进入系统后就会长期的占用系统的资源，这样如果有优先级较高的短作业需要执行的话需要等待很长期。
比前者改善了平均周转时间和平均带权周转时间，缩短作业的等待时间，提高系统的吞吐量；对长作业非常不利，可能长期得不到执行，未能一句作业的紧迫程度来划分执行的优先级，难以准确估计作业的执行时间，从而影响调度性能。
这种算法是对FCFS 方式和SJF 方式的一种综合平衡。
《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。
计算机控制技术实训报告
一、实训背景随着科学技术的不断发展，计算机技术在各个领域的应用日益广泛。
计算机控制技术作为自动化领域的重要组成部分，其研究与应用对于提高生产效率、降低成本、改善产品品质等方面具有重要意义。
为了使学生深入了解计算机控制技术，提高动手能力，本实训课程以计算机控制技术为核心，通过实际操作，使学生掌握计算机控制系统的设计、调试和实施方法。
二、实训目的1. 理解计算机控制系统的基本原理和组成；2. 掌握计算机控制系统的设计方法；3. 熟悉计算机控制系统的调试与实施；4. 培养学生团队合作精神和创新意识。
三、实训内容1. 计算机控制系统的基本组成计算机控制系统主要由以下几个部分组成：（1）被控对象：被控对象是指需要通过计算机控制系统进行控制的设备或过程。
（2）传感器：传感器用于将物理量转换为电信号，以便计算机控制系统进行处理。
（3）控制器：控制器是计算机控制系统的核心，负责接收传感器输入信号，根据预设的控制策略进行计算，并输出控制信号。
（4）执行器：执行器根据控制器输出的控制信号，实现对被控对象的调节。
（5）人机界面：人机界面用于人与计算机控制系统之间的交互，包括操作面板、显示器等。
2. 计算机控制系统的设计方法计算机控制系统的设计主要包括以下几个步骤：（1）系统分析：分析被控对象的特点和需求，确定控制目标。
（2）系统建模：根据被控对象的特点，建立数学模型。
（3）控制器设计：根据数学模型和控制目标，选择合适的控制器类型，并进行参数整定。
（4）系统仿真：在计算机上对控制系统进行仿真，验证系统性能。
（5）系统实施：根据仿真结果，对实际控制系统进行调整和优化。
3. 计算机控制系统的调试与实施计算机控制系统的调试主要包括以下几个方面：（1）硬件调试：检查硬件设备是否正常，包括传感器、控制器、执行器等。
（2）软件调试：检查控制算法是否正确，参数是否合理。
（3）系统联调：将硬件和软件结合起来，进行系统联调，验证系统性能。
选矿过程浓密机计算机控制系统的设计与开发的开题报告
选矿过程浓密机计算机控制系统的设计与开发的开题报告一、选题背景浓密机是选矿过程中不可缺少的设备之一，它是利用水的重力沉降作用来将矿浆中的固体颗粒由水分离出来的设备。
选矿过程中，浓密机起着至关重要的作用，对于提高选矿效率有着重要的意义。
随着现代科技的不断进步，计算机技术在工业自动化控制中的应用越来越广泛。
特别是在选矿过程中，计算机控制系统能够实现自动化监测、自动化调控，提高选矿过程中的自动化程度和智能化水平，具有很大的研究价值和开发意义。
因此，本课题旨在设计和开发一种基于计算机控制技术的浓密机自动化控制系统，以提高选矿过程的精度、效率和可控性。
二、研究内容本项目的研究内容主要包括以下方面：1.浓密机的工作原理及选矿过程内部关系的研究。
2.计算机控制技术在浓密机控制中的应用研究。
3.基于计算机控制技术的浓密机自动化控制系统的设计与开发。
4.系统性能测试与分析。
三、研究目标与意义1.实现浓密机自动化控制，提高选矿过程中的自动化程度和智能化水平。
2.提高选矿过程的精度、效率和可控性，降低生产成本，提高经济效益。
3.为选矿行业发展提供新的技术支持和研究思路。
四、研究方法本项目主要采用文献研究法、实验研究法、数据统计法等研究方法。
1.通过查阅文献，了解浓密机的工作原理及选矿过程内部关系；2.基于文献调研和实验研究，确定浓密机自动化控制系统的硬件和软件组成；3.利用计算机控制技术，设计和开发浓密机自动化控制系统，并进行系统性能测试和分析。
五、进度计划本项目的进度计划如下：1.文献调研和实验研究：第1-4周2.确定控制系统硬件和软件组成：第5-8周3.系统设计和开发：第9-16周4.系统性能测试和分析：第17-20周本项目预计在20周内完成。
六、预期成果1.浓密机自动化控制系统的硬件和软件设计方案。
2.基于设计方案的浓密机自动化控制系统原型。
3.系统性能测试和分析报告。
