计算机控制系统课设报告数字温度PID控制器的设计
数字pid控制系统设计方案
数字PID控制系统设计方案如下：一、引言PID控制器是一种常用的闭环控制算法，用于调节系统的输出以使系统稳定在设定值附近。
数字PID控制系统通过数字信号处理器（DSP）或单片机实现PID控制算法，具有灵活性高、易实现和调试等优点。
本文将介绍数字PID控制系统的设计方案，包括硬件连接、软件算法设计和系统调试等内容。
二、硬件设计1. 控制对象：确定待控制的物理对象或过程，例如电机转速、温度、液位等。
2. 传感器：选择合适的传感器获取待控量的反馈信号，如编码器、温度传感器、压力传感器等。
3. 执行器：选择合适的执行器，如电机、阀门等，用于调节系统输出。
4. 控制器：采用DSP或单片机作为数字PID控制器，负责计算PID 控制算法输出并控制执行器。
三、软件算法设计1. PID算法：根据系统特性和需求设计PID控制算法，包括比例项、积分项和微分项的权重和计算方法。
2. 离散化：将连续时间的PID算法离散化，适应数字控制器的运算方式。
3. 反馈控制：读取传感器反馈信号，计算PID输出，并控制执行器实现闭环控制。
四、系统调试1. 参数整定：通过实验和调试确定PID控制器中的比例系数、积分时间和微分时间等参数。
2. 稳定性测试：观察系统响应和稳定性，调整PID参数以提高系统性能。
3. 实时监测：实时监测系统输入、输出和误差信号，确保PID控制器正常工作。
五、性能优化1. 自适应控制：根据系统动态特性调整PID参数，实现自适应控制。
2. 鲁棒性设计：考虑系统模型不确定性和外部扰动，设计鲁棒性PID 控制算法。
3. 高级控制：结合模糊控制、神经网络等高级控制方法，优化系统性能。
六、总结数字PID控制系统设计是一项重要的控制工程任务，通过合理的硬件设计和软件算法实现，可以实现对各种控制对象的精确控制。
希望通过本文的介绍，读者能够了解数字PID控制系统的设计原理和实现方法，并在实践中不断提升控制系统设计和调试的能力。
《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《计算机控制技术》课程设计姓名,学号,指导老师,时间,——2014年1 月3日《计算机控制技术》课程设计目录第一章《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。
2.1 位置式PID控制器算法 ..................................................................... ..... 错误～未定义书签。
《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。
计算机课程设计报告--基于数字PID的电加热炉温度控制系统设计
计算机控制技术课程设计任务书题目：基于数字 PID 的电加热炉温度控制系统设计设计内容电阻加热炉用于合金钢产品热力特性实验，电加热炉用电炉丝提供功率，使其在预定的时问内将炉内温度稳定到给定的温度值。
在木控制对象电阻加热炉功率为 8Kw ，由 220V 交流电源供电，采用双向可控硅进行控制。
本设计针对一个温区进行温度控制，要求控制温度范困 50-350 ℃ ，保温阶段温度控制精度为土 l ℃ ．选择和合适的传感器，计算机输出信号经转换后通过双向可控硅控制器控制加热电阻两端的电压。
其对象温控数学模型为：1)(+=-s T e K s G d sd τ 其中：时间常数T d = 350 秒放大系数 K d = 50滞后时间T d = 10 秒控制算法选用PID 控制。
设计步骤一、总体方案设计二、控制系统的建模和数字控制器设计三、硬件的设计和实现1、选择计算机机型（采用51内核的单片机）；2、 设计支持计算机工作的外围电路（ EPROM , RAM 、I/O 端口 、键盘、显示接口电路等）3、设计输入信号接口电路；4、设计D/A 转换和电流驱动接口电路；5、其它相关电路的设计或方案（电源、通信等）四、软件设计1、分配系统资源，编写系统初始化和主程序模块框图；2编写A/D 转换和温度检测子程序枢图；3、编写控制程序和 D/A 转换控制子程序模块粗图；4、其它程序模块（显示与键盘等处理程序）枢图。
五、编写课程设计说明书，绘制完整的系统电路图（ A3 幅面）。
课程设计说明书要求1 ．课程设计说明书应书写认真．字迹工稚，论文格式参考国家正式出版的书籍和论文编排。
2 ．论理正确、逻辑性强、文理通顾、层次分明、表达确切，并提出自己的见解和观点。
3 ．课程设计说明书应有目录、摘要、序言、主干内容（按章节编写）、主要结论和参考书，附录应有系统方枢图和电路原理图。
4 ．课程设计说明书应包括按上述设计步骤进行设计的分析和思考内容和引用的相关知识．摘要单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。
pid温控课程设计
pid温控课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解PID温控的基本概念，掌握其工作原理；2. 使学生掌握PID参数的调整方法，了解不同参数对温控效果的影响；3. 帮助学生了解PID温控在实际应用中的优势及其在自动化领域的应用。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识，进行PID温控系统的设计与调试能力；2. 提高学生分析问题和解决问题的能力，使其能够针对实际温控需求，调整PID参数；3. 培养学生团队协作能力，通过小组讨论和实践，共同完成温控系统的搭建和优化。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对自动化技术的兴趣和热情，激发其探索精神；2. 培养学生严谨的科学态度，注重实验数据的真实性；3. 引导学生关注环保和节能，认识到PID温控在节能减排中的重要性。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程目标旨在使学生通过理论学习与实践操作，掌握PID温控的基础知识和技能，培养其创新意识和团队协作能力，同时提高学生解决实际问题的能力。
