数字PID控制器的课程设计

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理论性、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调试工作打下基础。三、课程设计内容设计以89C51单片机和ADC、DAC等电路、由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。1. 硬件电路设计：89C51最小系统加上模入电路（用ADC0809等）和模出电路（用TLC7528和运放等）；由运放实现的被控对象。2. 控制算法：梯形积分型的PID控制。3. 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。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. 模入电路用两个通道分别采集被控对象的输出和给定信号。3. 每个同学选择不同的被控对象：4. PID参数整定，根据情况可用扩充临界比例度法，扩充响应曲线法等。5. 定时中断时间可在10-50ms中选取，采样周期取定时中断周期的整数倍，可取30-150ms，由实验结果确定。6. 滤波方法可选择平均值法，中值法等。有关的设计资料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. 控制系统能正确运行。2. 正确整定PID参数后，系统阶跃响应超调 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5.4滤波程序数字滤波相对与模拟滤波器有如下几个优点：1、 数字滤波是用程序实现的，不需要增加硬件设备，因此可靠性较高，稳定性较好。2、 数字滤波可以对频率很低（如0.001Hz）的信号实现滤波，克服了模拟滤波器的缺陷。3、 数字滤波器可以根据信号的不同，采用不同的滤波方法或改变滤波参数，具有灵活、方便功能强等优点。本课程设计所采用的滤波方法为滑动滤波。假设m=2，课设2个变量X、Y，在每个采样周期后，讲本次所采的值赋给X，在下一个采样周期结束的时候，将X的值赋给Y，本次采样值赋给X。每次的采样输出值。YK =(ADC_7-128+X)/2; X=ADC_7-128;/外中断RK =(ADC_7-128+Y)/2; Y=ADC_7-128;/定时器中断这是在程序里主要添加的滤波程序，采用的是滑动滤波N=2。6 实验与结果分析6.1 系统调试比例系数能迅速反应误差，从而减小误差，但比例系数不能消除稳态误差，KP的加大会引起系统的不稳定；积分项的作用是，只要系统存在误差，积分控制作用就不断地积累。输出控制量以消除静差，因而只要有足够的时间积分控制项能完全消除静差，积分作用太强，会使系统超调加大，甚至可能使系统出现振荡；微分控制可以减小超调，克服振荡，是系统稳定性提高，同时加快系统响应速度，减小调整时间，从而改善系统的动态性能。在调试的过程中，我们采用的是凑试法整定PID参数，我们采用的是现比例后积分在微分的方法。首先只整定比例部分。即将比例系数由小变大，并观察相应的系统相应直到得到响应快，超调小的响应曲线。如果系统没有静差或静差已经小到允许范围内，切且应曲线已令人满意，那么只需要比例环节即可，最有比例系数可由此确定。如果在比例调节的基础上静差不能满足设计要求，则需要加入积分环节，整定时首先将积分时间Ti设一较大值，并将第一步得到的比例系数缩小，然后减小积分时间Ti，使系统在保持良好的动态性能的情况下，静差得到消除。如使用比例积分环节消除了静差，但动态性能反复调节仍不能让人满意，则可以加入微分环节，构成比例积分微分控制器。在整定时，先置TD=0，在第二步的基础上，增大TD，同事相应的改变比例系数KP和积分时间Ti，逐步试凑，以达到满意的效果。 按照以上步骤，整定出参数KP=0.6，Ti=150，TD=0。6.2 实验结果控制输出曲线响应曲线加滤波后控制输出曲线加滤波后响应曲线7 小结与体会为期一周半的课程设计结束了，在这一周半的时间内，心中产生了许多疑问，因此我也学到了很多。当我们在第一天拿到课程设计题目的时候我们是丈二和尚摸不着头脑，完全不知道该从何处下手。但是在老师的指导与同学的帮助下，我们顺利的完成了这次的课程设计。在这期间我逐渐熟悉了protol和keil uvisions两个软件。我拿到的课题是数字PID控制系统设计，其中控制算法要求我们用梯形积分的PID控制。可是对于梯形积分我基本上已经毫无印象，不得已我只能翻书进行查找。在硬件电路设计中我们遇到的困难是要使ADC0809进行两路采样，这必须通过A、B、C三条信号线进行通道选择，因为是对6、7通道的选择，所以只需将B、C接在高电压端，在对A进行控制即可。而在软件编程设计中，因为有程序可以参考，所以我们的问题便只有滑动滤波进行编程，但即使如此我们还是遇到了难题，虽然我们对滑动滤波的过程一清二楚，但是在编程的时候，在我们眼中没错的程序在运行的时候却是错漏百出，没办法只能一次又一次的修改了，终于在经过了一天多的努力之后完成了这段程序，其中的艰辛烦闷不足为外人道也。课程设计的完成并不是终点，这只不够使我们人生中的一个小片段，在接下来的人生中我还会遇到许许多多这样的困难，但是我们只要能勇于面对困难，积极寻找解决困难的方法，一定能克服困难。参 考 文 献1 于海生主编，微型计算机控制技术，北京：清华大学出版社，20102 张艳兵等编著，计算机控制技术，北京：国防工业出版