基于PID算法的模擬溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告樣本

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)學(xué)院：專業(yè)：班級：學(xué)號(hào)：姓名：指引教師：時(shí)間：基于PID算法溫度仿真溫度是工業(yè)對象中一種重要參數(shù)，特別在冶金、化工、機(jī)械各類工業(yè)中，廣泛使用各種加熱爐、熱解決爐和反映爐等。用微型計(jì)算機(jī)對爐溫進(jìn)行控制，無論在控制品質(zhì)，節(jié)約能源，還是在改進(jìn)勞動(dòng)環(huán)境等方面都顯示了巨大優(yōu)越性。本報(bào)告簡介了溫度測量及自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。一、課設(shè)內(nèi)容

實(shí)現(xiàn)用PID閉環(huán)控制溫度系統(tǒng)仿真。二、總體方案溫度信號(hào)通過PID控制算法解決，輸出相應(yīng)控制信號(hào)。本次課程設(shè)計(jì)側(cè)重PID溫度控制算法實(shí)現(xiàn)。三、控制系統(tǒng)分析：零狀態(tài)下，輸入為單位階躍信號(hào)R輸出ct反饋給輸入。在參數(shù)給定值R狀況下，給定值R與反饋值比較得到偏差Et=R-ut，通過PID調(diào)節(jié)器運(yùn)算產(chǎn)生相應(yīng)控制量，通過PID算法控制系統(tǒng)在單位階躍信號(hào)R(t)勉勵(lì)下產(chǎn)生零狀態(tài)響應(yīng)。傳遞函數(shù)表達(dá)式為：D(z)=通過Z反變換后得差分方程為：r+四、軟件設(shè)計(jì) PID調(diào)節(jié)由比例調(diào)節(jié)、積分調(diào)節(jié)、微分調(diào)節(jié)三者構(gòu)成，是技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛一種調(diào)節(jié)方式。PID調(diào)節(jié)實(shí)質(zhì)就是依照輸入偏差值，按比例、積分、微分函數(shù)關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算成果用于控制輸出。在實(shí)際應(yīng)用中，依照被控對象特性和控制規(guī)定，可靈活地變化PID構(gòu)造，取其中一某些環(huán)節(jié)構(gòu)成控制規(guī)律，如比例調(diào)節(jié)、比例積分調(diào)節(jié)、比例積分微分調(diào)節(jié)等。 PID算法表達(dá)式：（1）當(dāng)采樣周期T很小時(shí)可以用T近似代替，可用近似代替，“積分”用“求和”近似代替，即可作如下近似 離散化后PID表達(dá)式：（2）在該系統(tǒng)中，選用位置型PID進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，位置型PID輸出表達(dá)式如下：（3）在進(jìn)行程序編寫時(shí)，普通將（3）式作一下改進(jìn)：依照該表達(dá)式，在計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行詳細(xì)PID運(yùn)算，PID程序流程圖如圖2。圖1PID程序框圖圖1PID程序框圖PID程序返回輸入計(jì)算，計(jì)算計(jì)算計(jì)算計(jì)算五、運(yùn)營成果P=1.15I=0.5D=0.015:P=1.09I=0.45D=0.012:比例調(diào)節(jié)作用：是按比例反映系統(tǒng)偏差,系統(tǒng)一旦浮現(xiàn)了偏差,比例調(diào)節(jié)及時(shí)產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。比例作用大,可以加快調(diào)節(jié),減少誤差,但是過大比例,使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降,甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。積分調(diào)節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差,提高無差度。由于有誤差,積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行,直至無差,積分調(diào)節(jié)停止,積分調(diào)節(jié)輸出一常值。積分作用強(qiáng)弱取決與積分時(shí)間常數(shù)I,I越小,積分作用就越強(qiáng)。反之I大則積分作用弱,加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降,動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合,構(gòu)成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。微分調(diào)節(jié)作用：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號(hào)變化率,具備預(yù)見性,能預(yù)見偏差變化趨勢,因而能產(chǎn)生超前控制作用,在偏差還沒有形成之前,已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此,可以改進(jìn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。在微分時(shí)間選取適當(dāng)狀況下,可以減少超調(diào),減少調(diào)節(jié)時(shí)間。微分作用對噪聲干擾有放大作用,因而過強(qiáng)加微分調(diào)節(jié),對系統(tǒng)抗干擾不利。六、實(shí)驗(yàn)心得：在這次課程設(shè)計(jì)中，我完整地經(jīng)歷了一次課題設(shè)計(jì)全過程，從系統(tǒng)規(guī)定解讀，系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)。在這些過程中，涉及到到各方面理論知識(shí)應(yīng)用，有關(guān)軟件應(yīng)用；同步也鍛煉了全局性思維。在這次課程設(shè)計(jì)中有如下收獲和體會(huì)：理論知識(shí)有很大長進(jìn)。特別是對PID算法有更深刻理解，進(jìn)一步理解離散化思想，能理解位置型PID與增量型PID不同與各自應(yīng)用范疇，體會(huì)整體與局部兼顧重要性。參照書籍及資料：《51單片機(jī)c語言教程》------