课程目标具体、可衡量，以便教师进行教学设计和评估，确保学生能够达到预期的学习成果。
二、教学内容1. 理论知识：- PID温控原理：讲解比例（P）、积分（I）、微分（D）控制的基本概念和作用；- PID参数调整：介绍PID参数对温控效果的影响，以及调整方法；- 实际应用案例分析：分析PID温控在工业、农业、医疗等领域的应用案例。
2. 实践操作：- 搭建PID温控系统：指导学生使用温控模块、传感器、控制器等元件，搭建简单的温控系统；- PID参数调试：让学生分组进行实验，调整PID参数，观察温控效果，分析数据；- 创新设计：鼓励学生针对实际需求，对PID温控系统进行优化和改进。
3. 教学大纲：- 第一周：PID温控原理学习；- 第二周：PID参数调整方法学习；- 第三周：实际应用案例分析；- 第四周：搭建PID温控系统及参数调试；- 第五周：创新设计及优化。
教学内容依据课程目标，结合课本相关章节，科学、系统地组织，确保学生能够掌握PID温控的基础知识和实践技能。
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。
数字pid控制实验报告doc
数字pid控制实验报告doc数字pid控制实验报告篇一：实验三数字PID控制实验三数字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型计算机控制系统实验箱一台2．PC计算机一台三、实验内容1．系统结构图如3-1图。
图3-1 系统结构图图中 Gc（s）=Kp（1+Ki/s+Kds）Gh（s）=（1－e-TS）/sGp1（s）=5/（（0.5s+1）（0.1s+1））Gp2（s）=1/（s（0.1s+1））2．开环系统（被控制对象）的模拟电路图如图3-2和图3-3，其中图3-2对应GP1（s）,图3-3对应Gp2（s）。
图3-2 开环系统结构图1 图3-3开环系统结构图23．被控对象GP1（s）为“0型”系统，采用PI控制或PID控制，可系统变为“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。
4．当r（t）=1（t）时（实际是方波），研究其过渡过程。
5．PI调节器及PID调节器的增益Gc（s）=Kp（1+K1/s）=KpK1(（1/k1）s+1) /s=K(Tis+1)/s式中 K=KpKi ,Ti=（1/K1）不难看出PI调节器的增益K=KpKi，因此在改变Ki时，同时改变了闭环增益K，如果不想改变K,则应相应改变Kp。
采用PID调节器相同。
6．“II型”系统要注意稳定性。
对于Gp2（s）,若采用PI调节器控制，其开环传递函数为G（s）=Gc（s）·Gp2（s）=K（Tis+1）/s·(本文来自：/doc/a1e402b1c081e53a580216fc700abb 68a882ad33.html 小草范文网:数字pid控制实验报告)1/s（0.1s+1）为使用环系统稳定，应满足Ti>0.1，即K1 7．PID 递推算法如果PID 调节器输入信号为e（t），其输送信号为u（t）,则离散的递推算法如下：u（k）=u（k-1）+q0e（k）+q1e（k-1）+q2e（k-2）其中 q0=Kp（1+KiT+（Kd/T））q1=－Kp（1+（2Kd/T））q2=Kp（Kd/T）T--采样周期四、实验步骤1.连接被测量典型环节的模拟电路(图3-2)。
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。
数字PID控制器设计
数字PID控制器设计实验报告学院电子信息学院专业电气工程及其自动化学号姓名指导教师杨奕飞数字PID控制器设计报告一．设计目的采用增量算法实现该PID控制器。
二．设计要求掌握PID设计方法及MATLAB设计仿真。
三．设计任务设单位反馈系统的开环传递函数为：设计数字PID控制器，使系统的稳态误差不大于0.1，超调量不大于20%，调节时间不大于0.5s。
采用增量算法实现该PID控制器。
四．设计原理数字PID原理结构图PID控制器的数学描述为：式中，Kp为比例系数；T1为积分时间常数；T D为微分时间常数。
设u(k)为第K次采样时刻控制器的输出值，可得离散的PID表达式为:使用模拟控制器离散化的方法,将理想模拟PID控制器D(s)转化为响应的理想数字PID控制器D(z).采用后向差分法,得到数字控制器的脉冲传递函数。
2.增量式PID控制算法u(k)=u(k-1)+Δu(k)增量式PID控制系统框图五．Matlab仿真选择数字PID参数利用扩充临界比例带法选择数字PID参数，扩充临界比例带法是以模拟PID调节器中使用的临界比例带法为基础的一种数字PID参数的整定方法。
其整定步骤如下1)选择合适的采样周期T：，因为Tmin<1/10 T,选择采样周期为0.003s；2)在纯比例的作用下,给定输入阶跃变化时,逐渐加大比例作用Kp(即减小比例带δ),直至系统出现等幅震荡,记录比例增益Kr,及振荡周期Tr 。
Kr成为临界振荡比例增益(对应的临界比例带δ),Tr成为临界振荡周期。