七、参考文献1.谢立, 王磊. 计算机控制在浓密机中的应用[J]. 兵器装备工程, 2018, 39(2): 43-46.2.王建平. 浓密机选矿流程控制系统的研究与开发[D]. 河南理工大学, 2015.3.吴雷, 陈华, 熊纪林. 浓密机智能控制系统的研究[J]. 水文地质工程地质, 2017, 44(3): 141-144.4.龙娇, 刘胜利, 杨平等. 电液伺服系统在浓密机中的应用[J]. 神华集团学报, 2018, 30(11): 296-299.。
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。
计算机系统结构实验报告
计算机系统结构实验报告计算机系统结构实验报告引言：计算机系统结构是计算机科学领域中的重要课题，它研究计算机硬件和软件之间的关系，以及如何优化计算机系统的性能和效率。
本实验报告旨在介绍我们小组在计算机系统结构实验中的设计和实现过程，以及所获得的实验结果和经验。
一、实验目的计算机系统结构实验的目的是通过设计和实现一个简单的计算机系统，加深对计算机硬件和软件之间关系的理解，以及掌握计算机系统的组成和工作原理。
具体目标包括：1. 理解计算机系统的层次结构和组成部分。
2. 理解指令集架构和微指令集架构的区别。
3. 设计和实现一个简单的计算机系统，包括处理器、存储器和输入输出设备。
4. 测试和验证计算机系统的功能和性能。
二、实验设计与实现1. 计算机系统结构设计我们设计了一个基于冯·诺依曼体系结构的计算机系统，包括中央处理器（CPU）、存储器和输入输出设备。
CPU由控制单元和算术逻辑单元组成，控制单元负责指令的解码和执行，算术逻辑单元负责数据的运算和逻辑操作。
存储器用于存储指令和数据，我们选择了静态随机存储器（SRAM）作为主存储器。
输入输出设备包括键盘、显示器和磁盘。
2. 指令集架构设计我们选择了经典的冯·诺依曼指令集架构作为基础，定义了一套简单的指令集，包括算术运算、逻辑运算和数据传输等指令。
我们还设计了一套微指令集架构，用于实现指令的执行过程。
微指令集中包含了各种控制信号和操作码，用于控制CPU的工作。
3. 硬件设计与实现我们使用硬件描述语言（HDL）进行硬件设计和实现。
通过使用HDL，我们可以描述和模拟计算机系统的各个组成部分，并进行功能验证和性能分析。
我们使用Verilog HDL进行设计和实现，借助Verilog仿真器进行功能验证。
4. 软件设计与实现除了硬件设计和实现，我们还编写了一些软件程序，用于测试和验证计算机系统的功能和性能。
我们编写了一些简单的程序，包括算术运算、逻辑运算和数据传输等，用于测试CPU的指令执行和数据处理能力。
计算机控制系统课程设计报告
课程设计报告学生姓名:邱博学号：2学院:自动化工程学院班级:自动133题目:计算机控制系统指导教师：赵波，姜文娟职称: 副教授2016年6月27日目录1 题目背景及意义 (1)2 设计题目介绍 (2)2.1 设计要求 (2)2.2设计意义 (2)3 系统总体框架 (2)3.1 系统设计思路 (2)3.2 系统框架 (2)4 系统硬件设计 (3)4.1单片机部分 (3)4.1.1单片机引脚介绍 (3)4.1.2单片机的最小实现 (4)4.2 A/D转换电路 (5)4.2.1 芯片选择 (5)4.2.2 电路连接 (6)4.3 D/A转换电路 (6)4.4 模拟信号输入通道 (9)4.5 键盘模块 (10)4.6 数码管显示电路 (11)4.6 报警电路 (12)5 系统软件设计 (13)5.1主程序框图 (13)5.2键盘控制程序框图 (13)5.3数据转换程序框图 (14)5.4 显示程序框图 (15)5 结论 (17)参考文献 (18)1 题目背景及意义在自动控制系统的实际工程中，经常需要检测被测对象的一些物理参数，如温度、流量、压力、速度等，这些参数都是模拟信号的形式。
它们要由传感器转换成电压信号，再经A/D转换器变换成计算机能够处理的信号。
同样，计算机控制外设，如电动调节阀、模拟调速系统时，就需要将计算机输出的数字信号经过D/A转换器变换成外设能接受的模拟信号。
本次《计算机控制系统》课程设计的目的就是让同学们在理论学习的基础上，通过完成一个基于51单片机，A/D和D/A多种资源应用并具有综合功能的小系统的设计及编程应用，使我们不但能够将课堂上学到的理论知识及实际应用结合起来，而且能够对电子电路、电子元器件、等方面的知识进一步加深认识，同时在系统设计、软件编程、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。
