微分先行PID控制系統(tǒng)設計

揚州高校能源與動力工程學院課程設計報告題目：微分先行PID限制系統(tǒng)設計課程：計算機限制技術課程設計專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：電氣0703姓名：高梁學號：071301306

第一部分任務書

《計算機限制技術》課程設計任務書一、課題名稱數(shù)字PID限制系統(tǒng)設計二、課程設計目的課程設計是課程教學中的一項重要內(nèi)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)，它對幫助學生全面堅固地駕馭課堂教學內(nèi)容、培育學生的實踐和實際動手實力、提高學生全面素養(yǎng)具有很重要的意義?！队嬎銠C限制技術》是一門好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。計算機限制技術的課程設計是一個綜合運用學問的過程，它須要限制理論、程序設計、硬件電路設計等方面的學問融合。通過課程設計，加深對學生限制算法設計的相識，學會限制算法的實際應用，使學生從整體上了解計算機限制系統(tǒng)的實際組成，駕馭計算機限制系統(tǒng)的整體設計方法和設計步驟，編程調(diào)試，為從事計算機限制系統(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(nèi)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)反饋限制系統(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.限制算法：微分先行的PID限制算法。3.軟件設計：主程序、定時中斷程序、A/D轉換程序、濾波程序、D/A輸出程序、PID限制程序等。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，依據(jù)狀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，由試驗結果確定。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《計算機限制試驗指導書》的相關內(nèi)容。五、課程設計試驗結果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(diào)<10%，調(diào)整時間盡量短。六、進度支配序號內(nèi)容天數(shù)1布置任務，查閱資料0.52總體方案確定，硬件電路設計1.53熟識試驗箱及C語言開發(fā)環(huán)境，研讀范例程序，14限制算法設計15軟件編程，調(diào)試16試驗17總結，撰寫課程設計報告1七、課程設計報告內(nèi)容：總結設計過程，寫出設計報告，設計報告詳細內(nèi)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．限制系統(tǒng)總框圖及系統(tǒng)工作原理。4．限制系統(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(diào)試中遇到的問題及分析解決方法。7．試驗結果及其分析。8．體會。

