计算机控制技术课程设计数字PID控制系统设计.docx

1、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

2、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

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

4、内容天数1布置任务，查阅资料0.52总体方案确定，硬件电路设计1.53熟悉实验箱与C语言开发环境，研读范例程序，14控制算法设计15软件编程，调试16实验17总结，撰写课程设计报告1七、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控制系统总框图与系统工作原理。4控制系统的硬件电路连接图（含被控对象），电路的原理。 5软件设计流程图与其说明。6电路设计，软件编程、调试中遇到的问题与分析解决方法。7实验结果与其分析。8体会。第 二 部 分课程设计报告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PI

5、D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

6、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2.1 *2.2 *3硬件电路设计3.1硬件总图3.2被控对象被控对象选择为，硬件设计图如下：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

7、电平，片选了数模转换单元。4控制算法设计4.1 模拟PID调节器控制规律为：4.2数字PID增量梯形积分型控制算法其中有如下近似： 计算可得：5软件编程设计5.1流程图5.2软件程序#include #include #include /*宏定义*/#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ADC_7 XBYTE0x0600 /定义模数转换IO地址#define DAC_1 XBYTE0x0640 /定义D/A第一路的IO地址/*全局变量定义*/sbit str = P17; /定义A/D启动信号sbit DIN0

8、= P10; /声明同步信号uint data time; /声明变量，用于定时uchar data t0_h,t0_l; /用于存储定时器0的初值char TK = 5; /声明采样周期变量,/采样周期TK*10mschar TC; /TK的变量float kp =1.8; /比例系数uint ti =80; /积分系数char td = 2; /微分系数char IBAND = 120; /积分分离值char EK; /当前采样的偏差值char EK_1; /上一次采样的偏差值char AEK; /偏差的变化量char UK; /当前时刻的D/A输出char AEK_1;char BEK;

9、char CEK;float ZEK;/*主函数*/void main(void) TMOD = 0x01; time = 10; /定时10ms t0_h = (65536 - 1000 * time) / 256; /计算定时器0初值 t0_l = (65536 - 1000 * time) % 256; t0_l = t0_l + 70; /修正因初值重装而引起的定时误差 TH0 = t0_h; TL0 = t0_l; IT1 = 1; /边沿触发中断 EX1 = 1; /开外部中断1 ET0 = 1; /开定时中断0 TR0 = 1; /启动定时器 TC = 1; DAC_1= 0x8

10、0; /D/A清零 EK = EK_1 = 0; /变量清零 AEK =BEK=AEK_1=CEK= UK = 0; ZEK = 0; str = 1; EA = 1; /开总中断 while(1);/*函数名：INT1功能 ：1号外部中断服务程序 参数 ：无* 返回值：无 * */void int1() interrupt 2 using 2 float P,D,I,TEMP,TEMP1; DIN0 = 1; /读取输入前，先输出高电平 if(DIN0) /判同步信号到否 EK = EK_1 = 0; /变量清零 UK = AEK = BEK=CEK=AEK_1=0; ZEK = 0; DA

11、C_1 = 0x80; /D/A输出零 TC=1; else TC-; /判采样周期到否 if(TC = 0) EK = ADC_7 - 128; /采样当前的偏差值，并计算偏差的变化量 AEK = EK - EK_1; BEK =(EK+EK_1)/2; CEK =AEK-AEK_1; EK_1= EK; AEK_1=AEK; if(abs(EK) IBAND) I = 0; /判积分分离值 else ZEK=EK+ZEK; I= BEK * TK; I= I / ti; P =AEK; D = CEK * td; /计算微分项 D = D / TK; TEMP = (P + I + D)

12、* kp; /计算比例项 TEMP1=(EK_1 + ZEK*TK/ti+AEK_1*td/TK)*kp; TEMP=TEMP+TEMP1; if(TEMP 0) /判控制量是否溢出，溢出赋极值 if(TEMP = 127) UK = 127; else UK = (char)TEMP; else if(TEMP - 128) UK = -128; else UK = (char)TEMP; DAC_1 = UK + 128; /D/A输出控制量 TC = TK; /采样周期变量恢复 /*函数名：Timer0功能 ：定时器0中断服务程序参数 ：无 返回值：无 */void Timer0() i

13、nterrupt 1 using 1 TH0 = t0_h; /重新装入初值 TL0 = t0_l; str = 0; str = 1; /产生A/D启动信号6 实验结果与分析6.1实验波形6.2 结果分析经过对PID参数的调节，最终实现的波形较好的实现了控制的要求，使得阶跃超调小于10%，而且相应时间较快，控制算法与程序是可靠的。7 小结与体会参 考 文 献（列出你所利用的参考文献。格式参见下。）1 于海生主编，微型计算机控制技术，北京：清华大学出版社，19992 张艳兵等编著，计算机控制技术，北京：国防工业出版社，20083 张毅刚主编，单片机原理与应用，北京：高等教育出版社，20044 陈涛编著，单片机应用与C51程序设计，北京：机械工业出版社，20085 楼然苗, 李光飞编著, 单片机课程设计指导, 北京: 北京航空航天大学出版社, 2007 7 控制、电子技术类杂志、报刊