软件综合设计报告

软件综合设计（分散）报告

姓名：丘瑶瑶

班级：自动化1001班

学号：100900404

目录

一．设计目的 (3)

二．设计内容 (3)

三．设计思想

1.数字PID及其算法 (3)

2.离散控制系统的数学描述 (5)

四．界面简介 (6)

五．各模块程序介绍及调试结果

1.程序介绍 (7)

2.调试结果展示 (11)

3.调试中遇到的问题 (14)

六．心得体会 (14)

七．程序代码 (15)

一． 设计目的

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

二． 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。

三． 设计思想

1、 数字PID 及其算法

在模拟系统中，PID 算法的时域表达式为

])

()(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，等于给定值与测量值之差

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

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，必须对上进行离散化处理，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 0

)

()()( （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。若使系统的精度足够高，则T 应该尽量小。

)(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（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({)1(1

---+

+

-=-∑-=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 ∆+∆+∆=∆

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+=

=

s T k

s X s Y s G

其微分方程为：

)()()(1

t kx 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[(1

nT kx nT y T nT y T n y T =+-+

经整理后，得：

)()()1(

])1[(1

1nT kx 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。

四． 界面简介

1.TeeChar 控件的使用

TeeChar 是第三方插入控件，用来绘画图形。点击

就可在工

程界面显示一个如上图所示的TeeChar 界面 2.参数设定.yy