揚州數(shù)字PID控制系統(tǒng)設計

1、揚州大學能源與動力工程學院課程設計報告題 目： 數(shù)字PID控制系統(tǒng)設計（II） 課 程： 計算機控制技術課程設計 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 姓 名： 學 號： 第 一 部 分任務書計算機控制技術課程設計任務書一、課題名稱數(shù)字PID控制系統(tǒng)設計（II）二、課程設計目的課程設計是課程教學中的一項重要內容，是達到教學目標的重要環(huán)節(jié)，是綜合性較強的實踐教學環(huán)節(jié)，它對幫助學生全面牢固地掌握課堂教學內容、培養(yǎng)學生的實踐和實際動手能力、提高學生全面素質具有很重要的意義。計算機控制技術是一門實用性和實踐性都很強的課程，課程設計環(huán)節(jié)應占有更加重要的地位。計算機控制技術的課程設計是一個綜合運用知識的

2、過程，它需要控制理論、程序設計、硬件電路設計等方面的知識融合。通過課程設計，加深對學生控制算法設計的認識，學會控制算法的實際應用，使學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)的整體設計方法和設計步驟，編程調試，為從事計算機控制系統(tǒng)的理論設計和系統(tǒng)的整定工作打下基礎。三、課程設計內容設計以89C51單片機、ADC、DAC等電路和運放電路組成的被控對象構成的單閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。1. 硬件電路設計：89C51最小系統(tǒng)加上模入電路ADC0809和模出電路TLC7528；由運放構成的被控對象。2. 控制算法：增量梯形積分型的PID控制算法。3. 軟件設計：主程序、定時中斷程序、A/D轉

3、換程序、濾波程序、D/A輸出程序、PID控制程序等。四、課程設計要求1. 模入電路能接受雙極性電壓輸入（-5V+5V），模出電路能輸出雙極性電壓（-5V+5V）。2. 被控對象每個同學選擇不同：3. PID參數(shù)整定，根據(jù)情況可用擴充臨界比例度法，擴充響應曲線法。4. 定時中斷可在10-50ms中選取，采樣周期取采樣中斷的整數(shù)倍，可取30-150ms，由實驗結果確定。5. 濾波方法可選擇平均值法，中值法等。有關的設計要求可參考計算機控制實驗指導書的相關內容。五、課程設計實驗結果1. 系統(tǒng)正確運行2. 正確整定PID參數(shù)后，系統(tǒng)階躍響應超調10%，調節(jié)時間盡量短。六、進度安排序號內容天數(shù)1布置任務

4、，查閱資料0.52總體方案確定，硬件電路設計1.53熟悉實驗箱及C語言開發(fā)環(huán)境，研讀范例程序，14控制算法設計15軟件編程，調試16實驗17總結，撰寫課程設計報告1七、課程設計報告內容：總結設計過程，寫出設計報告，設計報告具體內容要求如下：1課程設計的目和設計的任務。2課程設計的要求。3控制系統(tǒng)總框圖及系統(tǒng)工作原理。4控制系統(tǒng)的硬件電路連接圖（含被控對象），電路的原理。 5軟件設計流程圖及其說明。6電路設計，軟件編程、調試中遇到的問題及分析解決方法。7實驗結果及其分析。8體會。第 二 部 分課程設計報告目 錄1 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

5、控制系統(tǒng)中應用最為廣泛的一種控制規(guī)律。實際運行的經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合，使PID控制更加靈活，更能滿足生產過程提出的要求。比例控制能迅速反應誤差，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)超調加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)震蕩；微分控制可以減少超調量，克服震蕩，使系統(tǒng)穩(wěn)定性更高，同時加快系統(tǒng)的響

