數(shù)字PID積分分離

1、揚州大學水利與能源動力工程學院課程設(shè)計報告題 目： 數(shù)字PID控制系統(tǒng)設(shè)計（IV） 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： 電氣1102 姓 名： 奧巴馬 學 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（IV）積分分離二、課程設(shè)計目的課程設(shè)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)，它對幫助學生全面牢固地掌握課堂教學內(nèi)容、培養(yǎng)學生的實踐和實際動手能力、提高學生全面素質(zhì)具有很重要的意義。計算機控制技術(shù)是一門理論性、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

2、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，加深對學生控制算法設(shè)計的認識，學會控制算法的實際應(yīng)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(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)的調(diào)試工作打下基礎(chǔ)。三、課程設(shè)計內(nèi)容設(shè)計以89C51單片機和ADC、DAC等電路、由運放電路實現(xiàn)的被控對象，構(gòu)成的計算機單閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。1. 硬件電路設(shè)計：89C51最小系統(tǒng)加上模入電路（用ADC0809等）和模出電路（用TLC7528和運放等）；由運放實現(xiàn)的被控對象。2. 控制算法：帶積

3、分分離的增量型PID控制。3. 控制算法仿真：在simulink中建立控制系統(tǒng)仿真圖，編寫S-function, 對算法進行仿真。 四、課程設(shè)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. 模入電路用兩個通道分別采集被控對象的輸出和給定信號。3. 每個同學選擇不同的被控對象：4. PID參數(shù)整定，帶有積分環(huán)節(jié)的對象用擴充臨界比例度法，無積分環(huán)節(jié)的對象用擴充響應(yīng)曲線法。5. 對象輸出端加上擾動：擾動可選擇小幅度正弦信號、小幅度階躍信號、小幅度的脈沖信號。擾動的出現(xiàn)時刻選擇在系統(tǒng)進入穩(wěn)態(tài)后的適當時刻。6. 對采樣信號加上濾波算法。算法可選擇

4、滑動平均值法，復合濾波，慣性濾波等。7. simulink仿真采用ode4定步長，仿真步長可取0.1-1ms。采樣周期可取20-100ms，由實驗結(jié)果確定。8. S-function的函數(shù)名由各人姓名拼音縮寫+學號后3位數(shù)組成。有關(guān)的設(shè)計資料可參考計算機控制實驗指導書的相關(guān)內(nèi)容。五、課程設(shè)計實驗結(jié)果1. simulink控制系統(tǒng)仿真能正確運行。2. 正確整定PID參數(shù)后，系統(tǒng)階躍響應(yīng)超調(diào)時，采用PD控制，當偏差e(k) /采用PD算法 d_uk=Kp*P+Kd*D; uk=uk_1+d_uk; uk_1=uk; end if abs(ek)umax uk=umax; end /限幅，最大輸出為

5、5V if uk-umax uk=-umax; end /限幅，最小輸出為-5V sys=uk;5.3 濾波程序設(shè)計采用滑動濾波方法，取20個數(shù)據(jù)xk20=xk19; xk19=xk18; xk18=xk17; xk17=xk16; xk16=xk15; xk15=xk14; xk14=xk13; xk13=xk12; xk12=xk11; xk11=xk10; xk10=xk9; xk9=xk8; xk8=xk7; xk7=xk6; xk6=xk5; xk5=xk4; xk4=xk3; xk3=xk2; xk2=xk1; xk1=u(2);yk=(xk1+xk2+xk3+xk4+xk5+xk

6、6+xk7+xk8+xk9+xk10+xk11+xk12+xk13+xk14+xk15+xk16+xk17+xk18+xk19+xk20)/20;u(2)=yk;6 實驗與結(jié)果分析6.1 PID參數(shù)整定無積分環(huán)節(jié)，按要求采用擴充響應(yīng)曲線法在模擬控制系統(tǒng)中，可用響應(yīng)曲線法代替臨界比例讀法一樣，用擴充響應(yīng)曲線法整定T和Kp、Ti、Td的步驟如下： 數(shù)字控制器不接入控制系統(tǒng)，讓系統(tǒng)處于手動操作狀態(tài)下，將被調(diào)量調(diào)節(jié)到給定值附近，并使之穩(wěn)定下來。然后突然改變給定值，給對象一個階躍輸入信號。 用儀表記錄被調(diào)量在階躍輸入下的整個變化曲線，如圖6.1所示。 在曲線最大斜率處做切線，求得滯后的時間，被控對象時間