帮助同学们增进对单片机的感性认识，加深对单片机理论方面的理解，从而更好的掌握单片机的内部功能模块的应用以及A/D和D/A功能的实现。
计算机控制实验报告
.《计算机控制技术》实验报告班级：学号：姓名：信息工程学院2016-2017-2实验1：D/A转换实验实验名称：D/A转换实验一．实验目的学习D/A转换器原理及接口方式，并掌握TLC7528芯片的使用。
二．实验原理TLC7528芯片，它是8位、并行、两路、电压型输出数模转换器。
会将数字信号转换成模拟信号。
三．实验容本实验输入信号：8位数字信号本实验输出信号：锯齿波模拟信号本实验数/模转换器：TLC7528输出电路预期实验结果：在虚拟示波器中显示数字信号转换成功的锯齿波模拟信号的波形图。
四．实验结果及分析记录实验结果如下：结果分析：为什么会出现这样的实验结果？请用理论分析这一现象。
D/A就是将数字量转化为模拟量，然后通过虚拟示波器显示出来，表现为电压的变化。
1.实验2：采样与保持实验实验名称：信号采样与保持一．实验目的1.熟悉信号的采样与保持过程2.学习和掌握采样定理3.学习用直线插值法和二次曲线插值法还原信号二．实验原理香农(采样) 定理：若对于一个具有有限频谱(|W|<Wmax)的连续信号f (t)进行采样，当采样频率满足Ws≥2Wmax 时，则采样函数f*(t) 能无失真地恢复到原来的连续信号f(t)。
Wmax 为信号的最高频率，Ws 为采样频率。
三．实验容本实验输入信号：正弦波模拟信号本实验输出信号：正弦波数字信号本实验采样信号：方波预期实验结果：1.在模拟示波器中成功显示采样与保持的正弦波信号。
2.成功在模拟示波器中还原输入的正弦波信号。
四．实验结果及分析记录实验结果如下：零阶保持增大采样周期失真3.直线采值二次曲线结果分析：为什么会出现这样的实验结果？请用理论分析这一现象。
实验3：数字滤波实验实验名称：数字滤波一．实验目的1.学习和掌握一阶惯性滤波2.学习和掌握四点加权滤波二．实验原理一般现场环境比较恶劣，干扰源比较多，消除和抑制干扰的方法主要有模拟滤波和数字滤波两种。
由于数字滤波方法成本低、可靠性高、无阻抗匹配、灵活方便等特点，被广泛应用，下面是一个典型数字滤波的方框图：三．实验容本实验输入信号：正弦信号干扰信号本实验输出信号：正弦波模拟量本实验采样信号：周期为5ms的方波本实验被控对象：预期实验结果：输入为带有毛刺的正弦波，经过滤波后，输出为正弦波信号四．实验结果及分析记录实验结果如下：5.结果分析：不同采样周期对实验结果的影响，使用理论分析这一结果。
计算机控制技术实验报告
计算机控制技术实验报告实验一过程通道和数据采集处理一、输入与输出通道本实验教程主要介绍以A/D 和D/A 为主的模拟量输入输出通道，A/D 和D/A 的芯片非常多，这里主要介绍人们最常用的ADC0809 和TLC7528。
一、实验目的1(学习A/D 转换器原理及接口方法，并掌握ADC0809 芯片的使用2(学习D/A 转换器原理及接口方法，并掌握TLC7528 芯片的使用二、实验内容1(编写实验程序，将,5V ~ +5V 的电压作为ADC0809 的模拟量输入，将转换所得的8 位数字量保存于变量中。
2(编写实验程序，实现D/A 转换产生周期性三角波，并用示波器观察波形。
三、实验设备+PC 机一台，TD-ACC实验系统一套，i386EX 系统板一块四、实验原理与步骤1(A/D 转换实验ADC0809 芯片主要包括多路模拟开关和A/D 转换器两部分，其主要1特点为:单电源供电、工作时钟CLOCK 最高可达到1200KHz 、8 位分辨率，8 个单端模拟输入端，TTL 电平兼容等，可以很方便地和微处理器+ 接口。
TD-ACC教学系统中的ADC0809 芯片，其输出八位数据线以及CLOCK 线已连到控制计算机的数据线及系统应用时钟1MCLK (1MHz) 上。
其它控制线根据实验要求可另外连接 (A、B、C、STR、/OE、EOC、IN0,IN7)。
根据实验内容的第一项要求，可以设计出如图1.1-1 所示的实验线路图。
单次阶跃模数转换单元控制计算机图1.1-1上图中，AD0809 的启动信号“STR”是由控制计算机定时输出方波来实现的。
“OUT1” 表示386EX 内部1,定时器的输出端，定时器输出的方波周期,定时器时常。
图中ADC0809 芯片输入选通地址码A、B、C 为“1”状态，选通输入通道IN7;通过单次阶跃单元的电位器可以给A/D 转换器输入,5V ~ +5V 的模拟电压;系统定时器定时1ms 输出方波信号启动A/D 转换器，并将A/D 转换完后的数据量读入到控制计算机中，最后保存到变量中。