在Matlab中输入如下程序G=tf(1,[1/150,36/150,185/150,1]);p=[35:2:45];for i=1:length(p)Gc=feedback(p(i)*G,1);step(Gc),hold onend;axis([0,3,0,2.3])得到如下所示图形：改变其中的参数P=[35:2:45]为p=[40:1:45]得到下图曲线，得Kr约为43，Tr 约为0.5.在smulink中建立如下模型，可得Kr=43.4,Tr=0.45。
pid温度控制设计课程设计
pid温度控制设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解PID温度控制的基本原理，掌握其组成部分及功能。
2. 学生能掌握PID控制器参数的调整方法，并了解其对温度控制效果的影响。
3. 学生了解传感器在温度控制过程中的作用，能正确解读传感器数据。
技能目标：1. 学生能运用所学知识，设计简单的PID温度控制系统，并进行模拟实验。
2. 学生具备分析温度控制过程中出现的问题，并提出相应解决方案的能力。
3. 学生能熟练使用相关仪器设备，进行温度控制实验操作。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对自动化技术的兴趣，激发创新意识，提高实践能力。
2. 学生在团队合作中，学会相互沟通、协作，培养团队精神。
3. 学生认识到温度控制在生产生活中的重要性，增强社会责任感。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，结合理论知识和实际操作，培养学生的动手能力和问题解决能力。
学生特点：学生具备一定的物理知识和数学基础，对实际操作感兴趣，喜欢探索新知识。
教学要求：注重理论与实践相结合，强调学生的主体地位，鼓励学生积极参与实验，培养学生的创新思维和实际操作能力。
将课程目标分解为具体的学习成果，便于后续教学设计和评估。
二、教学内容1. 理论知识：- PID温度控制基本原理：比例（P）、积分（I）、微分（D）控制作用及组合控制策略。
- 温度传感器原理及种类：热电偶、热敏电阻等。
- 控制器参数调整方法：参数对温度控制性能的影响。
- 温度控制系统的数学模型及其建立方法。
2. 实践操作：- 设计并搭建简单的PID温度控制系统，进行模拟实验。
- 调试控制器参数，观察温度控制效果。
- 分析实验过程中出现的问题，并提出解决方案。
3. 教学大纲：- 第一阶段：PID温度控制基本原理学习，了解传感器原理及种类。
- 第二阶段：控制器参数调整方法学习，掌握温度控制系统的数学模型。
- 第三阶段：实践操作，设计并搭建PID温度控制系统，进行实验分析。
教学内容安排与进度：- 理论知识学习：共计4课时。
计算机控制系统课设报告数字温度PID控制器的设计
《计算机控制系统A》课程设计任务书目的与要求1通过本课程设计教学环节，使学生加深对所学课程内容的理解和掌握；2、结合工程问题，培养提高学生查阅文献、相关资料以及组织素材的能力；3、培养锻炼学生结合工程问题独立分析思考和解决问题的能力；4、要求学生能够运用所学课程的基本理论和设计方法，根据工程问题和实际应用方案的要求，进行方案的总体设计和分析评估；5、报告原则上要求依据相应工程技术规范进行设计、制图、分析和撰写等。
二、主要内容1数字控制算法分析设计；2、现代控制理论算法分析设计；3、模糊控制理论算法分析设计；4、过程数字控制系统方案分析设计；5、微机硬件应用接口电路设计；6、微机应用装置硬件电路、软件方案设计；7、数字控制系统I/O通道方案设计与实现；8、PLC应用控制方案分析与设计；9、数据通信接口电路硬件方案设计与性能分析；10、现场总线控制技术应用方案设计；11、数控系统中模拟量过程参数的检测与数字处理方法；12、基于嵌入式处理器技术的应用方案设计；13、计算机控制系统抗干扰技术与安全可靠性措施分析设计;14、计算机控制系统差错控制技术分析设计；15、计算机控制系统容错技术分析设计；16、工程过程建模方法分析；三、进度计划四、设计成果要求1针对所选题目的国内外应用发展概述；2、课程设计正文内容包括设计方案、硬件电路和软件流程，以及综述、分析等;3、课程设计总结或结论以及参考文献；4、要求设计报告规范完整。
五、考核方式通过系统设计方案、总结报告、图文质量和学习与设计态度综合考评，并结合学生的动手能力，独立分析解决问题的能力和创新精神等。
《计算机控制系统课程设计》成绩评定依据如下：1撰写的课程设计报告；2、独立工作能力及设计过程的表现；3、答辩时回答问题的情况。
优秀：设计认真，设计思路新颖，设计正确，功能完善，且有一定的独到之处，打印文档规范；良好：设计认真，设计正确，功能较完善，且有一定的独到之处，打印文档规范；及格：设计基本认真，设计有个别不完善，但完成基本内容要求，打印文档较规范；不及格：___________说明：同学选择题目要尽量分散，并且多位同学选同一个题目时，要求各自独立设计，避免相互参考太多，甚至抄袭等现象。
pid温度控制实验报告
pid温度控制实验报告本实验旨在设计和实现PID温度控制系统，通过控制电热水壶水温，检验PID控制系统在温度控制方面的效果。
一、设计和建立PID温度控制系统本实验采用Arduino开发板作为控制器，其中温度传感器采用DS18B20数字温度传感器，用于感知电热水壶内部的温度。
为了控制电热水壶的加热和停止加热，我们采用继电器模块，通过控制继电器的开关状态来实现电热水壶的加热和停止加热。
本实验还采用了LCD1602液晶显示屏，显示实时温度数据和PID控制结果。