7、常數(shù)T以及它們的比值，查表即可得數(shù)字控制器的Kp、Ti、Td及采樣周期T。圖1 被調(diào)量在階躍輸入下的變化過程曲線6.2實驗結(jié)果分析 控制器的輸出范圍應(yīng)符合設(shè)計要求-5V+5V圖2 控制器的輸出未加干擾整定后的PID調(diào)節(jié)效果圖整定參數(shù)：Kp=2 Ti=0.8 Td=0.18 T=0.005圖3 PID調(diào)節(jié)輸出圖 加入隨機干擾后輸出圖4 加入隨機濾波后的輸出入 加入滑動濾波程序后的輸出圖圖5加入滑動濾波程序后的輸出圖7 小結(jié)與體會 這次計算機控制技術(shù)課程設(shè)計采取了分組模式，6-8人一組，每組課題各不相同，這樣尋求幫助的范圍小了很多，討論圈也縮小。所以相比以往的幾次全班相同的課程設(shè)計，自己感覺這次難

8、度比以前提高了很多，而從最后做的情況來看的確如此。通過這課程設(shè)計，我學到了許多在課堂上學不到的東西。不僅對課本上所學的理論知識有了更進一層的了解，并且增加了實際動手操作能力。我感覺本次課程設(shè)計與以往最大的不同之處就是學生思考和實踐的獨立性更強，老師只提供一些指導和建議通過這一次的課程設(shè)計，我對計算機控制的相關(guān)知識有了深刻的認識、同時加深了對SIMULINK仿真及編程調(diào)試等知識的了解和掌握，同時通過實踐，對以上內(nèi)容有了更深刻的認識，有效地將書本知識和實際情況聯(lián)系起來。雖然課程設(shè)計的過程中遇到很多困難，但也收獲了很多。因為很多細節(jié)地方不懂，那么就得上網(wǎng)查資料，以及分析學習自己需要的，這間接鍛煉了個

9、人的查閱整理以及歸納能力。而且在這個過程中學習鞏固了許多計算機控制的相關(guān)知識，使得自己對于理論與實踐的統(tǒng)一有了新的認識。當然這個過程是一個團隊來完成的，大家在做的過程中分工合作，我?guī)ь^盡力去理解去查閱信息，讓后把我們的課程設(shè)計分為幾個板塊，大家各負責一個板塊，這樣最后發(fā)現(xiàn)效率提高了不少。當然協(xié)調(diào)很重要，我深深體會到了這一點，團隊合作協(xié)調(diào)統(tǒng)一很重要，但是更重要的是人心，一個人如果心態(tài)消極怠慢，那么效率自然就會低很多，并且會給整個團隊帶來很多負面影響。這是我這次體會到的關(guān)于團隊合作的一些心得。本次課程設(shè)計用到了專業(yè)軟件MATLAB的SIMULINK模塊，在用的過程中深深感到了自己許多方面的不足，比

10、如熟悉程度，一些指令自己完全不知道是什么。而且讓我感到無奈的是MATLAB軟件的所有指令是英文，在實際應(yīng)用到英語時候才發(fā)現(xiàn)，真是書到用時方恨少。這次的合作讓我想到了許多，現(xiàn)代社會很多工作需要合作，因為你一個人根本勝任不了，而合作時難免會出現(xiàn)矛盾，這些矛盾是組織管理者必須重視的吧。所以以自己的觀點來看，每個人都可以學學心理學。很多時候你覺得你出力最多，而其他人覺得自己出力也多，而實際上團隊的合作少了任何一環(huán)節(jié)都是不行的。所以我是真的體會到為什么許多大公司團隊大力宣傳奉獻精神，當然自我觀點認為這是在強調(diào)人文素養(yǎng)吧。雖然最后經(jīng)歷了幾番波折，實驗終于完成，實驗數(shù)據(jù)也在老師的指導下進行了驗證，并確保了實驗的正確性。但是實驗內(nèi)容縱然結(jié)束了，但是課程設(shè)計還遠沒有完成，因為還要寫課程設(shè)計報告，這個過程讓我體會了到了合作的重要性，因為查找資料相當?shù)馁M時間，還得整理篩選各個數(shù)據(jù)，而且還得加上分析總結(jié)，這并不是之前想的那樣簡單的復制粘貼，有些事看起來容易，可當自己親自去做的時候你才回真正體會到難易。這次課程設(shè)計的結(jié)論得出過程、查閱資料、分析結(jié)果等就讓我深深體會到了這一點。最后我總結(jié)了許多，首先感謝老師的指導，其次這次課程設(shè)計我收獲了很多，盡管只有短短幾天，但是這幾天的時間里讓我對知識的學習，團隊的合作，自我的認知有了更進一步的體會。參 考 文 獻1 于海生主編，微型計算