计算机控制技术实验报告
计算机控制技术实验报告实验名称：计算机控制技术实验实验目的：通过学习计算机控制技术的基本原理和方法，掌握计算机控制技术的应用。
实验原理：计算机控制技术是一种应用于现代工业自动化控制中的控制技术。
计算机控制系统由计算机硬件和软件组成，通过采集、处理和输出各种信号来完成对被控对象的控制。
实验仪器：计算机、控制器、传感器、被控对象等。
实验步骤：1.确定实验目标和实验要求。
2.研究被控对象的性质和特点，设计控制方案。
3.配置硬件设备，连接传感器、控制器和计算机。
4.编写控制程序，设置控制算法，实现被控对象的控制。
5.进行实验操作，观察并记录实验结果。
6.对实验结果进行分析和评价，总结实验经验。
实验结果和分析：在实验中，我们选择了一个温度控制系统作为被控对象。
通过传感器采集环境温度，并通过控制器将控制信号发送给加热器，调节加热器的功率来控制环境温度。
通过实验操作，我们观察了不同环境温度下的控制效果。
实验结果表明，在控制系统正常工作时，环境温度可以稳定在设定温度附近，并具有很好的控制精度。
此外，我们还对控制系统进行了稳定性和响应速度等性能指标的评价。
实验结果显示，控制系统具有较好的稳定性和快速响应的特点，可以满足实际工业生产中对温度控制的要求。
实验总结：通过本次实验，我们深入学习了计算机控制技术的基本原理和方法，并通过实践掌握了实验操作的技巧。
实验结果表明，计算机控制技术在工业生产中具有广泛的应用前景。
在今后的学习中，我们将进一步深入研究计算机控制技术的进一步发展，并不断提高实际应用能力，为工业自动化控制的发展贡献自己的力量。
控制系统计算机仿真(matlab)实验五实验报告
实验五 控制系统计算机辅助设计一、实验目的学习借助MATLAB 软件进行控制系统计算机辅助设计的基本方法，具体包括超前校正器的设计，滞后校正器的设计、滞后－超前校正器的设计方法。
二、实验学时：4 学时 三、实验原理1、PID 控制器的设计PID 控制器的数学模型如公式（5-1）、（5-2）所示，它的三个特征参数是比例系数、积分时间常数（或积分系数）、微分时间常数（或微分系数），因此PID 控制器的设计就是确定PID 控制器的三个参数：比例系数、积分时间常数、微分时间常数。
Ziegler （齐格勒）和Nichols （尼克尔斯）于1942提出了PID 参数的经验整定公式。
其适用对象为带纯延迟的一节惯性环节，即：s e Ts Ks G τ-+=1)( 5-1式中，K 为比例系数、T 为惯性时间常数、τ为纯延迟时间常数。
在实际的工业过程中，大多数被控对象数学模型可近似为式（5-1）所示的带纯延迟的一阶惯性环节。
在获得被控对象的近似数学模型后，可通过时域或频域数据，根据表5-1所示的Ziegler-Nichols 经验整定公式计算PID 参数。
表控制器的参数。
假定某被控对象的单位阶跃响应如图5-4所示。
如果单位阶跃响应曲线看起来近似一条S 形曲线，则可用Ziegler-Nichols 经验整定公式，否则，该公式不适用。
由S 形曲线可获取被控对象数学模型（如公式5-1所示）的比例系数K 、时间常数T 、纯延迟时间τ。
通过表5-1所示的Ziegler-Nichols 经验整定公式进行整定。
如果被控对象不含有纯延迟环节，就不能够通过Ziegler-Nichols 时域整定公式进行PID 参数的整定，此时可求取被控对象的频域响应数据，通过表5-1 所示的Ziegler-Nichols 频域整定公式设计PID 参数。
如果被控对象含有纯延迟环节，可通过pade 命令将纯延迟环节近似为一个四阶传递函数模型，然后求取被控对象的频域响应数据，应用表5-1求取PID 控制器的参数。
控制系统计算机仿真及辅助设计实验报告
阶跃
num=[0.8,0,-20];
den=[1,0,-40,0];
sys=tf(num,den);
t=0:0.01:1;
step(sys,t)
实验图形
室温控制系统校正装置设计
已知某室温控制系统为单位负反馈，某开环传递函数为： ，试用Bode图设计法对系统进行滞后串联校正设计，使系统满足;
系统在斜坡信号作用下，系统的速度误差系数 ≥30
(2)比较这几种方法：
对于四阶龙格-库塔方法
真值
1
0.9048
0.8187
0.7408
0.6703
0.6065
0.5488
0.4966
0.4493
0.4066
0.3679
龙库
