计算机控制技术课程设计 数字PID控制系统设计

计算机控制技术课程设计报告---基于PID算法的模拟温度闭环控制系统课程设计报告一、控制对象：1.2.1 被控对象本次设计为软件仿真，通过PID算法控制系统在单位阶跃信号u(t)的激励下产生的零状态响应。

传递函数表达式为：(z)0.383(1?0.386??1)(1?0.586??1)?(?)== 1.2.2 设计要求要求系统能够快速响应，并且可以迅速达到期望的输出值。

本次设计选用PID控制算法，PID控制器由比例控制单元P、积分控制单元I和微分控制单元D组成。

其输入e t 与输出u(t)的关系为1??? ? u t =?? e t + ? ? ?? +?? +?0 ?0式中，??为比例系数；??为积分时间常数；??为微分时间常数。

二、控制要求分析：设定目标温度，使温度呈单位阶跃形式在目标温度处趋于震荡稳定。

使系统能够在任意设定的目标温度下，从现有温度达到目标温度，并趋于稳定状态。

三、可行性分析:参考国内外的技术资料，可以通过计算机仿真技术实现该模拟温度闭环控制系统；利用C语言实现基于PID算法的模拟温度闭环控制系统。

四、总体设计：4.1控制系统组成控制系统框图如图1所示。

图1 控制系统框图4.2工作原理：在图1 所示系统中，D(z)为该系统的被控对象，零状态下，输入为单位阶跃信号R的输出u t 反馈给输入。

在参数给定值R的情况下，给定值R与反馈值比较得到偏差e t =R?u t ，经过PID 调节器运算产生相应的控制量，PID 调节器的输出作为被控对象的输入信号，是输入的数值稳定在给定值R。

4.3模拟PID控制算法原理：在模拟系统中PID算法的表达式为：式中，P(t)为调节器输出信号，e(t)为调节器偏差信号，它等于测量值与给定值之差；Kp为调节器的比例系数，1/T1为调节器的积分时间， Td为调节器的微分时间。

在计算机控制系统中，必须对上式进行离散化使其成为数字式的差分方程。

将积分式和微分项近似用求和及增量式表示。

《计算机控制技术》课程设计--数字pid控制器华北水利水电大学路亚斌,201009532《计算机控制技术》课程设计姓名: 路亚斌学号: 201009532指导老师: 徐俊红王亭岭时间:2013年12月23日——2014年1 月3日《计算机控制技术》课程设计华北水利水电大学路亚斌,201009532目录第一章《计算机课程设计》任务书................................................................ 错误～未定义书签。

1.1 题目二:数字PID控制器设计 ............................................................... 错误～未定义书签。

1.1.1设计位置式PID控制器和增量式PID控制器 ............................. 错误～未定义书签。

1.1.2模拟PID控制器设计 ...................................................................... 错误～未定义书签。

1.2 题目三:控制系统的状态空间设计...................................................................... . (1)1.2.1 确定状态反馈阵K ...................................................................... . (1)1.2.2 确定一个全维状态观测器L........................................................... 错误～未定义书签。

第二章位置式PID控制器设计 ..................................................................... .. 错误～未定义书签。

课程名称：计算机PID控制课程设计专业：电力电子与电力传动姓名：于泽升学号：142080804075指导教师：王克成一、摘要在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。

PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。

当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其他技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。

即当我们不完全了解一个系统和被控对象或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。

目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品也已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数的自整定功能的智能调节器，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。

有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器（PLC）还可实现PID控制的PC系统等等。

关键词：控制系统;PID控制;智能调节器目录一、摘要二、课题研究原因2.1 课题背景2.2 研究的目的与意义三、研究内容3.1 PID参数整定3.2 模型失配对PID控制器控制效果的影响3.3 非线性对PID控制器控制效果的影响3.4 扰动对PID控制器控制效果的影响四课题研究总结五参考文献二、课题研究原因2.1 课题背景目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。

同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。

智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。

自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。

一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。

控制器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上：控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。

前 言在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID 控制，又称PID 调节。

PID 控制器问世至今已有近70年历史，它 以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。

当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的 其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID 控制技术最为方便。

即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或 不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID 控制技术。

PID 控制，实际中也有PI 和PD 控制。

PID 控制器就是根据系统的误差，利用比例、 积分、微分计算出控制量进行控制的。

1、比例（P ）控制比例控制是一种最简单的控制方式。

其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。

当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error ）。

2、积分（I ）控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。

对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的 或简称有差系统（System with Steady-state Error ）。

