计算机控制技术课程设计 数字PID控制系统设计

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整定工作打下基础。

三、课程设计内容

设计以89C51单片机、ADC 、DAC 等电路和运放电路组成的被控对象构成的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ADC0809和模出电路TLC7528；由运放构成的被控对象。

2. 控制算法：增量梯形积分型的PID 控制算法。

3. 软件设计：主程序、定时中断程序、A/D 转换程序、滤波程序、D/A 输出程序、PID 控制程序等。

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. 被控对象每个同学选择不同：

4

4(),

()(0.21)

(0.81)

G s G s s s s s =

=

++ 5

5

(),

()(0.81)(0.31)

(0.81)(0.21)

G s G s s s s s =

=

++++5

10

(),

()(1)(0.81)

(1)(0.41)

G s G s s s s s ==

++++8

8

(),

()(0.81)(0.41)

(0.41)(0.51)G s G s s s s s s s ==

++++

3. 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。

4. 定时中断可在10-50ms 中选取，采样周期取采样中断的整数倍，可取30-150ms ，由实验结果确定。

5. 滤波方法可选择平均值法，中值法等。

有关的设计要求可参考《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. 系统正确运行

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

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．软件设计流程图及其说明。

6．电路设计，软件编程、调试中遇到的问题及分析解决方法。

7．实验结果及其分析。

8．体会。

第二部分

课

程

设

计

报

告

目录

1 课题简介

根据偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)进行控制(简称PID控制),是控制系统中应用最为广泛的一种控制规律。实际运行的经验和理论的分析都表明，运用这种控制规律对许多工业控制过程进行控制时，都能得到满意的效果。不过，用计算机实现PID控制，不是简单的把模拟PID控制规律化，而是进一步与计算机的逻辑判断功能结合，使PID控制更加灵活，更能满足生产过程提出的要求。

比例控制能迅速反应误差，从而减少误差，但比例控制不能消除稳态误差；积分的作用是，只要系统存在误差，积分控制作用就不断的积累，输出控制量以消除误差，因而只要有足够的时间，积分控制将完全消除误差，积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现震荡；微分控制可以减少超调量，克服震荡，使系统稳定性更高，同时加快系统的响应速度，减少调整时间，从而改善系统的动态性能。

（格式：宋体5号，首行缩进2格，单倍行距，下同）

2 方案设计

2.1 ***********

2.2 ***********

3硬件电路设计

3.1硬件总图

3.2被控对象

被控对象选择为，硬件设计图如下：

3.3译码电路图

此处用到了锁存器和3-8译码器，先对低八位地址锁存，然后对低八位中的P0.6和高八位中的P2.1,P2.2进行译码，由Y3和Y7引出，分别接至模数转换单元的ENABLE和数模转单元的/OE接口，从而实现地址0600和0640对两转换单元的片选。当地址为0600时CBA输入信号为011，Y3输出低电平片选模数转换单元；当地址0640为CBA输入信号为111，Y7输出为低电平，片选了数模转换单元。

4控制算法设计

4.1模拟PID调节器

控制规律为：

4.2数字PID增量梯形积分型控制算法

其中有如下近似：

计算可得：

5软件编程设计5.1流程图

5.2软件程序

#include

#include

#include

/*****************************************

宏定义

*****************************************/

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

#define ADC_7 XBYTE[0x0600] //定义模数转换IO地址

#define DAC_1 XBYTE[0x0640] //定义D/A第一路的IO地址

/*****************************************

全局变量定义

*****************************************/

sbit str = P1^7; //定义A/D启动信号

sbit DIN0 = P1^0; //声明同步信号

uint data time; //声明变量，用于定时

uchar data t0_h,t0_l; //用于存储定时器0的初值

char TK = 5; //声明采样周期变量,//采样周期＝TK*10ms char TC; //TK的变量

float kp =1.8; //比例系数

uint ti =80; //积分系数

char td = 2; //微分系数

char IBAND = 120; //积分分离值

char EK; //当前采样的偏差值

char EK_1; //上一次采样的偏差值

char AEK; //偏差的变化量

char UK; //当前时刻的D/A输出

char AEK_1;

char BEK;

char CEK;

float ZEK;

/*****************************************

主函数

*****************************************/

void main(void)

{

TMOD = 0x01;

time = 10; //定时10ms

t0_h = (65536 - 1000 * time) / 256; //计算定时器0初值

t0_l = (65536 - 1000 * time) % 256;

t0_l = t0_l + 70; //修正因初值重装而引起的定时误差

TH0 = t0_h;

TL0 = t0_l;

IT1 = 1; //边沿触发中断

EX1 = 1; //开外部中断1

ET0 = 1; //开定时中断0

TR0 = 1; //启动定时器

TC = 1;

DAC_1= 0x80; //D/A清零

EK = EK_1 = 0; //变量清零

AEK =BEK=AEK_1=CEK= UK = 0;

ZEK = 0;

str = 1;

EA = 1; //开总中断

while(1);

}

/**********************************************

函数名：INT1

功能：1号外部中断服务程序

参数：无*

返回值：无*

***********************************************/

void int1() interrupt 2 using 2

{

float P,D,I,TEMP,TEMP1;

DIN0 = 1; //读取输入前，先输出高电平

if(DIN0) //判同步信号到否

{

EK = EK_1 = 0; //变量清零

UK = AEK = BEK=CEK=AEK_1=0;