1
0.9048
0.8187
0.7408
0.6703
0.6065
0.5488
0.4966
0.4493
0.4066
0.3679
误差
step(sys,t)
单位脉冲响应图像
单位阶跃响应图像
实验二
2-2.用MATLAB语言求下列系统的状态方程、传递函数、零极点增益、和部分分式形式的模型参数，并分别写出其相应的数学模型表达式：
1.G（s）=
2. =
Y=[0 2 0 2] X
1.解：（1）状态方程模型参数:
编写MATLAB程序如下
>> num=[1 7 24 24];
（1）m文件程序为h=0.1;
disp('函数的数值解为'); %显示‘’中间的文字%
disp('y=');%同上%
y=1;
控制系统计算机辅助设计实验报告
控制系统计算机辅助设计实验报告姓名：学号：学院：自动化学院专业：自动化2013-11实验一一、实验要求：1、用matlab语言求下列系统的状态方程、传递函数、零极点增益、和部分分式形式的模型参数，并分别写出其相应的数学模型表达式：(1)(2)2、用欧拉法求下面系统的输出响应 y(t)在0≤t≤1 上，h=0.1时的数值。
y ' = -y, y(0) =1要求保留4 位小数，并将结果与真解 y(t) = e-t比较。
3、用二阶龙格库塔法求解 2 的数值解，并于欧拉法求得的结果比较。
二、实验步骤：1、求（1）的M文件如下：clear;num=[1 7 24 24];den=[1 10 35 50 24];sys=tf(num,den)[A,B,C,D]=tf2ss(num,den)[Z,P,K]=tf2zp(num,den)[R,P,H]=residue(num,den)1.1系统系数矩阵A，系统输入矩阵B，系统输出矩阵C，直接传输矩阵D分别为:所以系统的状态方程为: x(t)=A x（t）+B u（t）；y（t）=C x（t）1.2零极点增益模型：G（s）=【（s+2.7306-2.8531i）（s+2.7306+2.8531i）（s+1.5388）】/【（s+4）（s+3）（s+2）（s+1）】1.3系统零点向量Z, 极点向量P,系数H分别为：部分分式形式：G(s)=4/（s+4）-6/（s+3）+2/（s+2）+1/（s+1）2.求（2）的M文件如下：clear;a=[2.25,-5,-1.25,-0.5;2.25,-4.25,-1.25,-0.25;0.25,-0.5,-1.25,-1;1.25,-1.75,-0.25,-0.75];b=[4;2;2;0];c=[0,2,0,2];d=0;sys=ss(a,b,c,d)[num,den]=ss2tf(a,b,c,d)[Z,P,K]=ss2zp(a,b,c,d)[R,P,H]=residue(num,den)2.1传递函数模型参数：G(S)=(4 s^3 + 14 s ^2+ 22 s + 15)/(s^4 + 4 s^3 + 6.25 s ^2+ 5.25 s + 2.25)2.2 系统零点向量Z, 极点向量P,系数K分别为：零极点增益模型参数：G(s)= 【4（s+1-1.2247i ）（s+1+1.2247i）】/【(s+0.5-0.866i)( s+0.5+0.866i s+1.5)】2.3部分分式形式的模型参数：：G （s）=4/（s+1.5）-2.3094i/(s+0.5-0.866i)+2.3094i/(s+0.5+0.866i)3原理：把 f(t,y)在[t k，y k]区间内的曲边面积用矩形面积近似代替M文件如下：cleary=1;h=0.1;j=0;for i=1:11j=j+1;a(j)=yy=y+h*(-y);endj=0;for i=0:0.1:1f=exp(-i);j=j+1;b(j)=f;endfigure(1)x=0:0.1:1;abplot(x,a,'y-*')hold onplot(x,b,'--ro')得到图形：1 0.9000 0.8100 0.7290 0.6561 0.5905 0.5314 0.4783 0.4305 0.3874 0.3487 欧拉真 1 0.9048 0.8187 0.7408 0.6703 0.6065 0.5488 0.4966 0.4493 0.4066 0.36794.原理：把 f(t,y)在[t k，y k]区间内的曲边面积用上下底为f k和f k+1、高为 h 的梯形面积近似代替。
计算机控制系统读书报告