PID控制器由三个部分组成，分别是P(proportional)、I(integral)、D(derivative)，它能够根据被控对象的反馈信号及预设值，计算出控制量，实现控制目标。
在本实验中，我们需要控制电热水壶加热时的水温，设定的目标温度为40℃。
二、实验步骤1、硬件连接连接Arduino开发板和其他硬件模块，电热水壶的加热和停止加热分别由继电器的开关状态来实现。
2、编程实现编写程序，包括温度检测、PID控制计算、控制电热水壶加热和停止加热、LCD显示等功能模块。
具体的程序实现细节见下文。
3、调试进行调试，测试温度控制系统的效果。
三、实验结果电热水壶温度控制的PID算法具体实现如下：``` c++// 定义PID控制器struct PID{float Kp; // P参数float Ki; // I参数float Kd; // D参数float pre_error; //上次误差float integral; //积分值} pid;pid.Kp = 5; // 由系统特性等确定pid.Ki = 0.1;pid.Kd = 1;const int relayPin = 2; // 继电器控制引脚2const int ledPin = 13; // LED控制引脚13void setup(){Serial.begin(9600);lcd.begin(16,2);pinMode(relayPin, OUTPUT);lcd.display();lcd.clear();// 变量初始化pid.pre_error = 0;pid.integral = 0;}void loop(){// 读取温度float temp = getTemperature();// 计算PIDfloat error = setpoint - temp;pid.integral += error * sampleTime;float derivative = (error - pid.pre_error) / sampleTime;float output = pid.Kp * error + pid.Ki * pid.integral + pid.Kd *derivative;// 控制电热水壶if(output > 0){digitalWrite(relayPin, HIGH); digitalWrite(ledPin, HIGH); }else{digitalWrite(relayPin, LOW); digitalWrite(ledPin, LOW); }// 保存本次误差pid.pre_error = error;// 显示温度和PID值lcd.setCursor(0, 0);lcd.print("Temp:");lcd.print(temp, 1);lcd.setCursor(0, 1);lcd.print("PID :");lcd.print(output, 1);// 延时一段时间delay(sampleTime);}// 读取温度float getTemperature(){byte data[12];byte addr[8];if ( !ds.search(addr)){ds.reset_search();delay(250);return -1000;}if ( OneWire::crc8( addr, 7) != addr[7]){Serial.println("CRC is not valid!");return -1000;}if ( addr[0] != 0x28){Serial.println("Device is not a DS18B20 family device."); return -1000;}ds.reset();ds.select(addr);ds.write(0x44,1);byte present = ds.reset();ds.select(addr);ds.write(0xBE);for (int i = 0; i < 9; i++){data[i] = ds.read();}int16_t raw = (data[1] << 8) | data[0];if (type_s){raw = raw << 3;if (data[7] == 0x10){raw = (raw & 0xFFF0) + 12 - data[6];}}else{byte cfg = (data[4] & 0x60);if (cfg == 0x00) raw = raw & ~7; // 9 bit resolution, 93.75 ms else if (cfg == 0x20) raw = raw & ~3; // 10 bit res, 187.5 ms else if (cfg == 0x40) raw = raw & ~1; // 11 bit res, 375 ms// default is 12 bit resolution, 750 ms conversion time}float celsius = (float)raw / 16.0;return celsius;}```实验通过控制器成功将水温控制在设定值40℃左右，且温度波动很小，表明PID控制器具有很好的控制效果。
数字pid实验报告
数字pid实验报告数字PID实验报告引言：PID控制器是一种常见的控制器，广泛应用于工业自动化领域。
它通过不断调整输出信号，使被控对象的实际值与设定值尽可能接近，从而实现稳定控制。
本实验旨在通过数字PID控制器的设计与实现，探索其在控制系统中的应用。
一、实验目的本实验的主要目的是通过设计与实现数字PID控制器，研究其在控制系统中的性能与应用。