ZEK = 0;

DAC_1 = 0x80; //D/A输出零

TC=1;

}

else

{

TC--; //判采样周期到否

if(TC == 0)

{

EK = ADC_7 - 128; //采样当前的偏差值，并计算偏差的变化量

AEK = EK - EK_1;

BEK =(EK+EK_1)/2;

CEK =AEK-AEK_1;

EK_1= EK;

AEK_1=AEK;

if(abs(EK)> IBAND) I = 0; //判积分分离值

else

{

ZEK=EK+ZEK;

I= BEK * TK;

I= I / ti;

}

P =AEK;

D = CEK * td; //计算微分项

D = D / TK;

TEMP = (P + I + D) * kp; //计算比例项

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，溢出赋极值

{

if(TEMP >= 127)

UK = 127;

else

UK = (char)TEMP;

}

else

{

if(TEMP <- 128)

UK = -128;

else

UK = (char)TEMP;

}

DAC_1 = UK + 128; //D/A输出控制量

TC = TK; //采样周期变量恢复}

}

}

/**********************************************

函数名：Timer0

功能：定时器0中断服务程序

参数：无

返回值：无

***********************************************/

void Timer0() interrupt 1 using 1

{

TH0 = t0_h; //重新装入初值

TL0 = t0_l;

str = 0;

str = 1; //产生A/D启动信号

}

6 实验结果与分析

6.1实验波形

6.2结果分析

经过对PID参数的调节，最终实现的波形较好的实现了控制的要求，使得阶跃超调小于10%，而且相应时间较快，控制算法及程序是可靠的。

7 小结与体会

参考文献

（列出你所利用的参考文献。格式参见下。）

[1] 于海生主编，微型计算机控制技术，北京：清华大学出版社，1999

[2] 张艳兵等编著，计算机控制技术，北京：国防工业出版社，2008

[3] 张毅刚主编，单片机原理及应用，北京：高等教育出版社，2004

[4] 陈涛编著，单片机应用及C51程序设计，北京：机械工业出版社，2008

[5] 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

计算机控制课设.

计算机控制技术课程设计 评语： 考勤（10）守纪（10）过程（30）设计报告（30）答辩（20）总成绩（100） 专业：自动化 班级：动201302 姓名：完新龙 学号：201309314 指导教师：侯涛 兰州交通大学自动化与电气工程学院 2016年07月15日

基于温度传感器的水温控制系统 1.设计要求 1升水加热，要求水温可以在20~100摄氏度范围内进行人工控制，并能在环境温度变化时实现自动调整，以保证在设计的温度。要求最小分辨率率为1摄氏度，温度控制的稳态误差小于0.2摄氏度，能够显示当前的温度。 2.设计方案 设计采用220V交流供电的150W加热器，利用DS18B20进行周期性检测，并将数据传递给单片机。上位机通过单片机传递的实时温度与给定温度进行比较得到误差，通过PID算法得到控制量，送给单片机通过单片机I/O口输出高电平占空比进行控制，实现对加热器控制。 2.1设计原理图 设计原理图如图1所示。 图1 设计原理图 2.2硬件选型 (1)控制器分为上位机和下位机。上位机为控制计算机，通过检测的温度与设定的温度进行比较，由设定的算法计算出控制量u；下位机为AT89C51即单片机，接收由上位机所给出的控制量，对执行机构进行控制。AT89C51具有如下特点：4kB Flash片内内存储器，128 byte RAM，32个外部双向输入输出口，5个中断优先级，2个16位可编程计数器，2个全双工串行通信口。 (2)D/A转换器采用DAC0832，8位D/A转换器，与微处理器完全兼容。DAC0832由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。主要参数：分辨率为0.0039；电流稳定时间1微秒；可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；可单一电源供电（5V-15V）；低功耗，20mW。 (3)执行机构采用交流加热器。根据相关资料对于加热一杯水，加热器可以迅速反应，提高动态响应速度。 (4)传感器采用DS18B20数字温度传感器。DS18B20具有体积小，硬件开销低，

计算机控制技术课程设计报告

《计算机控制技术》课程设计单闭环直流电机调速系统

1 设计目的 计算机控制技术课程是集微机原理、计算机技术、控制理论、电子电路、自动控制系统、工业控制过程等课程基础知识一体的应用性课程，具有很强的实践性，通过这次课程设计进一步加深对计算机控制技术课程的理解，掌握计算机控制系统硬件和软件的设计思路，以及对相关课程理论知识的理解和融会贯通，提高运用已有的专业理论知识分析实际应用问题的能力和解决实际问题的技能，培养独立自主、综合分析与创新性应用的能力。 2 设计任务 2.1 设计题目 单闭环直流电机调速系统 实现一个单闭环直流电机调压调速控制，用键盘实现对直流电机的起/停、正/反转控制，速度调节要求既可用键盘数字量设定也可用电位器连续调节，需要有速度显示电路。扩展要求能够利用串口通信方式在PC上设置和显示速度曲线并且进行数据保存和查看。 2.2 设计要求 2.2.1 基本设计要求 （1）根据系统控制要求设计控制整体方案；包括微处理芯片选用，系统构成框图，确定参数测围等； （2）选用参数检测元件及变送器；系统硬件电路设计，包括输入接口电路、逻辑电路、操作键盘、输出电路、显示电路； （3）建立数学模型，确定控制算法； （4）设计功率驱动电路； （5）制作电路板，搭建系统，调试。 2.2.2 扩展设计要求 （1）在已能正常运行的微计算机控制系统的基础上，通过串口与PC连接； （2）编写人机界面控制和显示程序；编写微机通信程序；实现人机实时交互。