计算机控制系统读书报告一、计算机控制系统概述计算机控制系统(ComputerControlSystem,简称CCS)是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。
这里的计算机通常指数字计算机，可以有各种规模，如从微型到大型的通用或专用计算机。
辅助部件主要指输入输出接口、检测装置和执行装置等。
与被控对象的联系和部件间的联系，可以是有线方式，如通过电缆的模拟信号或数字信号进行联系；也可以是无线方式，如用红外线、微波、无线电波、光波等进行联系。
计算机控制系统的被控对象的范围很广，包括各行各业的生产过程、机械装置、交通工具、机器人、实验装置、仪器仪表、家庭生活设施、家用电器和儿童玩具等。
控制目的可以是使被控对象的状态或运动过程达到某种要求，也可以是达到某种最优化目标。
与一般控制系统相同，计算机控制系统可以是闭环的，这时计算机要不断采集被控对象的各种状态信息，按照一定的控制策略处理后，输出控制信息直接影响被控对象。
它也可以是开环的，这有两种方式：一种是计算机只按时间顺序或某种给定的规则影响被控对象；另一种是计算机将来自被控对象的信息处理后，只向操作人员提供操作指导信息，然后由人工去影响被控对象。
计算机控制系统由控制部分和被控对象组成，其控制部分包括硬件部分和软件部分，这不同于模拟控制器构成的系统只由硬件组成。
计算机控制系统软件包括系统软件和应用软件。
系统软件一般包括操作系统、语言处理程序和服务性程序等，它们通常由计算机制造厂为用户配套，有一定的通用性。
应用软件是为实现特定控制目的而编制的专用程序，如数据采集程序、控制决策程序、输出处理程序和报警处理程序等。
它们涉及被控对象的自身特征和控制策略等，由实施控制系统的专业人员自行编制。
计算机控制系统通常具有精度高、速度快、存储容量大和有逻辑判断功能等特点，因此可以实现高级复杂的控制方法，获得快速精密的控制效果。
计算机技术的发展已使整个人类社会发生了可观的变化，自然也应用到工业生产和企业管理中。
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计算机控制系统课程设计姓名:班级:学号：专业:指导教师:摘要过程控制是自动技术的重要应用领域，它是指对液位、温度、流量等过程变量进行控制，在冶金、机械、化工、电力等方面得到了广泛应用。
尤其是液位控制技术在现实生活、生产中发挥了重要作用，比如，民用水塔的供水，如果水位太低，则会影响居民的生活用水；工矿企业的排水与进水，如果排水或进水控制得当与否，关系到车间的生产状况；锅炉汽包液位的控制，如果锅炉内液位过低，会使锅炉过热，可能发生事故；精流塔液位控制，控制精度与工艺的高低会影响产品的质量与成本等。
在这些生产领域里，基本上都是劳动强度大或者操作有一定危险性的工作性质，极容易出现操作失误，引起事故，造成厂家的的损失。
可见，在实际生产中，液位控制的准确程度和控制效果直接影响到工厂的生产成本、经济效益甚至设备的安全系数。
所以，为了保证安全条件、方便操作，就必须研究开发先进的液位控制方法和策略。
在本设计中以液位控制系统的水箱作为研究对象，水箱的液位为被控制量，选择了出水阀门作为控制系统的执行机构。
针对过程控制试验台中液位控制系统装置的特点，建立了基于Visual Basic语言的PID液位控制模拟界面和算法程序。
虽然PID控制是控制系统中应用最为广泛的一种控制算法。
但是，要想取得良好的控制效果，必须合理的整定PID的控制参数，使之具有合理的数值。
目录第1章概述 (3)1.1 MATLAB的基本介绍 (3)1.2 PID控制的基本介绍 (3)1.3单容水箱生产工艺 (5)1.4设计目的 (5)第2章总体方案设计 (6)2.1 单容水箱液位控制概述 (6)2.2 单容水箱液面控制系统的组成 (6)2.2.1被控变量的选择 (7)2.2.2执行器的选择 (7)2.2.3 液位变送器的选择 (7)2.3 单容水箱系统控制建模 (10)2.3.1 液面的控制实现 (10)2.3.2 被控对象 (10)2.3.3 水箱的建模 (10)第3章 PID 控制简介及整定 (12)3.1 液面控制系统中PID的算法 (12)3.1.1 PID控制原理 (13)3.1.2 位置型算法 (15)3.1.3 控制型算法 (15)3.2 系统PID控制特点 (16)3.3 系统PID参数整定方法 (16)第4章单容水箱液面控制仿真 (18)4.1 被控对象的模型仿真 (18)4.2 单容水箱液面控制仿真及结果 (18)总结 (24)参考文献 (25)第1章概述1.1.MATLAB的基本介绍（1）MATALB 语言体系MATLAB是高层次的矩阵／数组语言．具有条件控制、函数调用、数据结构、输入输出、面向对象等程序语言特性。
