梯形积分PID控制课程设计.doc

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：我选择的控制对象是G(s)=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 IBAND) I = 0;/判积分分离值 else ZEK = SEK/2 + ZEK; /计算积分项 I= ZEK * TK;I= I / ti;P = EK; D = AEK * td;/计算微分项 D = D / TK; TEMP = (P + I + D) * kp;/计算比例项 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; 滤波程序：YK = (ADC_7 - 128+M)/2; M=ADC_7 - 128; EK=RK-YK;RK=(ADC_7-128+N)/2;N=ADC_7-128;6 实验与结果分析重点介绍系统的调试。6.1 程序修改 改变参数 硬件接线修改分部进行调试，先调试双通道采样，看有没有D/A对应的输出。PID调节。我们主要用的是凑试法。用Protel画出系统电路图PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：1. 理论计算整定法 它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。2. 工程整定方法 它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。PID调试一般原则a.在输出不振荡时，增大比例增益P。b.在输出不振荡时，减小积分时间常数Ti。c.在输出不振荡时，增大微分时间常数Td。PID调试一般步骤a. 确定比例增益P确定比例增益P 时，首先去掉PID的积分项和微分项，一般是令Ti=0、Td=0（具体见PID的参数设定说明），使PID为纯比例调节。输入设定为系统允许的最大值的60%70%，由0逐渐加大比例增益P，直至系统出现振荡；再反过来，从此时的比例增益P逐渐减小，直至系统振荡消失，记录此时的比例增益P，设定PID的比例增益P为当前值的60%70%。比例增益P调试完成。b. 确定积分时间常数Ti比例增益P确定后，设定一个较大的积分时间常数Ti的初值，然后逐渐减小Ti，直至系统出现振荡，之后在反过来，逐渐加大Ti，直至系统振荡消失。记录此时的Ti，设定PID的积分时间常数Ti为当前值的150%180%。积分时间常数Ti调试完成。c. 确定积分时间常数Td积分时间常数Td一般不用设定，为0即可。若要设定，与确定 P和Ti的方法相同，取不振荡时的30%。d. 系统空载、带载联调，再对PID参数进行微调，直至满足要求。 变速积分的基本思想是，设法改变积分项的累加速度，使其与偏差大小相对应：偏差越大，积分越慢；反之则越快，有利于提高系统品质。6.2 图7 小结与体会进入了大四下学期，我们已经结束了课程的学习，开始了我们最后的两门课程设计。学期开始的第一天夏扬老师和李敏艳老师作为我们的指导老师进行了计算机控制的课程设计。在一周半的计算机控制的课程设计过程中，我受益匪浅。第一天夏老师先就我们上学期计算机控制的学习情况及挂科的同学该如何复习做了简短的指导，然后进行小组和课题的分配，我们第二小组所做的课题是数字PID程序控制设计（梯形积分型）。上学期我们做过了位置式PID控制程序实验，这次的设计课题多少有些相似的地方，但是对于梯形积分我们不太了解。我们小组6人各自选择了不同的控制对象。我选择的控制对象是G(s)=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，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，单片机原理及应用，北京：高等教育出版社，20044 陈涛编著，单片机应用及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16