软件课程设计报告

软件课程设计报告自动化0904 张諝090901228

1.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

2.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。

3.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。

4. 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．实验基本思想与数学实现

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[(1nT 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。

六．实验具体实现（本实验基于VB6.0平台）

1.对象窗口

2.代码窗口

Private Declare Function timeGetTime Lib "winmm.dll" () As Long

1).Command1按钮所对应事件代码：

Private Sub Command1_Click()

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Dim x As Integer