6、應速度，減少調整時間，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）2 方案設計2.1 *2.2 *3硬件電路設計3.1硬件總圖3.2被控對象被控對象選擇為，硬件設計圖如下：3.3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,P2.2進行譯碼，由Y3和Y7引出，分別接至模數(shù)轉換單元的ENABLE和數(shù)模轉單元的/OE接口，從而實現(xiàn)地址0600和0640對兩轉換單元的片選。當?shù)刂窞?600時CBA輸入信號為011，Y3輸出低電平片選模數(shù)轉換單元；當?shù)刂?640為CBA輸入信號為111，Y7輸出為低電平，片選了

7、數(shù)模轉換單元。4控制算法設計4.1 模擬PID調節(jié)器控制規(guī)律為：4.2數(shù)字PID增量梯形積分型控制算法其中有如下近似： 計算可得：5軟件編程設計5.1流程圖5.2軟件程序#include #include #include /*宏定義*/#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ADC_7 XBYTE0x0600/定義模數(shù)轉換IO地址#define DAC_1 XBYTE0x0640/定義D/A第一路的IO地址/*全局變量定義*/sbit str = P17;/定義A/D啟動信號sbit DIN0 = P10;/聲明

8、同步信號uint data time;/聲明變量，用于定時uchar data t0_h,t0_l;/用于存儲定時器0的初值char TK = 5;/聲明采樣周期變量,/采樣周期TK*10mschar TC;/TK的變量float kp =1.8;/比例系數(shù)uint ti =80;/積分系數(shù)char td = 2;/微分系數(shù)char IBAND = 120;/積分分離值char EK;/當前采樣的偏差值char EK_1;/上一次采樣的偏差值char AEK;/偏差的變化量char UK;/當前時刻的D/A輸出char AEK_1;char BEK;char CEK;float ZEK;/*主

9、函數(shù)*/void main(void) TMOD = 0x01;time = 10;/定時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;/修正因初值重裝而引起的定時誤差TH0 = t0_h;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0TR0 = 1;/啟動定時器TC = 1;DAC_1= 0x80;/D/A清零EK = EK_1 = 0;/變量清零 AEK =BEK=AEK_

10、1=CEK= UK = 0;ZEK = 0;str = 1;EA= 1;/開總中斷while(1);/*函數(shù)名：INT1功能 ：1號外部中斷服務程序 參數(shù) ：無* 返回值：無 * */void int1() interrupt 2 using 2float P,D,I,TEMP,TEMP1;DIN0 = 1;/讀取輸入前，先輸出高電平 if(DIN0)/判同步信號到否 EK = EK_1 = 0;/變量清零UK = AEK = BEK=CEK=AEK_1=0; ZEK = 0; DAC_1 = 0x80;/D/A輸出零TC=1; else TC-;/判采樣周期到否 if(TC = 0) EK

11、= ADC_7 - 128;/采樣當前的偏差值，并計算偏差的變化量 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;/判積分分離值 else ZEK=EK+ZEK; I= BEK * TK;I= I / ti;P =AEK; D = CEK * td;/計算微分項 D = D / TK; TEMP = (P + I + D) * kp;/計算比例項 TEMP1=(EK_1+ ZEK*TK/ti+AEK_1*td/TK)*kp;TEMP=TEMP+TEMP1;

12、if(TEMP 0)/判控制量是否溢出，溢出賦極值 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輸出控制量 TC = TK;/采樣周期變量恢復/*函數(shù)名：Timer0功能 ：定時器0中斷服務程序參數(shù) ：無 返回值：無 */void Timer0() interrupt 1 using 1TH0 = t0_h;/重新裝入初值TL0 = t0_l;str = 0;str = 1;/產生A/D啟動信號6 實驗結果與分析6.1實驗波形6.2 結果分析經過對PID參數(shù)的調節(jié)，最終實現(xiàn)的波形較好的實現(xiàn)了控制的要求，使得階躍超調小于10%，而且相應時間較快，控制算法及程序是可靠的。7 小結與體會參 考 文 獻（列出你所利用的參考文獻。格式參見下。）