利用它既可以进行小规模编程，完成算法设计和算法实验的基本任务，也可以进行大规模编程，开发复杂的应用程序。
（2）MATLAB 工作环境这是对MATLAB提供给用户使用的管理功能的总称．包括管理工作空间中的变量据输入输出的方式和方法，以及开发、调试、管理M文件的各种工具。
（3）图形图像系统这是MATLAB图形系统的基础，包括完成2D和3D数据图示、图像处理、动画生成、图形显示等功能的高层MATLAB命令，也包括用户对图形图像等对象进行特性控制的低层MATLAB命令，以及开发GUI应用程序的各种工具。
（4）MATLAB 数学函数库这是对MATLAB使用的各种数学算法的总称．包括各种初等函数的算法，也包括矩阵运算、矩阵分析等高层次数学算法。
（5）MATLAB 应用程序接口这是MATLAB为用户提供的一个函数库，使得用户能够在MATLAB环境中使用c 程序或FORTRAN程序，包括从MATLAB中调用于程序(动态链接)，读写MAT文件的功能。
可以看出MATLAB是一个功能十分强大的系统，是集数值计算、图形管理、程序开发为一体的环境。
除此之外，MATLAB还具有根强的功能扩展能力，与它的主系统一起，可以配备各种各样的工具箱，以完成一些特定的任务。
1.2.PID控制的基本介绍当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。
反馈理论的要素包括三个部分测量、比较和执行。
测量关心的变量与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。
这个理论和应用自动控制的关键是做出正确的测量和比较后，如何才能更好地纠正系统PID -比例 - 积分 - 微分控制器作为最早实用化的控制器已有50 多年历史现在仍然是应用最广泛的工业控制器。
PID 控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。
PID 控制器由比例单元，P 、积分单元I和微分单元D组成。
其输入 e (t) 与输出 u (t) 的关系为公式公式1-1比例调节作用按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。
比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。
积分调节作用使系统消除稳态误差,提高无差度。
因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一个常值。
积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti，Ti越小,积分作用就越强。
反之Ti大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。
积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。
微分调节作用微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。
因此,可以改善系统的动态性能。
在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。
微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。
此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。
微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID控制器。
PID控制器由于用途广泛、使用灵活,，已有系列化产品。
使用中只需设定三个参数Kp ,Ki 和 Kd 即可。
在很多情况下，并不一定需要全部三个单元可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。
首先，PID应用范围广。
虽然很多控制过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样PID就可控制了。
其次，PID参数较易整定。
也就是PID参数Kp，Ki和Kd可以根据过程的动态特性及时整定。