具体目标如下：1. 了解PID控制器的原理与基本结构；2. 掌握数字PID控制器的设计方法；3. 通过实验验证数字PID控制器的性能与稳定性。
二、实验原理PID控制器由比例控制器（P）、积分控制器（I）和微分控制器（D）组成。
其输出信号由这三个部分的加权和构成，分别对应于控制器的比例、积分和微分作用。
比例控制器根据被控对象的偏差大小进行调整，积分控制器根据偏差的积分进行调整，而微分控制器则根据偏差的变化率进行调整。
数字PID控制器是对传统PID控制器的一种改进，其主要特点是使用数字计算器来实现控制算法。
在数字PID控制器中，连续的时间变量被离散化为离散的时间变量，通过采样和量化，将控制信号转换为数字信号进行处理。
离散化的控制算法可以通过计算机进行实现，从而提高控制精度和稳定性。
三、实验器材与方法1. 实验器材：- 控制系统实验平台- 数字PID控制器模块- 电源供应器- 电压表、电流表等测量仪器2. 实验方法：(1) 搭建控制系统实验平台，将被控对象与数字PID控制器模块连接；(2) 设定被控对象的目标值，并调整PID控制器的参数；(3) 启动实验平台，观察被控对象的实际值与目标值的变化，并记录数据；(4) 根据实验数据，分析PID控制器的性能与稳定性。
四、实验结果与讨论在本实验中，我们选择了一个温度控制系统作为被控对象，通过数字PID控制器来实现温度的稳定控制。
在实验过程中，我们调整了PID控制器的参数，并记录了被控对象的实际温度值与目标温度值。
通过实验数据的分析，我们可以得出以下结论：1. 比例控制器的参数对系统的响应速度有重要影响。
计算机控制系统算法设计实验报告
计算机控制系统算法设计实验报告
一、实验目的
本实验的主要目的是掌握计算机控制系统的算法设计方法，通过实验来加深对控制系统算法的理解和应用。
二、实验原理
本实验采用的是PID控制算法，PID控制器是一种常用的控制器，它可以通过对系统的误差进行反馈控制来使系统达到稳定状态。
PID控制器由三个部分组成，分别是比例部分（P）、积分部分（I）和微分部分（D）。
比例部分根据误差大小来调节控制量，积分部分根据误差的累积来调节控制量，微分部分根据误差变化率来调节控制量。
三、实验步骤
1. 确定控制对象
本实验采用的是温度控制系统，控制对象为加热器。
加热器的温度传感器将温度信号反馈给控制器，控制器根据温度误差来调节加热器的功率。
2. 设计PID控制算法
根据实验要求，设计PID控制算法，确定比例系数、积分系数和微分系数的大小。
3. 实现控制算法
将PID控制算法实现到控制器中，通过控制器来控制加热器的功率。
4. 进行实验
将加热器接通电源，设置目标温度和控制器参数，观察加热器的温度变化情况。
5. 分析实验结果
根据实验结果，分析控制器的控制效果，确定控制器参数是否合适。
四、实验结果
经过实验，我们得到了加热器的温度变化曲线，可以看出控制器对加热器的控制效果较好，温度稳定在目标温度附近波动。
五、实验总结
本实验通过设计PID控制算法，实现了对加热器的温度控制，加深了对控制系统算法的理解和应用。
在实验过程中，我们需要注意控制器参数的调节，以达到最佳的控制效果。
PLC课程设计报告(PID温度控制)
《电气控制技术与PLC》课程设计报告题目：__ 温度PID控制学院：___信息工程学院专业：___建筑设施智能技术学号： 2006552025姓名：黄世泽指导教师：___张仲模完成日期：___2009年6月一、课程设计的目的：通过课程设计使学生掌握可编程序控制器（PLC）的基本工作原理、指令系统、硬件连接，使学生掌握使用可编程序控制器的基本方法，锻炼学生对PLC 的编程能力，用可编程序控制器解决电气控制问题的能力。
二、课程设计的要求：1、基本要求要求学生理解并掌握可编程序控制器（PLC）的基本工作原理及基本结构、PLC的运行方式、外部接线及编程方法，训练学生的独立编程能力及用PLC解决现场控制问题的能力。
要求学生能根据现场控制要求，自主编程和调试程序，全面建立起用PLC解决一个实际问题的全过程的概念。
2、设计要求用Pt100检测温度，用PLC实现温度控制。
采用PID算法。
给加热器设定一个温度给定值，经过一段时间的加热，要求加热器温度基本可以稳定在该值上。
三、课程设计的主要内容：1、设计过程和有关说明1）掌握PLC模拟量输入输出模块的使用2）掌握PLC中PID指令的使用，利用PID指令编写PLC控制程序3）完成实验所需要的硬件接线4）利用实验台上的挂件模拟演示其控制过程5）完成课程设计报告2、系统硬件接线图移相调压器的L、N两端子接PLC模拟量输出（电流信号），温度变送器的输U接出一方面接PLC模拟量输入端子，作为反馈信号，一方面接温度显示模块（O A）其接线图如图一图一 温度PID 控制硬件连接图3、PLC 控制程温度显示加热器温度变送器温度显示 电源开关开关LN1A+AOU U移相调压器MainSBR_04、参考资料[1] 张万忠.电器与PLC控制技术.北京.化学工业出版社,2007[2] 西门子（中国）有限公司.S7-200可编程控制器系统手册 ,2005四、心得体会经过这次PID算法的程序设计, 让我对生活中的一些带有PID算法的有了更深的认识,也加强了我用PLC编程语言编写程序的能力。
pid温度控制系统课程设计
pid温度控制系统课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握PID温度控制系统的基本原理、组成及应用，培养学生运用PID控制理论分析和解决实际问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：–了解PID控制器的原理、结构和参数调整方法；–掌握PID控制系统的稳定性、快速性和精确性评价指标；–熟悉PID控制器在不同工业过程中的应用。
