揚州數(shù)字PID控制系統(tǒng)設(shè)計

揚州大學(xué)能源與動力工程學(xué)院課程設(shè)計報告題目：數(shù)字PID控制系統(tǒng)設(shè)計（II）課程：計算機控制技術(shù)課程設(shè)計專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：姓名：學(xué)號：第 一 部 分任務(wù)書《計算機控制技術(shù)》課程設(shè)計任務(wù)書一、課題名稱數(shù)字PID控制系統(tǒng)設(shè)計（II）二、課程設(shè)計目的課程設(shè)計是課程教學(xué)中的一項重要內(nèi)容，是達到教學(xué)目標的重要環(huán)節(jié)，是綜合性較強的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，它對幫助學(xué)生全面牢固地掌握課堂教學(xué)內(nèi)容、培養(yǎng)學(xué)生的實踐和實際動手能力、提高學(xué)生全面素質(zhì)具有很重要的意義?！队嬎銠C控制技術(shù)》是一門實用性和實踐性都很強的課程，課程設(shè)計環(huán)節(jié)應(yīng)占有更加重要的地位。計算機控制技術(shù)的課程設(shè)計是一個綜合運用知識的過程，它需要控制理論、程序設(shè)計、硬件電路設(shè)計等方面的知識融合。通過課程設(shè)計，加深對學(xué)生控制算法設(shè)計的認識，學(xué)會控制算法的實際應(yīng)用，使學(xué)生從整體上了解計算機控制系統(tǒng)的實際組成，掌握計算機控制系統(tǒng)的整體設(shè)計方法和設(shè)計步驟，編程調(diào)試，為從事計算機控制系統(tǒng)的理論設(shè)計和系統(tǒng)的整定工作打下基礎(chǔ)。三、課程設(shè)計內(nèi)容設(shè)計以89C51單片機、ADC、DAC等電路和運放電路組成的被控對象構(gòu)成的單閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。硬件電路設(shè)計：89C51最小系統(tǒng)加上模入電路ADC0809和模出電路TLC7528；由運放構(gòu)成的被控對象。PIDA/DD/APID四、課程設(shè)計要求模入電路能接受雙極性電壓輸入-5V~+5，模出電路能輸出雙極性電壓-5V~+5。被控對象每個同學(xué)選擇不同：G(s) 4 ,s(0.2s1)

G(s)4s(0.8s1)G(s) 5 (0.8s1)(0.3s1)

G(s)

5(0.8s1)(0.2s1)G(s)G(s)

5 ,(s1)(0.8s1)8

G(s)G(s)

10(s1)(0.4s1)8s(0.8s1)(0.4s1) s(0.4s1)(0.5s1)PID10-50ms30-150ms，由實驗結(jié)果確定。濾波方法可選擇平均值法，中值法等。有關(guān)的設(shè)計要求可參考《計算機控制實驗指導(dǎo)書》的相關(guān)內(nèi)容。五、課程設(shè)計實驗結(jié)果系統(tǒng)正確運行PID<10%，調(diào)節(jié)時間盡量短。序號內(nèi)容序號內(nèi)容天數(shù)1布置任務(wù)，查閱資料0.52總體方案確定，硬件電路設(shè)計1.53熟悉實驗箱及C語言開發(fā)環(huán)境，研讀范例程序，144控制算法設(shè)計15軟件編程，調(diào)試16實驗17總結(jié)，撰寫課程設(shè)計報告1七、課程設(shè)計報告內(nèi)容：總結(jié)設(shè)計過程，寫出設(shè)計報告，設(shè)計報告具體內(nèi)容要求如下：課程設(shè)計的目和設(shè)計的任務(wù)。課程設(shè)計的要求?？刂葡到y(tǒng)總框圖及系統(tǒng)工作原理?？刂葡到y(tǒng)的硬件電路連接圖（含被控對象，電路的原理。軟件設(shè)計流程圖及其說明。電路設(shè)計，軟件編程、調(diào)試中遇到的問題及分析解決方法。實驗結(jié)果及其分析。體會。第 二 部 分課程設(shè)計報告目 錄課題簡介根據(jù)偏差的比例(P)、積分(I)、微分(D)進行控制(簡稱PID控制),是控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的一種控制規(guī)律。實際運行的經(jīng)驗和理論的分析都表明，運用這種控制規(guī)律對許多工業(yè)控制過程進行控制時，都能得到滿意的效果。不過，用計算機實現(xiàn)PID控制，不是簡單的把模擬PID控制規(guī)律化，而是進一步與計算機的邏輯判斷功能結(jié)合，使PID控制更加靈活，更能滿足生產(chǎn)過程提出的要求。比例控制能迅速反應(yīng)誤差，從而減少誤差，但比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差；積分的作用是，只要系統(tǒng)存在誤差，積分控制作用就不斷的積累，輸出控制量以消除誤差，因而只要有足夠的時間，積分控制將完全消除誤差，積分作用太強會使系統(tǒng)超調(diào)加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)震蕩；微分控制可以減少超調(diào)量，克服震蕩，使系統(tǒng)穩(wěn)定性更高，同時加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減少調(diào)整時間，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。（格式：宋體5號，首行縮進2格，單倍行距，下同）方案設(shè)計2.1***********2.2***********