3方案比较 方案一：采用继电器对电动机的开或关进行控制。这个方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。 方案二：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。但是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻很小，但电流很大；分压不仅会降低效率，而且实现很困难。 方案三：采用由电力电子器件组成的H 型PWM 电路。用单片机控制电力电子器件使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在电力电子器件的饱和截止模式下，效率非常高；H 型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM 调速技术。 兼于方案三调速特性优良、调整平滑、调整围广、过载能力大，因此本设计采用方案三。 4单闭环直流电机调速系统设计 4.1单闭环调速原理 4.1.1 闭环系统框图 4.1.2 调速原理 直流电机转速有： 常数Ke Ka 不变，Ra 比较小。 所以调节Ua 就能调节n 。 n n I K R K U K R I U n d d a e e d ?-=Φ -Φ=-=0φa a a U I U ≈-

计算机控制系统课程设计

《计算机控制》课程设计报告 题目: 超前滞后矫正控制器设计 姓名: 学号: 10级自动化 2013年12月2日

《计算机控制》课程设计任务书 指导教师签字：系（教研室）主任签字： 2013年11 月25 日

1.控制系统分析和设计 1.1实验要求 设单位反馈系统的开环传递函数为) 101.0)(11.0(100 )(++= s s s s G ，采用模拟设 计法设计数字控制器，使校正后的系统满足：速度误差系数不小于100，相角裕度不小于40度，截止角频率不小于20。 1.2系统分析 （1）使系统满足速度误差系数的要求: ()() s 0 s 0100 lim ()lim 100 0.1s 10.011V K s G s s →→=?==++ (2)用MATLAB 画出100 ()(0.11)(0.011) G s s s s = ++的Bode 图为： -150-100-50050 100M a g n i t u d e (d B )10 -1 10 10 1 10 2 10 3 10 4 P h a s e (d e g ) Bode Diagram Gm = 0.828 dB (at 31.6 rad/s) , P m = 1.58 deg (at 30.1 rad/s) Frequency (rad/s) 由图可以得到未校正系统的性能参数为： 相角裕度0 1.58γ=?， 幅值裕度00.828g K dB dB =, 剪切频率为：030.1/c rad s ω=， 截止频率为031.6/g rad s ω=

（3）未校正系统的阶跃响应曲线 024******** 0.20.40.60.811.2 1.41.61.8 2Step Response Time (seconds) A m p l i t u d e 可以看出系统产生衰减震荡。 （4）性能分析及方法选择 系统的幅值裕度和相角裕度都很小，很容易不稳定。在剪切频率处对数幅值特性以-40dB/dec 穿过0dB 线。如果只加入一个超前校正网络来校正其相角，超前量不足以满足相位裕度的要求，可以先缴入滞后，使中频段衰减，再用超前校正发挥作用，则有可能满足要求。故使用超前滞后校正。 1.3模拟控制器设计 （1）确定剪切频率c ω c ω过大会增加超前校正的负担，过小会使带宽过窄，影响响应的快速性。 首先求出幅值裕度为零时对应的频率，约为30/g ra d s ω=，令 30/c g rad s ωω==。 （2）确定滞后校正的参数 2211 3/10 c ra d s T ωω= ==, 20.33T s =,并且取得10β=

计算机控制技术课程设计

计算机控制技术课程设 计 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT

目录 1 引言 (1) 2 课程设计任务和要求 (2) 3 直流伺服电机控制系统概述 (2) 直流伺服系统的构成 (2) 伺服系统的定义 (2) 伺服系统的组成 (2) 伺服系统的控制器的分类 (3) 直流伺服系统的工作过程 (4) 4 直流伺服电机控制系统的设计 (5) 方案设计步骤 (5) 总体方案的设计 (5) 控制系统的建模和数字控制器设计 (7) 数字PID工作原理 (8) 数字PID算法的simulink仿真 (8) 5 硬件的设计和实现 (9) 选择计算机机型（采用51内核的单片机） (9) 80C51电源 (10) 80C51时钟 (10) 80C51 控制线 (10) 80C51 I/O接口 (11) 设计支持计算机工作的外围电路（键盘、显示接口电路等） (11) 数据锁存器 (11) 键盘 (11) 显示器 (12) 数模转换器ADC0808 (12) 其它相关电路的设计或方案 (13) 供电电源设计 (13) 检测电路设计 (13)

功率驱动电路 (14) 仿真原理图 (14) 6软件设计 (14) 程序设计思想 (14) 主程序模块框图 (15) 编写主程序 (15) 7 总结 (16) 附录1 ADC0808程序 (17) 附录2 数字控制算法程序 (18) 参考文献 (19)