2.技能目标：–能够运用PID控制理论分析和解决实际控制系统问题；–能够运用编程软件（如C、Python等）实现PID控制器；–具备对PID控制系统进行调试和优化能力。
3.情感态度价值观目标：–培养学生动手实践能力和团队合作精神；–培养学生对自动控制领域的兴趣，提高其学术素养；–使学生认识到PID控制系统在现代工业中的重要地位，增强其责任感。
二、教学内容根据课程目标，教学内容主要包括以下三个方面：1.PID控制器原理：介绍PID控制器的基本概念、结构和工作原理，使学生了解PID控制器在控制系统中的作用。
2.PID控制系统分析：讲解PID控制系统的稳定性、快速性和精确性评价指标，培养学生运用这些指标分析和评价PID控制系统的性能。
3.PID控制器应用：介绍PID控制器在不同工业过程中的应用，如温度控制、流量控制、液位控制等，使学生学会运用PID控制理论解决实际问题。
三、教学方法为实现课程目标，本课程采用以下教学方法：1.讲授法：讲解PID控制器原理、分析和应用，使学生掌握基本概念和理论知识。
2.案例分析法：分析实际工业过程中的PID控制系统，培养学生运用PID控制理论解决实际问题。
3.实验法：学生进行PID控制系统实验，使学生动手实践，加深对PID控制理论的理解。
4.讨论法：学生分组讨论，培养学生的团队合作精神和沟通能力。
四、教学资源为实现课程目标，本课程需准备以下教学资源：1.教材：选用《自动控制原理》等权威教材，为学生提供系统、科学的理论知识学习。
2.参考书：提供相关领域的经典著作和论文，拓展学生的知识视野。
计算机控制技术：实验3 温度PID控制系统实验
6 实验步骤
双击“输出板卡设置”按钮，打开输出板卡。
void CPidcontrolDlg::OnButton2() //模拟量输出设备 选择按钮 {
// TODO: Add your control notification handler code here
m_daqao.SelectDevice();//选择模拟量输出设备 m_daqao.SetChannel(0);//通道号0 m_daqao.SetOutputRate(500);//输出频率500ms
}
6 实验步骤
(3) 接通电源 确认硬件连线正确无误后，按照下图所示依次接通实验系 统总电源（图中①）和温控对象电源（图中②）。
6 实验步骤
(4) Visual C++程序设计、调试完毕，运行程序。 ① 程序启动后，首先点击“输入板卡选择”按钮，选择模拟 量输入板卡PCI-1713U、再点击“输出板卡选择”按钮，选择 模拟量输出板卡PCI-1720U。 ② 设置好温度设定值SP、采样周期Ts、比例增益Kp、积分时 间常数Ti、微分时间常数Td。 ③ 点击“开始实验”按钮，系统开始进行数据采集，并在相 应区域显示出温度变化曲线、以及历史采样数据等信息。 ④ 实验中对参数更改时，系统会自动停止运行，参数修改完 毕后，再点击“开始试验”按钮即可重新采集数据。 ⑤ 点击“退出程序”，可退出系统。 ⑥ 实验结束后，关闭程序和计算机，拆除相关系统连线，并 整理好。最后确保所有设备电源均已关闭，离开实验室。
软件开发平台采用VC++6.0，完成模拟量采集与输出、信 息处理、显示、控制等功能。
数字信号 PCI-1720U 模拟量输出卡
工
控 PCI总线插槽
数字PID控制器设计
《计算机控制》课程设计报告题目: 数字PID控制器设计姓名: 王云学号: ********* 姓名: 孙传梁学号: ********* 姓名: 钟晓光学号: ********* 姓名: 袁海涛学号: *********2011年6月25日目录《计算机控制》课程设计任务书-----------------------------------------------------------------------3 数字控制器设计-------------------------------------------------------------------------------------------41、前言-------------------------------------------------------------------------------------------------------42、设计目的-------------------------------------------------------------------------------------------------43、设计原理-------------------------------------------------------------------------------------------------44、数字PID参数整定------------------------------------------------------------------------------------55、建立simulink模型------------------------------------------------------------------------------------86、MCS-51单片机实现控制器的设计----------------------------------------------------------------96.1、器件选择------------------------------------