如果过程的动态特性变化。
例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化PID参数就可以重新整定。
第三PID控制器在实践中也不断的得到改进，下面两个改进的例子，在工厂，总是能看到许多回路都处于手动状态。
原因是很难让过程在“自动”模式下平稳工作。
由于这些不足。
采用 PID 的工业控制系统总是受产品质量、安全、产量和能源浪费等问题的困扰。
PID参数自整定就是为了处理PID参数整定这个问题而产生的。
现在，自动整定或自身整定的PID 控制器已是商业单回路控制器和分散控制系统的一个标准。
在一些情况下针对特定的系统设计的PID控制器控制得很好,但它们仍存在一些问题需要解决如果自整定要以模型为基础。
为了PID参数的重新整定在线寻找和保持好过程模型是较难的。
闭环工作时要求在过程中插入一个测试信号。
这个方法会引起扰动所以基于模型的 PID 参数自整定在工业应用不是太好。
如果自整定是基于控制律的，经常难以把由负载干扰引起的影响和过程动态特性变化引起的影响区分开来。
因此受到干扰的影响控制器会产生超调产生一个不必要的自适应转换。
另外，由于基于控制律的系统没有成熟的稳定性分析方法参数整定可靠与否存在很多问题。
因此许多自身整定参数的PID控制器经常工作在自动整定模式而不是连续的自身整定模式。
自动整定通常是指根据开环状态确定的简单过程模型自动计算 PID参数。
但仍不可否认 PID 也有其固有的缺点PID 在控制非线性、时变、耦合及参数和结构不确定的复杂过程时，工作地不是太好。
最重要的是，如果 PID 控制器不能控制复杂过程，无论怎么调参数都没用。
虽然有这些缺点，PID控制器是最简单的有时却是最好的控制器。
1.3 单容水箱生产工艺单容水箱液位控制系统实验装置模拟了工业生产过程中对液位、流量参数的测量和控制。
它具有过程控制中动态过程的一般特点:大惯性、大时延、非线性,难以对其进行精确控制随着工业的发展,液位控制在各种过程控制中的应用越来越广泛,为保证生产过程的安全,效益等对液位控制的精确要求,传统PID控制和模糊控制在液位控制中都有应用。
根据不同情况下对液位控制的要求,选择最适合的控制方法,本实验以三容水箱的液位控制模型为研究对象,用传统的PID控制进行调节,观察到传统PID控制措施简便,但超调量大,趋于稳定状态所需时间长。
1.4设计目的此次设计的最主要目的是单容水箱液位控制系统设计基于SIMNLINK仿真的设计，利用MATLAB软件对工业过程控制的仿真，通过作图以及数据的分析判断系统的合理性、稳定性等，使用Simulink仿真工具进行三容水箱控制过程控制仿真，（单回路控制）包括过程控制数学模型的搭建，学习在虚拟环境下的PID 参数整定。
DGT第2章总体方案设计2.1 单容水箱液面控制概述单容水箱液位控制系统实验装置模拟了工业生产过程中对液位、流量参数的测量和控制。
它具有过程控制中动态过程的一般特点:大惯性、大时延、非线性,难以对其进行精确控制。
在实验的基础上对单容水箱的数学模型进行推导并显示建立的数学模型正确的反映出了单容水箱的动态特性。
单容水箱是工业生产过程中多容流程对象的抽象模型,具有很强的代表性,可模拟工业过程阶次、线性或非线性、单容或多容、耦合或非耦合等特性、验证各种控制策略的性能优劣,因而研究单容水箱的控制具有重要的理论意义和实际应用价值. 本文在对单容水箱和工作机理分析的基础上,首先建立单容水箱的非线性数学模型,然后根据流量特性的特点,采用分段线性化的方法设计了变参数PID控制器,仿真分析指出该控制策略在给定大范围变化时动态和静态性能较差的不足.从仿真和实验结果来看,非线性PID控制可以实现液位控制的“粗调”和“精调”,保证液位给定大范围变化情况下控制准确性,验证了本文所研究控制策略的正确性和可行性。
系统原理图如图2.1。
2.2单容水箱液位控制系统的组成本设计研究的水箱液位控制系统是简单控制系统，是使用的族普遍的、结构最简单的一种过程控制系统。
所谓的简单控制系统，通常是指一个被控对象、一个检测变送单元（检测元件及变送器）、一个控制器和一个执行器（控制阀）所组成的单闭环负反馈控制系统2.2.1被控变量的选择被控变量的选择是控制系统的核心问题，被控变量选择的正确与否是决定控制系统有无价值的关键。
对于任何一个控制系统，总是希望其能够在稳定生产操作、增加产品产量、保证生产安全及改善劳动条件等方面发挥作用，如果被控变量学则不当，配备再好的自动化仪表，使用在复杂、先进的控制规律也无用的，都不能达到预期的控制效果。