为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。

积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。

这样，即便误差很小，积 分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。

因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳 态误差。

3、微分（D ）控制在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。

自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。

其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用， 其变化总是落后于误差的变化。

解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。

pid控制系统课程设计一、教学目标本节课的教学目标是让学生掌握PID控制系统的原理、结构和应用，具备分析和设计PID控制系统的能力。

具体目标如下：1.知识目标：–了解PID控制系统的概念、原理和组成部分；–掌握PID控制器的参数调整方法；–了解PID控制系统在实际应用中的优缺点。

2.技能目标：–能够运用PID控制原理分析和解决实际问题；–能够使用仿真软件进行PID控制系统的模拟和优化；–能够设计简单的PID控制系统并进行实际操作。

3.情感态度价值观目标：–培养学生对自动化技术的兴趣和认识，认识到PID控制系统在现代工业中的重要作用；–培养学生勇于探索、善于合作的科学精神；–培养学生关注社会、关心他人的责任感。

二、教学内容本节课的教学内容主要包括以下几个部分：1.PID控制系统的概念和原理：介绍PID控制系统的定义、作用和基本原理，让学生了解PID控制系统在工业控制中的应用。

2.PID控制器的参数调整：讲解PID控制器的参数（比例系数、积分系数、微分系数）的作用和调整方法，引导学生掌握参数调整的技巧。

3.PID控制系统的应用：分析PID控制系统在实际应用中的优缺点，让学生了解PID控制系统在不同领域的应用实例。

4.PID控制系统的仿真与实际操作：利用仿真软件，让学生亲自模拟和优化PID控制系统，提高学生运用所学知识解决实际问题的能力。

三、教学方法本节课采用多种教学方法相结合，以提高学生的学习兴趣和主动性：1.讲授法：讲解PID控制系统的原理、结构和参数调整方法，为学生提供系统的知识结构。

2.案例分析法：分析实际应用中的PID控制系统案例，让学生了解PID控制系统的应用场景和优缺点。

3.实验法：让学生利用仿真软件进行PID控制系统的模拟和优化，培养学生的实际操作能力。

4.讨论法：学生进行小组讨论，分享学习心得和体会，提高学生的沟通能力和团队协作精神。

四、教学资源本节课的教学资源包括以下几个方面：1.教材：选用国内权威的PID控制系统教材，为学生提供系统的理论知识。

《计算机控制技术》课程设计--数字pid控制器华北水利水电大学路亚斌,201009532《计算机控制技术》课程设计姓名: 路亚斌学号: 201009532指导老师: 徐俊红王亭岭时间:2013年12月23日——2014年1 月3日《计算机控制技术》课程设计华北水利水电大学路亚斌,201009532目录第一章《计算机课程设计》任务书................................................................ 错误～未定义书签。

1.1 题目二:数字PID控制器设计 ............................................................... 错误～未定义书签。

1.1.1设计位置式PID控制器和增量式PID控制器 ............................. 错误～未定义书签。

1.1.2模拟PID控制器设计 ...................................................................... 错误～未定义书签。

1.2 题目三:控制系统的状态空间设计...................................................................... . (1)1.2.1 确定状态反馈阵K ...................................................................... . (1)1.2.2 确定一个全维状态观测器L........................................................... 错误～未定义书签。

第二章位置式PID控制器设计 ..................................................................... .. 错误～未定义书签。

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：电气工程与其自动化班级：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：44(),()(0.21)(0.81)G s G s s s s s ==++ 55(),()(0.81)(0.31)(0.81)(0.21)G s G s s s s s ==++++510(),()(1)(0.81)(1)(0.41)G s G s s s s s ==++++88(),()(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。

成绩《计算机控制技术》课程设计题目：基于数字PID的电加热炉温度控制系统设计班级：自动化09-1姓名：学号:2013 年 1 月 1 日基于数字PID的电加热炉温度控制系统设计摘要：电加热炉控制系统属于一阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。

本设计采用PID算法进行温度控制，使整个闭环系统所期望的传递函数相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联来实现温度的较为精确的控制.电加热炉加热温度的改变是由上、下两组炉丝的供电功率来调节的，它们分别由两套晶闸管调功器供电.调功器的输出功率由改变过零触发器的给定电压来调节,本设计以AT89C51单片机为控制核心,输入通道使用AD590传感器检测温度，测量变送传给ADC0809进行A/D转换,输出通道驱动执行结构过零触发器，从而加热电炉丝。

本系统PID算法，将温度控制在50~350℃范围内,并能够实时显示当前温度值。

关键词：电加热炉；PID ; 功率；温度控制；1.课程设计方案1.1 系统组成中体结构电加热炉温度控制系统原理图如下，主要由温度检测电路、A/D转换电路、驱动执行电路、显示电路及按键电路等组成。

系统采用可控硅交流调压器，输出不同的电压控制电阻炉温度的大小,温度通过热电偶检测，再经过变送器变成0 - 5 V 的电压信号送入A/D 转换器使之变成数字量,此数字量通过接口送到微机,这是模拟量输入通道。