1 引言 半个世纪来，直流伺服控制系统己经得到了广泛的应用。随着伺服电动机技术、电力电子技术、计算机控制技术的发展，使得伺服控制系统朝着控制电路数字化和功率器件的模块化的方向发展。 本文介绍直流伺服电机实验台的硬件、软件设计方案。通过传感器对电机位移进行测量，控制器将实际位移量与给定位移量进行比较，控制信号驱动伺服电机控制电源工作，实现伺服电机的位置控制。其电机位置随动系统硬件设计主要包括:总体方案设计、单片机应用系统设计、驱动电路设计和测量电路设计。软件编制采用模块化的设计方式，通过系统的整体设计，完成了系统的基本要求，系统可以稳定的运行。 本次设计说明书主要包括主要包括主程序设计、模数转换器ADC0809程序及数字控制算法程序的设计等内容。 通过本次设计，加深在计算机控制系统课程中所学的知识的理解，提高电气设计与分析的能力，为今后的工作打下基础。

微机原理步进电机控制课程设计报告终审稿)

微机原理步进电机控制课程设计报告 文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-

河北科技大学 课程设计报告学生姓名：学号： 专业班级： 课程名称： 学年学期： 2 0 —2 0 学年第学期 指导教师： 2 0 年月 课程设计成绩评定表

目录 一、设计题目………………………………………………………………. 二、设计目的………………………………………………………………. 三、设计原理及方案………………………………………………………. 四、实现方法………………………………………………………………. 五、实施结果………………………………………………………………. 六、改进意见及建议……………………………………………………….

、 一、设计题目 编程实现步进电机的控制 二、设计目的 1.了解步进电机控制的基本原理 2.掌握控制步进电机转动的编程方法 3.了解8086控制外部设备的常用电路 4.掌握8255的使用方法 三、设计原理及方案 3.1设计原理 步进电机驱动原理是通过对每相线圈中的电流的顺序切换（实验中的步进电机有四相线圈，每次有二相线圈有电流，有电流的相顺序变化），来使电机作步进式旋转。驱动电路由脉冲信号来控制，所以调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速。 利用 8255对四相步进电机进行控制。当对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动。每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转子转过一定的角度（一个步距角）。当通电状态的改变完成一个循环时，转子转过一个齿距。四相步进电机可以在不同的通电方式下运行，常见的通电方式有单（单相绕组通电）四拍（A-B-C-D-A…），双（双相绕组通电）四拍（AB-BC-CD-DA-AB…），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A…）等。 通过编程对8255的输出进行控制，使输出按照相序表给驱动电路供电，则步进电机的输入也和相序表一致，这样步进电机就可以正向转动或反向转动。 3.2硬件连接图 四．实现方法 4.1．步进电机控制程序流图

微机控制课程设计报告

微机控制课程设计报告

目录............................................................................................................ 错误!未定义书签。摘要........................................................................................................................................ III I V 第1章总体方案设计...................................................................................................... - 1 - 1.1、设计任务及要求............................................................................................ - 1 - 1.2、工艺要求........................................................................................................ - 1 - 1.3、要求实现的基本功能： ............................................................................... - 2 - 1.4、对象分析........................................................................................................ - 2 - 1.5、系统功能设计................................................................................................ - 2 -第2章硬件的设计和实现.............................................................................................. - 3 - 2.1、微机选型........................................................................................................ - 3 - 2.2、设计支持计算机工作的外围电路 ............................................................... - 3 - 2.3、设计输入输出通道........................................................................................ - 5 - 2.4、温度传感器.................................................................................................... - 7 - 2.5、元器件的选择................................................................................................ - 8 -第3章数字控制器的设计.............................................................................................. - 9 - 3.1、控制算法：................................................................................................. - 9 - 3.2、计算过程：.................................................................................................... - 9 -第4章软件设计............................................................................................................ - 11 - 4.1系统主程序框图 ............................................................................... - 11 - 4.2、A/D转换子程序流程图 ................................................................ - 12 - 4.3图LED显示流程............................................................................. - 12 - 4.4、数字控制算法子程序流程图 ........................................................ - 14 -第5章完整的系统电路图............................................................................................ - 15 -第6章抗干扰措施........................................................................................................ - 16 - 6.1、硬件方面抗干扰措施主要包括： ............................................................. - 16 - 6.2、软件方面的抗干扰措施有： ..................................................................... - 16 -第7章系统调试............................................................................................................ - 17 -第8章设计总结............................................................................................................ - 18 -第9章参考文献............................................................................................................ - 19 -附录：程序代码................................................................................................................ - 20 -

计算机控制课程设计

洛阳理工学院 计算机控制技术与应用 课程设计 课题：基于单片机恒温箱设计 专业：电气工程与自动化 姓名：来永亮 学号；B12040524

摘要 恒温箱控制系统是通过采集温度，将温度反馈给系统，与系统所设的温度进行比较，通过判断决定进行加热或制冷工作。本设计采用单片机控制整个系统，通过按键设置温度范围，由温度传感器DS18B20采集箱中空气的温度，并反馈给STC89C51单片机，与设置的温度进行比较，决定要进行加热或制冷工作。用半导体制冷片进行加热、制冷工作，通过STC89C51给出指令控制两个继电器开关，以改变电流的正负极，实现半导体的加热、制冷工作，同时在半导体制冷片上配以风扇，当半导体朝向箱内的一面进行制冷工作时，风扇可将朝向箱外加热的一面的热量散开，以防影响箱内制冷效果。 【关键字】STC89C51；DS1820;半导体制冷片；恒温箱