------------------------------------------------------106.2、电路设计------------------------------------------------------------------------------------------106.3、程序设计------------------------------------------------------------------------------------------117、设计工作总结及心得体会---------------------------------------------------------------------------158、参考资料及文献---------------------------------------------------------------------------------------15《计算机控制》课程设计任务书指导教师签字：系（教研室）主任签字：2011年6 月25 日数字控制器设计一、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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
《计算机控制系统A》课程设计任务书一、目的与要求1、通过本课程设计教学环节，使学生加深对所学课程内容的理解和掌握；2、结合工程问题，培养提高学生查阅文献、相关资料以及组织素材的能力；3、培养锻炼学生结合工程问题独立分析思考和解决问题的能力；4、要求学生能够运用所学课程的基本理论和设计方法，根据工程问题和实际应用方案的要求，进行方案的总体设计和分析评估；5、报告原则上要求依据相应工程技术规范进行设计、制图、分析和撰写等。
二、主要内容1、数字控制算法分析设计；2、现代控制理论算法分析设计；3、模糊控制理论算法分析设计；4、过程数字控制系统方案分析设计；5、微机硬件应用接口电路设计；6、微机应用装置硬件电路、软件方案设计；7、数字控制系统I/O通道方案设计与实现；8、PLC应用控制方案分析与设计；9、数据通信接口电路硬件方案设计与性能分析；10、现场总线控制技术应用方案设计；11、数控系统中模拟量过程参数的检测与数字处理方法；12、基于嵌入式处理器技术的应用方案设计；13、计算机控制系统抗干扰技术与安全可靠性措施分析设计；14、计算机控制系统差错控制技术分析设计；15、计算机控制系统容错技术分析设计；16、工程过程建模方法分析；三、进度计划四、设计成果要求1、针对所选题目的国内外应用发展概述；2、课程设计正文内容包括设计方案、硬件电路和软件流程，以及综述、分析等；3、课程设计总结或结论以及参考文献；4、要求设计报告规范完整。
五、考核方式通过系统设计方案、总结报告、图文质量和学习与设计态度综合考评，并结合学生的动手能力，独立分析解决问题的能力和创新精神等。
《计算机控制系统课程设计》成绩评定依据如下：1、撰写的课程设计报告；2、独立工作能力及设计过程的表现；3、答辩时回答问题的情况。
优秀：设计认真，设计思路新颖，设计正确，功能完善，且有一定的独到之处，打印文档规范；良好：设计认真，设计正确，功能较完善，且有一定的独到之处，打印文档规范；及格：设计基本认真，设计有个别不完善，但完成基本内容要求，打印文档较规范；不及格：设计不认真，未能完成设计任务，打印文档较乱或出现抄袭现象者。
说明：同学选择题目要尽量分散，并且多位同学选同一个题目时，要求各自独立设计，避免相互参考太多，甚至抄袭等现象。
学生姓名：苏印广指导教师：李士哲2015年7月17日一、课程设计(综合实验)的目的与要求1.1设计目的(1)加深对控制算法设计的认识，学会控制算法的应用。
(2) 掌握A/D转换电路的应用、掌握51单片机、8253可编程定时器/计数器的应用、掌握温度采集及控制方法。
(3)了解计算机控制系统的整体设计及调试的方法，锻炼和培养由各个子模块功能单元构筑完整的微机控制系统的能力。
1.2设计要求(1) 系统的被控对象为温箱系统，被测参数为温箱的温度，测温范围为0-300℃，误差不超过±0.1℃。
（2）设计以89C51单片机和ADC、DAC等电路、有运放电路实现的被控对象构成的计算机单闭环反馈控制系统。
(3)控制算法：增量型数字PID控制(4) 软件设计：主程序、中断程序、A/D转换程序、滤波程序、PID控制程序、D/A输出程序等。
二、设计（实验）正文1：总体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部分完成；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，降低了成本。
因此89C51可以完成设计要求2：控制系统的建模和数字控制器的设计2.1：温箱的数学模型和控制算法的选择根据实际测量，温箱是一个近似一阶惯性环节。
以加热功率为输入，箱内温度为输出，其传递函数表达为1)(+=-s K s G Tedsdτ （2.1）其中：时间常数Td=300；放大系数K d =20；滞后时间τ=102.2：数字控制器的设计2.2.1 模拟PID 控制系统结构图它主要由PID 控制器和被控对象所组成。
而PID 控制器则由比例、积分、微分三个环节组成。
它的数学描述为:u T K dtt de dt t e t e t u tDi p 00])()(1)([)(+++=⎰τ(2.2)式中，K p 为比例系数T I ;为积分时间常数;TD 为微分时间常数. 下面把PID 控制分成三个环节来分别说明： A. 比例调节(P 调节)u K t e t u p 0)()(+= （2.3）式中p K 为比例系数，0u 为控制常量，即偏差为零时的控制变量。