2.控制系统的建模和数字控制器设计2.1 数字PID控制算法在电子数字计算机直接数字控制系统中，PID控制器是通过计算机PID控制算法程序实现的.计算机直接数字控制系统大多数是采样—数据控制系统。

进入计算机的连续-时间信号，必须经过采样和整量化后，变成数字量,方能进入计算机的存贮器和寄存器,而在数字计算机中的计算和处理，不论是积分还是微分，只能用数值计算去逼近.在数字计算机中，PID 控制规律的实现，也必须用数值逼近的方法.当采样周期相当短时，用求和代替积分，用差商代替微商,使PID 算法离散化，将描述连续时间PID 算法的微分方程,变为描述离散—时间PID 算法的差分方程。

pid控制系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解PID控制系统的基本概念、原理及数学模型；2. 学生能掌握PID控制系统中比例（P）、积分（I）、微分（D）三个参数对系统性能的影响；3. 学生能运用控制理论知识分析PID控制系统在不同工况下的性能表现。

技能目标：1. 学生能运用PID控制算法设计简单的控制系统，并进行参数调试；2. 学生能运用相关软件（如MATLAB/Simulink）对PID控制系统进行建模与仿真；3. 学生能通过小组合作，解决实际工程问题，提高团队协作和沟通能力。

情感态度价值观目标：1. 学生能认识到PID控制在工程领域的重要性和广泛应用，培养对自动化技术的兴趣和热情；2. 学生在探究PID控制系统过程中，培养严谨的科学态度和良好的工程素养；3. 学生通过小组合作，培养团队精神，学会尊重和倾听他人意见，提高沟通能力。

课程性质：本课程为自动化专业高年级选修课程，旨在帮助学生将理论知识与实际应用相结合，提高解决实际问题的能力。

学生特点：学生已具备一定的控制理论基础，具有较强的学习能力和实践操作能力。

教学要求：结合实际工程案例，采用理论教学与实践操作相结合的方式，引导学生掌握PID控制系统的设计与调试方法。

通过课程学习，使学生能够达到课程目标，为今后从事自动化领域工作打下坚实基础。

二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. PID控制系统基本原理：介绍PID控制系统的起源、发展及其在工业控制中的应用；讲解比例（P）、积分（I）、微分（D）三个环节的作用及相互关系。

2. PID控制算法：讲解PID控制算法的数学表达式，分析不同形式PID算法的特点及适用场合。

3. PID控制系统建模与仿真：结合教材内容，运用MATLAB/Simulink软件进行PID控制系统的建模与仿真，让学生直观地了解系统性能与参数之间的关系。

4. PID参数调试方法：讲解PID参数对系统性能的影响，介绍常见的参数调试方法，如经验法、临界比例度法、衰减曲线法等。

《计算机控制技术》课程设计--数字pid控制器《计算机控制技术》课程设计姓名,学号,指导老师,时间,——2014年1 月3日《计算机控制技术》课程设计目录第一章《计算机课程设计》任务书................................................................ 错误～未定义书签。

1.1 题目二:数字PID控制器设计 .............................................................. 错误～未定义书签。

1.1.1设计位置式PID控制器和增量式PID控制器 ............................ 错误～未定义书签。

1.1.2模拟PID控制器设计 .................................................................... 错误～未定义书签。

1.2 题目三:控制系统的状态空间设计 ..................................................................... (1)1.2.1 确定状态反馈阵K ...................................................................... .. (1)1.2.2 确定一个全维状态观测器L ........................................................ 错误～未定义书签。

第二章位置式PID控制器设计 ..................................................................... .. 错误～未定义书签。

2.1 位置式PID控制器算法 ..................................................................... ..... 错误～未定义书签。

计算机控制课程设计报告课程名称：计算机控制技术设计题目：PID控制算的ｍａｔｌａｂ仿真研究专业：自动化班级：学号：学生姓名：——————以下由指导教师填写——————分项成绩：出勤成品答辩及考核总成绩：总分成绩指导教师（签名）：PID控制算法的MATLAB仿真研究一、课程设计目的和要求 1.目的1)通过本课程设计进一步巩固PID 算法基本理论以及数字控制器实现的认识和掌握，归纳和总结PID 控制算法在实际运用中的一些特性；2) 熟悉MATLAB 语言及其在控制系统设计中的应用，提高学生对控制系统程序设计的能力。

2.要求通过查阅资料，了解PID 算法研究现状和研究领域，充分理解设计内容，对PID 算法的基本原理与运用进行归纳和总结，并独立完成设计实验和总结报告。

二、课程设计的基本内容及步骤 1. 任务的提出在本课设计中采用带纯滞后的一阶惯性环节作为系统的被控对象模型，传递函数为()1d sf Ke G s T sτ-=+，其中各参数分别为：30K =， 630f T =，60d τ=。

