计算机控制技术课程设计报告基于PID算法的模拟温度闭环控制系统课程设计报告

一、控制对象：1.2.1被控对象本次设计为软件仿真，通过PID算法控制系统在单位阶跃信号u(t)的激励下产生的零状态响应。传递函数表达式为：D(z)=1.2.2设计规定规定系统可以快速响应，并且可以迅速达成盼望的输出值。本次设计选用PID控制算法，PID控制器由比例控制单元P、积分控制单元I和微分控制单元D组成。其输入et与输出u(t)u式中，Kp为比例系数；Ti为积分时间常数；二、控制规定分析：设定目的温度，使温度呈单位阶跃形式在目的温度处趋于震荡稳定。使系统可以在任意设定的目的温度下，从现有温度达成目的温度，并趋于稳定状态。三、可行性分析:参考国内外的技术资料，可以通过计算机仿真技术实现该模拟温度闭环控制系统；运用C语言实现基于PID算法的模拟温度闭环控制系统。四、总体设计：4.1控制系统组成控制系统框图如图1所示。u(t)u1(t)+Re(t)u(t)u1(t)+Re(t)D(z)PID控制器_ _图1控制系统框图4.2工作原理：在图1所示系统中，D(z)为该系统的被控对象，零状态下，输入为单位阶跃信号R的输出ut反馈给输入。在参数给定值R的情况下，给定值R与反馈值比较得到偏差e4.3模拟PID控制算法原理：在模拟系统中PID算法的表达式为：式中，P(t)为调节器输出信号，e(t)为调节器偏差信号，它等于测量值与给定值之差；Kp为调节器的比例系数，1/T1为调节器的积分时间，Td为调节器的微分时间。在计算机控制系统中，必须对上式进行离散化使其成为数字式的差分方程。将积分式和微分项近似用求和及增量式表达。即：将上面两个式子代入第一式，得：由此式可以运用递推求出K-1次的PID输出表达式用K-1次的输出减去第K次的输出得：4.4系统设计流程图

由此可以编制基于PID算法的C语言程序实现温度闭环控制系统。五、源程序及运营结果六、可行性分析评价:从经济角度讲：使用计算机仿真技术即运用C语言实现模拟温度闭环控制系统减少了设计成本，避免了不必要的支出费用；从技术角度讲，运用C语言仿真，是纯粹的软件实现方法，避免了硬件与软件的调试过程，减少了开发人员的工作量。因此该方案是可行的。七、结论：最终调试得到的控制参数为：Kp=1.09，Ti=0.45，T通过在本次实验中对PID（比例、积分、微分）三个参数进行调整以及查阅网上资料，结识到比例调节规律的作用是,偏差一出现就能及时调节,但调节作用同偏差量是成比例的,调节终了会产生静态偏差.（简称静差）积分调节规律的作用是,只要有偏差,就有调节作用,直到偏差为零,因此它能消除偏差.但积分作用过强,又会使调节作用过强,引起被调参数超调,甚至产生振荡.微分调节规律的作用是,根据偏差的变化速度进行调节,因此能提前给出较大的调节作用,大大减小了系统的动态偏差量及调节过程时间.但微分作用过强,又会使调节作用过强,引起系统超调和振荡.这三种调节规律的调整原则是：就每一种调节规律而言,在满足生产规定的情况下,比例作用应强一些,积分作用应强一些,微分作用也应强一些.当同时采用这三种调节规律时,三种调节作用都应适当减弱,且微分时间一般取积分时间的1/4~1/3。八、实验收获在本次课程设计中，我对计算机控制系统有了更深的理解和结识；PID算法的精妙令我大为惊叹并给我留下了深刻的印象；我相信在以后的学习中，我会对计算机控制技术及PID算法充满爱好。同时通过这一次的课程设计，我明白了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才干真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中碰到了很多问题，发现了自己的局限性之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固等。也有很多收获：让我学会了各种查阅资料以及整理所需材料的能力，锻炼了自己解决实际问题的能力