偏差)()()(t y t r t e -=。
偏差一旦产生，比例调节立即产生控制作用，使被控制的过程变量y 向使偏差减小的方向变化。
比例调节能使偏差减小，但不能减小到零，有残存的偏差（静差）。
加大比例系数p K 可以提高系统的开环增益，减小静差，从而提高系统的控制精度。
但当p K 过大时，会使动态质量变差，导致系统不稳定。
B. 积分调节（I 调节）在积分调节中，调节器输出信号的变化速度du/dt 与偏差)(t e 成正比，即)(1t e dt du iτ=或⎰=Ti dt t e t u 0)(1)(τ （2.4）其中i τ 为积分常数，i τ越大积分作用越弱。
I 调节的特点是无差调节，与P 调节的有差调节形成鲜明对比。
上式表明，只有当被调节量偏差为零时，I 调节器的输出才会保持不变。
I 调节的另一个特点是它的稳定作用比P 调节差。
采用I 调节可以提高系统的型别，有利于系统稳态性能的提高，但积分调节使系统增加了一个位于原点的开环极点，使信号产生90°的相角迟后，对系统的稳定性不利。
C. 微分调节（D 调节）在微分调节中，调节器的输出与被调节量或其偏差对于时间的导数正比，即dt t de t u d)()(τ= （2.5）其中d τ 为积分常数，d τ越大微分作用越强。
由于被调节量的变化速度（包括其大小和方向）可以反映当时或稍前一些时间设定值r 与实际输出值y 之间的不平衡情况，因此调节器能够根据被调节量的变化速度来确定控制量u ，而不要等到被调节量已出现较大的偏差后才开始动作，这样等于赋予调节器以某种程度的预见性。
2.2.2 数字PID 控制系统结构图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HD 控制算法和增量式PID 控制算法。
A ：位置式PID 控制算法由于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，故对式(2-1)中的积分和微分项不能直接使用，需要进行离散化处理。
按模拟PID 控制算法的算式(2-1)，现以一系列的采样时刻点kT 代表连续时间t ，以和式代替积分，以增量代替微分，则可以作如下的近似变换:000t=kT(k=0,1,2)()()()()e(kT)-e(k-1)T e(k)-e(k-1)t k k j j e t dt e jT T e j de t dt T T ==⎛⎫⎪⎪ ⎪⎪≈= ⎪⎪ ⎪≈= ⎪⎝⎭∑∑⎰ (2-6) 显然，上述离散化过程中，采样周期T 必须足够短，才能保证有足够的精度。
为了书写方便，将e(kT)简化表示成e(k)等，即省去T 。
将式(2.6)代入式(2.1)，可以得到离散的PID 表达式为:0(){()()[()(1)}1k Dp j T T u k K e k e j e k e k T T==++--∑ (2-7)中式:k — 采样序列号;u(k)— 第k 次采样时刻的计算机输出值; e(k)—第k 次采样时刻输入的偏差值; e(k-1)— 第k-1次采样时刻输入的偏差值； K I — 积分系数，K I ＝Ｋ P Ｔ/T I Ｋ D —微分系数，Ｋ D Ｔ D/Ｔ。
我们常称式(2.7)为位置式PID 控制算法。
对于位置式PID 控制算法来说，位置式PID 控制算法示意图如图2所示，由于全量输出，所以每次输出均与过去的状态有关，计算时要对误差进行累加，所以运算工作量大。
而且如果执行器(计算机)出现故障，则会引起执行机构位置的大幅度变化，而这种情况在生产场合不允许的，因而产生了增量式PID 控制算法。
B ：增量式PID 控制算法所谓增量式PID 是指数字控制器的输出只是控制量的增量Δ(k)。
增量式PID 控制系统框图如图3所示。
当执行机构需要的是控制量的增量时，可以由式(2-7)导出提供增量的PID 控制算式。
根据递推原理可得:k-1p I d j=0u(k-1)=K e(k-1)+K e(j) +K [e(k-1)-e(k-2)] （2-8）用式(2-7)减去式(2-8)，可得：p I D u(k)=u(k-1)+ K [e(k)-e(k-1)]+K e(k)+K [e(k)-2e(k-1)+e(k-2)] （2-9）式(2-9)称为增量式PID 控制算法。
增量式控制算法的优点是误动作小，便于实现无扰动切换。
当计算机出现故障时，可以保持原值，比较容易通过加权处理获得比较好的控制效果。
但是由于其积分截断效应大，有静态误差，溢出影响大。
所以在选择时不可一概而论。
3：硬件的设计和实现系统的硬件电路包括微控制器部分（主机）、温度检测、温度控制、人机对话（键盘/显示/报警）4个主要部分图4电热阻控制系统结构框图3.1微控制器本设计要求采用51内核的单片机。
AT89C51是一种带4K 字节Flash 可编程可擦除的高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的89C51是一种高效微控制器。
综合考虑，本设计选择AT89C51单片机为核心控制器。
AT89C51单片机的引脚图如图5所示。
+ -r(t)e(t)Δuc(t)PID 增量算法调节阀被控对象图3增量型控制示意图图5 AT89C51引脚图3.2:温度检测电路。
温度检测电路包括温度传感器、变送器和A/D 转换器三部分。
温度传感器和变送器的类型选择与被控温度的范围及精度等级有关。
型号为WZB-003的铂热电阻适合于0~500的温度测量范围，可以满足本系统的要求。