软件课程设计报告

1、软件课程设计报告2010/3/8一. 课程设计的目的通过课程设计的实习，使学生在两方面有所了解，有点提高：1. 结合控制系统理论，用软件作为工具，进行计算机控制仿真，进一步了解控制理论和计算机软件的应用技术2. 掌握利用软件工具进行图形界面应用程序设计的基本思路和方法，提高软件开发的能力。二. 课程设计的内容1、设计一个控制模拟系统：用计算机模拟一阶系统，并实现理想PID算法控制，具体功能如下：1）基本要求：a）利用所学的白动控制理论，工程数学、 计算机控制技术、数学 建模等知识，进行理论分析，写出一阶系统和理想 PID算法差分 方程，作为系统模拟的基础。b）利用可开发图形界面程序工具软件（推

2、荐使用Visual basic ）, 开发软件项目，实现一阶系统仿真和 PID控制算法c）在软件项目中 设计用户的操作面板，实现 PID算法中的四个 参数（比例增益Kp积分时间Ki、微分时间Kd,设定值sv）和 一阶系统的参数（静态增益 K和时间常数T1）都可以通过对话框 进行设定，系统可利用菜单选择所需的设置对话框。d）设计系统的输出功能，以图形和表格方式实时显示一阶系统输2)出在PID运算的设定值发生阶跃变化的响应附加功能：a) 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，设定值。(数据库结构白己设计)b) 设计查询功能，将数据库保存的系统响应的历史数据以图形和表

3、格方式重现。c) 使用Teechart控件作为显示输出。三、课程设计报告关键内容：1、数学模型设计过程及结果关于控制模拟系统的设计，我们有必要研究数字PID的增量式算法和离散控制系统的数学描述。<1>在模拟系统中，PID算法的表达式为：P(t) =Kpe(t)e(t)dt Td 些Tidt( 1)式中P(t)：调节器的输出信号e(t)：调节器的偏差信号，等于测量值与给定值之差kp：调节器的比例系数ti :调节器的积分时间Td :调节器的微分时间对(1)式进行离散化处理，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用求和和增量式表示：nnn0e(t)dt E(j)

4、t =尸 E(j)j =ej =0de(t) E(k)-E(k-1) E(k)-E(k-1) dt4= T将以上两式代入式(1),可得到离散的PID表达式：一 T k TP(k) =KpE(k)E(j)亨E(k) E(k1)由于(2)的输出值与阀门开度的位置对应， 因此通常把(2)式成为位置型PID的位置控制算式。将(2)式做如下改动，根据递推原理，写出(k-1)次的PID输出表达式:T .kTnP(k) = Kp E(k -1) +气 E( j) +=E(k -1) - E(k -2)( 3)用式(3)减去(2),可得：P(k) =P(k -1) +KPE(k) -E(k -1) +E(k)

5、 +KDE(k)-2E(k-1) + E(k-2) (4)式中K| =%工：积分系数 T|Kd =Kp ：微分系数式(4)称为增量式PID控制算式。增量型PID算法的算式为：P(k) =KpE(k)-E(k -1) K|E(k) KD【E(k)-2E(k-1) E(k-2)(5)设FP(k) =KPE(k)-E(k-1)：R(k) =EE(k).R(k) =KDE(k) 2E(k1) E(k-2)所以:.F(k) =. ；PP(k).出(k)：PD(k)<2>离散控制系统的数学描述系统传递函数：G(s)=Y(S)= kX(s) Tis 1将其写成微分方程且离散化y(n 1)T (；

6、 -1)y(nT)kx(nT)T1T1其中，T越小时，近似的越好，精度越好。2、整个工程的结构：(以VB为例)有四个窗体文件：TeeChart显示，PID算法模拟，设定参数(DialogCaption),查询窗口。3、程序运行的主要界面和操作功能简介。图一图一是用TeeChart控件显示模拟波形。图二图二是当系统开始模拟的时候，所运算的数据存储在数据库里图一和图二是本次设计的重点，它们展示的是在X轴上在区间1,20000上模 拟一阶系统的动态过程.图三图三是PID参数设定的界面。其中Kp越大，曲线的振荡频率越小；Ki越大, 系统响应得越慢；Kd越大，误差就越小。Dialog Caption起贻

7、时间sooai密止畦闾licooo确定取消图四图四是查询窗口，在起始时间和终止时间对应方框内输入值（注：终止时间 不能超过10000）,系统就调用数据库，即可查询。图五图五即是在5000, 10000的查询图4.在设计中遇到的主要问题和解决方法主要问题和解决方法1）数学模型设计过程中对PID算法的理解，对离散控制系统传递 函数的认识。解决方法：查阅大量的网上资料，对于 PID算法的描述和传递 函数的认识。2) VB程序开发工具软件的熟练。解决方法：进行一些初步的设计，比如说创建工程，设计窗口 / 菜单/对话框的界面，还包括数据输入、基本图形等输出的实现。 从而对VB程序开发工具软件中语言基础、界面设计、绘图功能、 数据库访问技术、Teechart控件的注册和使用。3) 实现数学模型算法中遇到很多问题，体现在以下几个方面：增量式PId算法的实现，数据库的构建，延时功能等方面解决方法：参照老师的设计，和同学一起理解老师设计的思想， 尤其是PID算法的实现、数据库的构建和延时功能。在老师设计的基 础上进行更改。五、学习心得1 )本课程设计对于大多数学生来讲，还是很难的，我白己在课程设 计的过程中也没有真正的掌握前面所提到的两个课程设计的目的：a. 进行计算机控制仿真，进一步