目录 第一章绪论 (3) 第二章系统方案设计 (3) 2.1系统功能 (3) 2.2系统设计方案 (3) 第三章系统硬件设计 (4) 3.1总体设计框图 (4) 3.2系统主要部分设计方案论证 (4) 3.2.1单片机控制模块 (5) 3.2.2温度采集器件的设计方案 (5) 3.2.3显示方案的设计 (6) 3.2.4加热或制冷方案设计 (7) 3.3各部分设计模块介绍 (7) 3.3.1温度传感器DS18B20 (7) 3.3.2显示电路LCD1602 (9) 3.3.3 继电器控制电流正负极原理 (9) 3.3.4半导体制冷片的介绍 (9) 第四章系统软件设计 (10) 4.1系统程序设计主流程图 (10) 4.2 DS18B20温度采集流程图 (11) 4.3 LCD1602显示流程图 (12) 第五章调试与仿真 (12) 5.1软件调试 (13) 5.2仿真电路图 (14)

微机控制课程设计样本

目录 1 课题简介 2 总体方案设计 3 硬件电路设计 4 控制算法设计 5 软件编程设计 6 实验结果与分析 7 小结

最少拍无波纹控制系统设计 1 课题简介 由于最少拍无波纹控制系统模拟连续系统要求的参数准确, 但在实验电路中的元器件自身参数的不准确性, 及受温度或其它因素的影响, 很难做到参数的准确, 特别是一阶惯性环节和积分环节的参数不易整定, 输出波形易出现失真, 很难得到理想的结果, 多年来基本上是利用传输函数建立仿真模型, 这种仿真模型构建方法相对简单, 仅用比例积分、一阶惯性和传输函数数学模块搭建, 可避免参数的不准确性。最少拍无纹波数字控制器, 要求具有以下特点: ( １) 准确性。对特定的参考输入信号在到达稳态后系统输出在采样点的值准确跟踪输入信号即采样点上的输出不存在稳态误差。( ２) 快速性。在各种使系统在有限拍内到达稳态的没计中系统准确跟踪输入量所需的采样周期数应为最少。( ３) 稳定性。数字控制器必须在物理上可实现且应该是稳定的闭环系统。在采样点上的输出不存在稳态误差, 但在采样点间的输出存在稳态误差的系统为有波纹最少拍控制系统。若在采样点上和采样点间的输出均不存在稳态误差, 则这系统为无波纹最少拍控制系统。它们各有自己的优点, 也都存在一些不足。最少拍无纹波数字控制

系统在采样点上和采样点间的输出均不存在稳态误差, 可是它的响应速度相对较慢最少拍无纹波控制系统, 其控制算法都是依据被控对象的准确的数学模型 G(z)来确定的。 2 总体方案设计 设计要求: 根据题目要求, 设计无波纹最小拍控制器。采用零阶保持器的单位反馈离散系统, 被控对象为5 ()(0.81) c G s s s = +, 要求系统 在单位速度信号输入时, 实现无波纹最小拍控制, 用离散设计法设计数字控制器用51单片机经0809采集计一个模拟量并转化为数字量在单片机内的最少拍无波纹控制算法输出数字量再经过0832转化为模拟量输出, 对被控对象进行控制。 最少拍无波纹控制器的设计理论: 图1 数字控制系统原理图 数字控制器模拟化设计方法是基于连续系统的设计, 并在计算机上采用数字模拟方法来实现, 选用的采样周期须足够小, 且采样周期的变化对系统影响不大。 如图1 的数字离散控制系统中, G C (S)为被控对象, 其中 H(S)= (1-e -TS )/S 代表零阶保持器, D(Z)代表被设计的数字控制器, 它是由单片机来实现的, D(Z)的输入输出

计算机控制课程设计

计算机控制技术课程设计 课程名称计算机控制技术 学院自动化学院 专业班级自动化08（4）班 学号 姓名 2011 年6 月22 日

一、题目和要求 已知计算机控制系统结构图如图1所示，其中r(t)是系统的参考输入，e(t)是系统偏差，u(t)是系统的控制量，G0(s)是系统被控对象的传递函数，D(z)是待设计控制器的脉冲传递函数。 图1 计算机控制系统结构图 现假设系统采样周期T=0.5s，系统被控对象的传递函数为： 2 () (2) s G s e s s - = + 请针对上述被控对象，完成如下任务： （一）、试分别采用不同的数字控制算法设计数字控制器D(z)，使得输出跟踪不同的参考输入；在设计任务中要求采用如下四种数字控制算法：数字PID 控制算法、最少拍有纹波控制算法、最少拍无纹波控制算法和大林控制算法；设计每种算法时需要跟踪两种典型的参考输入，即：单位阶跃输入和单位速度输入； （二）、针对每一种情况，编写计算机程序或者使用仿真软件作出相应的e(k)，u(k)和y(k)的曲线，通过改变不同算法的控制参数观察控制效果的变化分析相应算法控制算法对系统控制性能的影响； （三）、比较分析各种不同控制算法间的控制效果差异； （四）、撰写心得和体会。 二、数字PID控制算法 1、单位阶跃输入 （1）、搭建sumilink