第二部分課程設計報告

目錄1課題簡介1.1課程名稱............................................................................................................................６1.2課程設計目的....................................................................................................................６1.3課程設計內(nèi)容....................................................................................................................６1.4課程設計要求....................................................................................................................６2方案設計2.1設計步驟.............................................................................................................................72.1系統(tǒng)流程圖及工作原理.....................................................................................................73硬件電路設計3.1被控對象設計.......................................................................................................................83.2硬件電路圖............................................................................................................................84限制算法設計...............................................................................................................................95軟件編程設計5.1設計流程圖.............................................................................................................................105.2程序.........................................................................................................................................116試驗結果與分析..........................................................................................................................157小結與體會.....................................................................................................................................17參考文獻................................................................................................................................................181課題簡介1.1課題名稱微分先行PID限制系統(tǒng)設計1.2課程設計目的課程設計是課程教學中的一項重要內(nèi)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)，它對幫助學生全面堅固地駕馭課堂教學內(nèi)容、培育學生的實踐和實際動手實力、提高學生全面素養(yǎng)具有很重要的意義?！队嬎銠C限制技術》是一門好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。計算機限制技術的課程設計是一個綜合運用學問的過程，它須要限制理論、程序設計、硬件電路設計等方面的學問融合。通過課程設計，加深對學生限制算法設計的相識，學會限制算法的實際應用，使學生從整體上了解計算機限制系統(tǒng)的實際組成，駕馭計算機限制系統(tǒng)的整體設計方法和設計步驟，編程調(diào)試，為從事計算機限制系統(tǒng)的理論設計和系統(tǒng)的整定工作打下基礎。1.3課程設計內(nèi)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單閉環(huán)反饋限制系統(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.限制算法：PID限制加史密斯預估限制。3.軟件設計：主程序、定時中斷程序、A/D轉換程序、濾波程序、D/A輸出程序、PID限制加史密斯預估限制程序。1.4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３.定時中斷間隔可在10-20ms中選取，采樣周期T取采樣中斷間隔的整數(shù)倍，可取30-50ms。４.PID限制器用湊試法整定。５.濾波方法可選擇平均值法，中值法等。2微分先行PID限制方案設計2.1設計步驟1、進行硬件設計，依據(jù)Ｇ（Ｚ）改造被控對象2、進行微分先行限制算法計算3、讀范例程序，畫出流程圖，進行修改4、連線，調(diào)試試驗結果2.2限制系統(tǒng)總框圖及系統(tǒng)工作原理圖１系統(tǒng)框圖采樣y(t)計算計算進行PI計算u(k)輸出u(k)微分先行PID原理：它和標準PID限制的不同之處在于，只對被控量y（t）微分，不對偏差e（t）微分，也就是說對給定r（t）無微分作用。這樣就可避開給定值的升降給限制系統(tǒng)帶來沖擊。3微分先行PID限制硬件電路設計3.1被控對象設計被控對象由運放和電阻電容組成，如圖２所示。其中，R1=100K,C1=2Uf,R2=20KR3=100K,C2=4Uf,R4=200K圖２被控對象電路圖3.2硬件電路連接圖圖３硬件電路連線圖4微分先行PID限制限制算法設計其中而yd（k）可通過雙線性變換法得到，過程如下………………①由①式變型、整理得………②將上式k變換得到………③5微分先行PID限制軟件編程設計5.1設計流程圖圖４設計流程圖5.2程序/*****************************************文件名：PID.C功能描述：實現(xiàn)數(shù)字PID調(diào)整器的功能。*****************************************/#include<reg51.h>#include<absacc.h>#include<math.h>/*****************************************宏定義*****************************************/#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineADCXBYTE[0x0600] //定義模數(shù)轉換IO地址#defineDAC_1XBYTE[0x0640] //定義D/A第一路的IO地址#defineDAC_2XBYTE[0x0641] //定義D/A其次路的IO地址/*****************************************全局變量定義*****************************************/sbitstr=P1^7; //定義A/D啟動信號sbitDIN0=P1^0; //聲明同步信號sbitstr0=P1^4; //聲明ADC信號uintdatatime; //聲明變量，用于定時uchardatat0_h,t0_l; //用于存儲定時器0的初值charTK=5; //聲明采樣周期變量,//采樣周期＝TK*10mscharTC; //TK的變量floatT=0.05;floatkp=0.9; //比例系數(shù)uintti=500; //積分系數(shù)floattd=8; //微分系數(shù)charIBAND=126; //積分分別值floatV=1.1;charEK; //當前采樣的偏差值charYK;charYK_1;charYDK;charYDK_1;charRK;charEK_1; //上一次采樣的偏差值charAEK; //偏差的改變量charUK; //當前時刻的D/A輸出floatZEK;/*****************************************主函數(shù)*****************************************/voidmain(void){ TMOD=0x01; time=10; //定時10ms t0_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1 ET0=1; //開定時中斷0 TR0=1; //啟動定時器 TC=1; DAC_1=0x80; //D/A清零 EK=EK_1=0; //變量清零 AEK=UK=0; ZEK=0; str=1; str0=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************************************************/voidint1()interrupt2using2{ floatP,A,B,C,I,TEMP;inti; DIN0=1; //讀取輸入前，先輸出高電平 if(DIN0) //判同步信號到否 { YK=YK_1=0;YDK=YDK_1=0; EK=EK_1=0; //變量清零 UK=AEK=0; ZEK=0; DAC_1=0x80; //D/A輸出零 DAC_2=0x80; //D/A輸出零 TC=1; } else{ TC--; //判采樣周期到否 if(TC==0) { RK=ADC-128; //采樣當前的偏差值，并計算偏差的改變量 str0=0; str=0; str=1; for(i=0;i<15;i++);YK=ADC-128; str0=1; A=(2*V*td-T)/(T+2*V*td);B=(T+2*td)/(T+2*V*td);C=(T-2*td)/(T+2*V*td);YDK=A*YDK_1+B*YK+C*YK_1; EK=RK-YDK; if(abs(EK)>IBAND)I=0; //判積分分別值 else { ZEK=EK+ZEK; //計算積分項 I=ZEK*TK; I=I/ti; } P=EK; TEMP=(P+I)*kp; //計算比例項 if(TEMP>0) //判限制量是否溢出，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輸出限制量 TC=TK; //采樣周期變量復原 } }}/**********************************************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***********************************************/voidTimer0()interrupt1using1{ TH0=t0_h; //重新裝入初值 TL0=t0_l; str=0; str=1; //產(chǎn)生A/D啟動信號}6試驗結果與分析①kp=0.8; ti=500; td=8此時，系統(tǒng)響應較慢，可以通過增大微分時間常數(shù)調(diào)整②kp=0.8; ti=500; td=9此時，系統(tǒng)的響應性能得到改善，但是存在肯定靜差，可以通過調(diào)整比例增益kp來減?、?kp=0.9; ti=500; td=9通過調(diào)整三個參數(shù)，系統(tǒng)性能基本達到要求7小結與體會通過這次的課程設計，我對《計算機限制技術》這門課和課程設計有了一個全新的相識，也有了許多的體會和心得。《計算機限制技術》是一門好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。計算機限制技術的課程設計是一個綜合運用學問的過程，它須要限制理論、程序設計、硬件電路設計等方面的學問融合。通過課程設計，我對限制算法設計有了一個更深的相識，也學會了限制算法的實際應用，從整體上了解了計算機限制系統(tǒng)的實際組成，駕馭了計算機限制系統(tǒng)的整體設計方法和設計步驟，編程調(diào)試，為從事計算機限制系統(tǒng)的理論設計和系統(tǒng)的整定工作打下基礎。依據(jù)老師給出的支配，先進行最少拍限制算法計算，接電路，讀范例程序，畫出流程圖，進行修改，調(diào)試試驗結果。思路很清晰，目標很明確。在設計的過程中雖然遇到問題，難免會遇到