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：电气工程及其自动化

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 ?),G(G(s)?s ss?1)(0.8s?1)s(0.255G(s)sG()??,1)1)(0.2(0.8s?1)(0.3(0.8s?s?1)s?105?,G(s))G(s?

1)s1)(0.4??(?s(?1)(0.8s1)s88 ?),)(Gs?G(s1)??1)(0.5s1)s1)(0.4?(0.8ss?ss(0.4

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。

，由实验结果确定。30-150ms中选取，采样周期取采样中断的整数倍，可取10-50ms定时中断可在4.

5. 滤波方法可选择平均值法，中值法等。

有关的设计要求可参考《计算机控制实验指导书》的相关内容。

五、课程设计实验结果

1. 系统正确运行

2. 正确整定PID参数后，系统阶跃响应超调<10%，调节时间尽量短。

六、进度安排

序号内容天数

0.5 1 布置任务，查阅资料1.5 2 总体方案确定，硬件电路设计

1 语言开发环境，研读范例程序，3 熟悉实验箱及C1 4 控制算法设计

1 软件编程，调试5

1 6 实验1

7

总结，撰写课程设计报

七、课程设计报告内容：

总结设计过程，写出设计报告，设计报告具体内容要求如下：

1．课程设计的目和设计的任务。

2．课程设计的要求。

3．控制系统总框图及系统工作原理。

4．控制系统的硬件电路连接图（含被控对象），电路的原理。

5．软件设计流程图及其说明。

6．电路设计，软件编程、调试中遇到的问题及分析解决方法。

7．实验结果及其分析。

．体会。8．

第二部分

课

程

设

计

报

告

目录

1 课题简介

根据偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)进行控制(简称PID控制),是控制系统中应用最为广泛的一种控制规律。实际运行的经验和理论的分析都表明，运用这种控制规律对许多工业控制过程进行控制时，都能得到满意的效果。不过，用计算机实现PID控制，不是简单的把模拟PID控制规律化，而是进一步与计算机的逻辑判断功能结合，使PID控制更加灵活，更能满足生产过程提出的要求。

比例控制能迅速反应误差，从而减少误差，但比例控制不能消除稳态误差；积分的作用是，只要系统存在误差，积分控制作用就不断的积累，输出控制量以消除误差，因而只要有足够的时间，积分控制将完全消除误差，积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现震荡；微分控制可以减少超调量，克服震荡，使系统稳定性更高，同时加快系统的响应速度，减少调整时间，从而改善系统的动态性能。

（格式：宋体5号，首行缩进2格，单倍行距，下同）

2 方案设计

***********2.12.2 ***********

3硬件电路设计

3.1硬件总图

3.2被控对象

，硬件设计图如下：被控对象选择为

3.3译码电路图

此处用到了锁存器和3-8译码器，先对低八位地址锁存，然后对低八位中的P0.6和高八位中的P2.1,P2.2进行译码，由Y3和Y7引出，分别接至模数转换单元的ENABLE和数模转单元的/OE 接口，从而实现地址0600和0640对两转换单元的片选。当地址为0600时CBA输入信号为011，Y3输出低电平片选模数转换单元；当地址0640为CBA输入信号为111，Y7输出为低电平，片选了数模转换单元。

4控制算法设计

调节器PID模拟4.1．

控制规律为：

增量梯形积分型控制算法数字PID4.2其中有如下近似：

计算可得：

5软件编程设计流程图5.1主程序系系系系系变量初始化等待中断

采样中断服务