（2）、双击PID控制器 （3）、点击TUNE，让系统自动调整参数

（4）、调整得到满意参数（5）、编程模拟 s=tf('s'); Gs=200/(s*(s+40)); Ts=0.01; Gz=c2d(Gs,Ts,'zoh'); [num,den]=tfdata(Gz,'v'); step=1000; Kp=0.4411; Ki=0.0019; Kd=0.4694; e=zeros(1,step); y=zeros(1,step); time=zeros(1,step); r=zeros(1,step); delta_u=zeros(1,step); u=zeros(1,step); for k=1:step r(k)=1; time(k)=k*Ts; end for k=3:step y(k)=y(k-1); e(k)=r(k)-y(k); delta_u(k)=Kp*(e(k)-e(k-1))+Ki*e (k)+Kd*(e(k)-2*e(k-1)+e(k-2)); u(k)=delta_u(k)+u(k-1); y(k)=-den(2)*y(k-1)-den(3)*y(k-2 )+num(2)*u(k-1)+num(3)*u(k-2); end plot(time,r,time,y)

计算机控制技术课程设计数字PID控制系统设计

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整定工作打下基础。 三、课程设计内容 设计以89C51单片机、ADC 、DAC 等电路和运放电路组成的被控对象构成的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ADC0809和模出电路TLC7528；由运放构成的被控对象。 2. 控制算法：增量梯形积分型的PID 控制算法。 3. 软件设计：主程序、定时中断程序、A/D 转换程序、滤波程序、D/A 输出程序、PID 控制程序等。 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. 被控对象每个同学选择不同： 4 4(), ()(0.21) (0.81) G s G s s s s s = = ++ 5 5 (), ()(0.81)(0.31) (0.81)(0.21) G s G s s s s s = = ++++5 10 (), ()(1)(0.81) (1)(0.41) G s G s s s s s == ++++8 8 (), ()(0.81)(0.41) (0.41)(0.51)G s G s s s s s s s == ++++ 3. 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。 4. 定时中断可在10-50ms 中选取，采样周期取采样中断的整数倍，可取30-150ms ，由实验结果确定。

计算机控制系统课程设计

目录 1.题目背景与意义 (2) 2 设计题目介绍 (2) 2.1基本要求 (2) 2.2发挥部分 (2) 3 系统总体框架 (3) 4 系统硬件设计 (3) 4.1单片机最小系统设计 (3) 4.1.1 AT89C52的主要工作特性 (3) 4.1.2管脚说明 (4) 4.1.3 AT89C51的最小电路 (5) 4.2 A/D转换器设计 (6) 4.2.1内部结构 (6) 4.2.2引脚功能 (6) 4.2.3 ADC0808与单片机连接的电路设计 (7) 4.3 D/A转换器设计 (7) 4.3.1 DAC0830的主要工作特性 (7) 4.3.2引脚功能 (8) 4.3.3DAC0830与单片机连接的电路设计 (8) 4.4显示装置 (9) 4.4.1 LM032L的管脚功能 (9) 4.4.2显示器与8031电路的连接设计 (10) 4.5 外部键盘 (11) 4.6声光报警电路 (11) 4.7上位机通讯 (11) 4.7.1设计原理 (12) 4.7.2 上位机通信的的实现 (12) 4.8基于AT98C51单片机的总系统仿真图 (13) 5. 系统软件设计 (14) 5.1 主程序框图 (14) 5.2 显示子程序框图 (14) 5.3 键盘子程序流程图 (15) 5.4数据转换程序框图 (16) 6.结论 (17) 参考文献： (17)

1.题目背景与意义 《计算机控制系统》是一门技术性、应用性很强的学科，实验课教环节是它的一个极为重要的环节。不论是硬件扩展、接口应用还是编程方法、程序调试，都离不开实验课教学。如果不在切实认真地抓好学生的实践技能的锻炼上下功夫，单凭课堂理论课学习，势必出现理论与实践脱节，学习与应用脱节的局面。 《计算机控制系统》课程设计的目的就是让同学们在理论学习的基础上，通过完成一个涉及MCS-51单片机A/D和D/A多种资源应用并具有综合功能的小系统目标板的设计与编程应用，使学生不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，而且能够对电子电路、电子元器件、等方面的知识进一步加深认识，同时在系统设计、软件编程、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。 2 设计题目介绍 设计一个基于单片机的具有A/D和D/A功能的信号测控装置。要求该信号测控装置能够接入典型传感器、变送器信号，同时可输出标准电压/电流信号。并满足抗干扰、通用性、安全性、性价比等原则性要求。 标准电压/电流信号此处定为：0～5V/4～20mA (0～20mA 2.1基本要求 1) 充分理解题目要求，确定方案。 2) 合理选择器件型号。 3) 用1号图纸1张或者采用Protel软件画出电原理图。 4) 用1号图纸1张画出软件结构框图。 5) 写出设计报告，对课程设计成品的功能进行介绍及主要部分进行分析与说明。 6) 每天写出工作进程日记。 2.2发挥部分

