数字PID控系统设计(I).doc

扬州大学能源与动力工程学院 课程设计报告 题 目： 数字PID控制系统设计（I） 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（I） 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：增量型的PID控制。 3. 控制算法仿真：在simulink中建立系统仿真图，编写S-function, 对算法进行仿真。 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. 对象输出端加上扰动：扰动可选择小幅度正弦信号、小幅度阶跃信号、小幅度的脉冲信号。 扰动的出现时刻选择在系统进入稳态后的适当时刻。 6. 对采样信号加上滤波算法。算法可选择滑动平均值法，复合滤波，惯性滤波等。 7. simulink仿真采用ode4定步长，仿真步长可取0.1-1ms。采样周期可取20-100ms，由实验结果确定。 8. S-function的函数名由各人姓名拼音缩写+学号后3位数组成。 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10%，调节时间尽量短。 六、进度安排 序号 内容 天数 1 布置任务，熟悉课题要求 0.5 2 总体方案确定，硬件电路设计 1.5 3 学习matlab及simulink的使用，研读范例程序 1 4 控制算法设计 1 5 Simulink编程，调试 1 6 实验 1 7 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．课程设计的目的和设计的任务。 2．课程设计的要求。 3．控制系统总框图及系统工作原理。 4．控制系统的硬件电路连接图（含被控对象），电路的原理。 5．控制算法及其原理。 6. Simulink仿真图及S-function的算法实现说明。 7．实验结果及其分析。 8．电路设计、仿真调试中遇到的问题及解决方法。 9．体会。  第 二 部 分 课 程 设 计 报 告 目 录 1 课题简介 6 1.1 课程设计的目的 6 1.2 课题任务和要求 6 2 数字PID控制系统方案设计 6 2.1 控制系统总体介绍 6 2.2 系统闭环工作原理 7 3 数字PID控制硬件电路设计 7 3.1 A/D转换单元 7 3.2 D/A转换单元 8 3.3 被控对象的实现 8 4 数字PID控制算法设计 9 4.1 数字PID增量型控制算法 9 4.2 采样周期的选择 9 5 数字PID控制Simulink仿真设计 10 5.1 主程序设计 10 5.2 定时中断程序设计 10 5.3 外部中断程序设计 11 5.4 滤波程序设计 12 6实验与结果分析 12 6.1 凑试法确定PID参数 12 6.2 实验结果分析 14 7 小结与体会 14 参考文献 15 1 课题简介 1.1 课程设计的目的 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