硬件電路設(shè)計硬件總圖被控對象被控對象選擇，硬件設(shè)計圖如下：譯碼電路圖此處用到了鎖存器和3-8譯碼器，先對低八位地址鎖存，然后對低八位中的P0.6和高八位中的P2.1,P2.2Y3和Y7ENABLE/OE接口，從而實現(xiàn)地址060006400600CBA011，Y30640CBA111，Y7控制算法設(shè)計PID控制規(guī)律為：PID其中有如下近似： 計算可得：軟件編程設(shè)計流程圖主程序主程序□ 系 系 系 變量初始化等待中斷采樣中斷服務(wù)采樣中斷服務(wù)程序求誤差E(k)否?是D/A輸出清零否變量初始化PID子程序采樣周期變量減一賦初值輸出控制量U(K)否?是采樣周期變量賦初植否中斷返回PIDPID子程序計算Kp*AEK和(AEK-AEK_1)*td是判積分分離值否Kp*(AEK+CEK*Td/T)+Kp*(AEK+CEK*td+BEK*TK)是判積分溢出是判控制量溢出取極值否Kp*(EK_1+T/Ti*∑EK_1+Td/T*?EK_1)+Kp*(AEK+CEK*td+BEK*TK)取極值否中斷返回軟件程序#include<reg51.h>#include<absacc.h>#include<math.h>/*****************************************宏定義*****************************************/#defineucharunsignedchar#defineuint unsignedint#defineADC_7XBYTE[0x0600]#defineDAC_1XBYTE[0x0640]/*****************************************全局變量定義*****************************************/

//定義模數(shù)轉(zhuǎn)換IO地址//定義D/A第一路的IO地址sbit str =P1^7;sbit DIN0=P1^0;uint datatime;uchardatat0_h,t0_l;char TK=5;char TC;floatkp=1.8;uint ti=80;char td=

//定義A/D啟動信號//聲明同步信號//聲明變量，用于定時//用于存儲定時器0的初值//聲明采樣周期變量,//采樣周期＝TK*10ms//TK的變量//比例系數(shù)//積分系數(shù)//微分系數(shù)charcharcharcharIBAND=120;EK;EK_1;AEK;//積分分離值//當前采樣的偏差值//上一次采樣的偏差值//偏差的變化量charUK;//當前時刻的D/A輸出charAEK_1;charBEK;charCEK;floatZEK;/*****************************************主函數(shù)*****************************************/voidmain(void){TMOD=0x01;time10; //10mst0_h=(65536-1000*time)/256;//計算定時器0初值t0_l=(65536-1000*time)%256;t0_l=t0_l+70;TH0 =t0_h;

//修正因初值重裝而引起的定時誤差TL0=t0_l;IT1=1;//邊沿觸發(fā)中斷EX1=1;//開外部中斷1ET0=1;//開定時中斷0TR0TC=1;=1;//啟動定時器DAC_1=0x80;EK=EK_1=0;AEK=BEK=AEK_1=CEK=UK=0;ZEK=0;str=1;

//D/A//變量清零EA=1;while(1);}

//開總中斷/**********************************************函數(shù)名：INT1功能 ：1號外部中斷服務(wù)程參數(shù) ：無*返回值：無************************************************/voidint1()interrupt2using2{floatP,D,I,TEMP,TEMP1;DIN01; //讀取輸入前，先輸出高電平if(DIN0){

//判同步信號到否EK=EK_10; //UK=AEKBEK=CEK=AEK_1=0;ZEK=0;DAC_1=0x80;TC=1;}

//D/A輸出零else{TC--; //判采樣周期到否if(TC==0){EK =ADC_7-AEK=EK-EK_1;BEK=(EK+EK_1)/2;CEK=AEK-AEK_1;

//采樣當前的偏差值，并計算偏差的變化量EK_1=EK;AEK_1=AEK;if(abs(EK)IBAND) I0//else{ZEK=EK+ZEK;I=BEK*TK;I=I/ti;}P=AEK;D=CEK*td;D=D/TK;

//計算微分項TEMP=(P+I+D*kp; //計算比例項TEMP1=(EK_1+ZEK*TK/ti+AEK_1*td/TK)*kp;TEMP=TEMP+TEMP1;if(TEMP>0){

//判控制量是否溢出，溢出賦極值if(TEMP>=127)UK=127;elseUK=(char)TEMP;}else{if(TEMP<-128)UK=-128;else}

UK=(char)TEMP;DAC_1=UK+128;TC=TK;}}}

//D/A輸出控制量//采樣周期變量恢復(fù)/******************************************