计算机控制系统课程设计报告

课程设计报告 学生姓 名:邱博学号：2 学院:自动化工程学院 班级:自动133 题目:计算机控制系统 指导教师：赵波，姜文娟职称: 副教授 2016年6月27日

目录 1 题目背景及意义 (1) 2 设计题目介绍 (2) 2.1 设计要求 (2) 2.2设计意义 (2) 3 系统总体框架 (2) 3.1 系统设计思路 (2) 3.2 系统框架 (2) 4 系统硬件设计 (3) 4.1单片机部分 (3) 4.1.1单片机引脚介绍 (3) 4.1.2单片机的最小实现 (4) 4.2 A/D转换电路 (5) 4.2.1 芯片选择 (5) 4.2.2 电路连接 (6) 4.3 D/A转换电路 (6) 4.4 模拟信号输入通道 (9) 4.5 键盘模块 (10) 4.6 数码管显示电路 (11) 4.6 报警电路 (12) 5 系统软件设计 (13) 5.1主程序框图 (13)

5.2键盘控制程序框图 (13) 5.3数据转换程序框图 (14) 5.4 显示程序框图 (15) 5 结论 (17) 参考文献 (18) 1 题目背景及意义 在自动控制系统的实际工程中，经常需要检测被测对象的一些物理参数，如温度、流量、压力、速度等，这些参数都是模拟信号的形式。它们要由传感器转换成电压信号，再经A/D转换器变换成计算机能够处理的信号。同样，计算机控制外设，如电动调节阀、模拟调速系统时，就需要将计算机输出的数字信号经过D/A转换器变换成外设能接受的模拟信号。本次《计算机控制系统》课程设计的目的就是让同学们在理论学习的基础上，通过完成一个基于51单片机，A/D和D/A多种资源应用并具有综合功能的小系统的设计及编程应用，使我们不但能够将课堂上学到的理论知识及实际应用结合起来，而且能够对电子电路、电子元器件、等方面的知识进一步加深认识，同时在系统设计、软件编程、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。帮助同学们增进对单片机的感性认识，加深对单片机理论方面的理解，从而更好的掌握单片机的内部功能模块的应用以及A/D和D/A功能的实现。

计算机控制课程设计

综合实验报告 （测控系统部分） 综合实践得分表 项目得分出勤情况（10分） 遵守实验室纪律情况（10分） 实习任务完成情况（30） 实验报告内容完整性（30） 文字流畅性（10） 格式规范性（10） 组号：______ __第五组___ ____ 班级：自动化1203 姓名：李晗 学号： 12051310 日期：2016年1月7日

任务一软件熟悉 1实验任务 1、按下左或右行启动按钮后，循环点亮配电柜上的八个指示灯，每个亮0.5秒钟，熄灭；同时下一个指示灯点亮循环进行。（用梯形图实现） 2、在操作员屏幕上实现上述控制任务。 操作员屏幕上设置相应按钮及状态指示灯，显示彩灯的循环点亮过程。 3、采用顺序功能图实现上述控制任务。 2 实验方案 1）所需硬件（模块）： 施耐德PLC-M340、8个指示灯、计算机、PLC机箱。 2）编程思路和流程

顺序功能图： I/O端口： I0.0: 循环左移 I0.1: 循环右移 Q0.0: 灯一 Q0.1: 灯二 Q0.2: 灯三

Q0.3: 灯四 Q0.4: 灯五 Q0.5: 灯六 Q0.6: 灯七 Q0.7: 灯八 3 实验结果及分析： 能够实现8盏指示灯通过按键进行左行循环和右行循环。同时实现了计算机上显示灯的亮灭。

任务二抽油机系统启动及数据采集 1实验任务 1、利用变频器启动并控制抽油机启动（参见《Altivar_71异步电机变频器编程手册》），通过图形终端改变抽油机转动的速度。 2、在抽油机转动的过程中测量抽油机的位移及载荷，并在操作员屏幕上把数据显示出来。（其中位移测量在第一个模拟量测量模块的第1通道，工程单位0~400mm；载荷测量在第一个模拟量测量模块的第2通道，工程单位0~120N。变送器的量程都是4~20mA） 3、电机的转速测量由计数模块的第0个通道进行测量。将电机的转速在操作员屏幕上显示出来。 2实验方案 1、变频器通电之后，按下RUN按钮电机启动，旋转频率调节旋钮可以改变电机转速，按下STOP按钮电机停止转动。 2、按照要求设置变量名称，与IP地址，连接电脑后运行电机即可得到位移和载荷数据。 图8 图9

微机控制技术课程设计报告

1方案简述 随着中国经济的持续增长和汽车价格的持续下降，越来越多的家庭拥有了私家车。在享受汽车给人们带来便利的同时，由于倒车而产生的问题也日益突出。据初步调查统计，15％的汽车事故是由汽车倒车“后视”不良造成的。早期的倒车防撞仪可以测试车后一定距离范围的障碍物从而发出警报，后来发展到根据距离分段报警。随着人们对汽车驾驶辅助系统易用性要求的提高，对汽车倒车雷达的要求也越来越高。本文设计的基于51单片机的倒车雷达，采用温度传感器进行温度补偿提高了测距精度，采用显示模块对车距进行实时显示和蜂鸣器实现了倒车雷达语音报警的功能。由于采用了超声波传感器，有效地提高了系统的可靠性和稳定性。 系统框图如图1.1所示。该系统由单片机控制电路、超声波发射与接收电路、温度补偿电路、LCD显示电路以及语音报警电路等几部分组成。单片机AT89C51是整个系统的核心部件，协调各部分电路的工作。单片机在超声波信号发射的同时开始计时，超声波信号在空气中传播遇到障碍物后发生反射，反射的回波信号经过处理后输入到单片机的INTO端产生中断，计数器停止计数。通过计数器测得的脉冲数可得到超声波信号往返所需要的时间，从而达到测距的目的。 图1.1 系统原理框图

2 系统方案设计及确定 2.1 CPU选择 方案一：采用STC89C52单片机 STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89S51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外 STC89X52可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。内带4K字节EEPROM存储空间，可直接使用串口下载，价格比较便宜。 方案二：采用AT89S51单片机 AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，AT89S51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。 综合比较以上两种方案，选择方案二。 2.2传感器选择 2.2.1超声波传感器选择 超声传感器是一种将其他形式的能转变为所需频率的超声能或是把超声能转变为同频率的其他形式的能的器件。 本次设计采用HC-SR04超声波传感器。该传感器可提供5cm-400cm的非接触式距离感测功能，测量精度可达3mm，模块包括超声波发射器，接收器和控制电路。由于内置模数转换器，所以可省略A/D转换电路。

计算机控制技术课程设计(整理版)

电阻加热炉温度控制系统设计 一、摘要 温度是工业对象中主要的被控参数之一。尤其是在冶金、化工、机械各类工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉、反应炉等。由于炉子的种类不同，所采用的加热方法及燃料也不相同，如煤气、天然气等。但就控制系统本身的动态特性而言，均属于一阶纯滞后环节，在控制算法上基本相同，可采用PID控制或其他纯滞后补偿算法。但对于电阻加热炉来说，当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温，因而很难用数学方法建立精确模型和确定参数。而传统PID控制是一种建立在经典控制理论基础上的控制策略，其设计依赖于被控对象的数学模型，因此对于加热炉这类控制对象采用传统PID的控制方案很难达到理想的控制效果。 为了保证生产过程正常安全地进行，提高产品的质量和数量，以及减轻工人的劳动强度，节约能源，对加热用的各种电炉要求在一定条件下保持恒温，不能随电源电压波动或炉内物体而变化，或者有的电炉的炉温根据工艺要求按照某个指定的升温或保温规律而变化，等等。因此，在工农业生产或科学实验中常常对温度不仅要不断地测量，而且要进行控制。在电阻炉温度控制系统的设计中，应尽量考虑到如何有效地避免各种干扰因素而采用一个较好的控制方案，选择合适芯片及控制算法是非常有必要的本设计要用单片机设计一个电阻炉温度控制系统。 电阻炉的类型根据其热量产生的方式不同，可分为间接加热式和直接加热式两大类。间接加热式电阻炉，就是在炉子内部有专用的电阻材料制作的加热元件，电流通过加热元件时产生热量，再通过热的传导、对流、辐射而使放置在炉中的炉料被加热。直接加热式电阻炉，是将电源直接接在所需加热的材料上，让强大的电流直接流过所需加热的材料，使材料本身发热从而达到加热的效果。工业电阻炉，大部分采用间接加热式，只有一小部分采用直接加热式。由于电阻炉具有热效率高、热量损失小、加热方式简单、温度场分布均匀、环保等优点，应用十分广泛。 二、总体方案设计 1、设计任务： 电阻加热炉用于合金钢产品热力特性实验，电加热炉用电炉丝提供功率，使其在预定的

计算机控制课程设计

摘要 BH1750是一款新型的测光芯片，本设计系统就是基于BH1750设计的测光系统，它可以自动检测光照强度的强弱并显示让人们知道此时光照强度的强弱。人们可以通过看此装置的显示了解现在的光照状态，做合理的光照调节。该设计可分为三部分：即光照检测部分、信号处理部分、光强显示部分。对于光照检测部分是利用BH1750作为检测元件及信号处理元件，其内部集成了AD转换芯片。它可以完成从光强到电信号的转换并将信号处理进行处理。对输入信号处理后，就可以用来显示了。对于显示部分可利用LCD1602来显示，不同的光强对应于不同的数值，就能简单的显示出不同的光强了。本设计就是由单片机STC89C52RC芯片，BH1750模块和1602液晶为核心，辅以必要的电路，构成了一个单片机光照强度检测系统。该光照强度检测系统可以通过检测光照强度，使得光照在低于或高于一定强度的时候发出警示，是一种常用的测试仪器。 关键词：51单片机，LM7805，BH1750，1602液晶

目录 0 引言 (1) 1设计内容与要求 (1) 1.1 设计任务 (1) 1.2 设计要求 (1) 2 方案总体设计 (1) 2.1 光照强度采集方案设计 (2) 2.2 控制芯片及实现方案 (3) 2.3 数据显示方案 (3) 2.4 系统总体框图 (4) 3 硬件设计 (5) 3.1 单片机最小系统 (5) 3.2 BH1750采集模块 (6) 3.3 液晶显示模块 (6) 3.4 系统电源 (7) 3.5 整体电路和PCB图 (8) 4 软件设计 (9) 4.1 keil软件介绍 (9) 4.2 程序流程图 (10) 4.3 各模块程序 (10) 5 仿真与实现 (15) 5.1 Proteus软件介绍 (15) 5.2 仿真过程 (16) 5.3 实物制作与调试 (17) 6 总结 (18) 7 参考文献 (19)