本次课程设计使用PID 控制算法，PID 控制是将偏差的比例（Proportional ）、积分（Integral ）和微分（Differential ）三者通过线性组合构成控制量。

PID 控制是应用最广泛的一种控制规律。

在实际应用中，PID 调节器的实现分模拟和数字两种方法。

模拟法就是利用硬件电路实现PID 调节规律。

数字法就是对经典的模拟PID 进行了数字模拟，用数字调节器来代替模拟调节器。

在采样周期较小时，数字模拟PID 控制算法是一种较理想的控制算法。

数字PID 控制在智能检测与控制系统中是一种普遍采用的控制方法。

PID 控制器是一种线性控制器，其控制算法的模拟表达式是：⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=⎰dt t de T dt t e Ti t e K t u DP )()(1)()( （1） 式中：U(t)——调节器的输出信号； e(t) ——调节器的偏差信号； KP ——调节器的比例系数；Ti ——调节器的积分时间； TD ——调节器的微分时间；在计算机控制系统中，使用的是数字PID 控制器，数字PID 控制算法通常又分为位置式PID 控制算法和增量式PID 控制算法。

目录1总体方案设计1 1.1设计要求 4 1.2方案设计5 2数字控制器设计 6 3硬件设计与实现12 3.1微型计算机选择12 3.2温度采集模块17 3.3 LCD显示模块19 3.4键盘设定模块20 3.5控制电路模块213.6电源模块234 软件设计254.1主程序流程图25 4.3 DS18B20初始化流程图274.4 PID控制算法流程图275 结论29 参考文献30摘要温度是流程工业中极为常见的热工参数，对它的控制也是过程控制的一个重点。

由于加热过程、加热装置特殊结构等具体原因，使得过程对象经常具有大时滞、非线性、难以建立精确数学模型等特点，利用传统的PID控制策略对其进行控制，难以取得理想的控制效果，而应用数字PID控制算法能得到较好的控制效果。

本文主要阐述了一种改进型的加热炉对象及其工艺流程，采用了单片机控制装置设计了控制系统，使加热炉的恒温及点火实现了自动控制，从而使加热炉实现了全自动化的控制。

此种加热炉可广泛应用于铝厂、钢厂等金属冶炼、金属加工行业以及化工行业。

此设计以工业中的电加热炉为原型，以实验室中的电加热炉为实际的被控对象，采用PID控制算法对其温度进行控制。

提出了一种适合电加热炉对象特点的控制算法，并以微控制器AT89C51为核心，组成电加热炉自适应控制系统，其控制精度，可靠性，稳定性指标均远高于常规仪表组成的系统。

关键字：AT89C51微处理器；数字PID；自适应控制系统；可靠性AbstractTemperature is a very common process industry thermal parameters, process control its control is also a focus. Because of the specific reasons for the heating process, the special structure of the heating device, making the process objects often have large delay, nonlinear, difficult to establish accurate mathematical model, etc., using traditional PID control strategy to control it, it is difficult to achieve the desired control effect, The application of digital PID control algorithm can get better control effect.This paper describes an improved furnace objects and processes, using a single-chip controller designed control system that allows the furnace to achieve a thermostat and automatic ignition control, allowing the furnace to achieve a fully automated control. Such furnaces can be widely used in aluminum, steel and other metal smelting, metal processing industry and chemical industry.This design industry as a prototype electric furnace, electric furnace in the laboratory to the actual controlled object, using PID control algorithm to control the temperature. Propose a suitable electric furnace object characteristics control algorithms and AT89C51 microcontroller as the core, consisting of electric furnace adaptive control system, the control precision, reliability, stability indicators are much higher than conventional instruments consisting of systems.Keywords:AT89C51 microprocessor; digital PID; adaptive control systems; reliability1总体方案设计温度控制是工业生产中经常碰到的过程控制问题之一。

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学号姓名一、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)sG s es 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;endfor k=3:stepy(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); endplot(time,r,time,y)仿真图如下示：y(k)u(k)e(k) 2、单位速度输入方法同单位阶跃输入仿真图：y(k)u(k)e(k) 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=0.9539;Ki=0.0016;Kd=0.3689;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)=k;time(k)=k*Ts;endfor k=3:stepy(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); endplot(time,r,time,y)三、最少拍有纹波控制算法广义传递函数：12()(2)Tsse G s e s s s ---=+ Z 变换：112110.184(10.717)()(1)(10.368)z z G z z z z -----+=--1、单位阶跃输入d=2 u=0 v=1 j=1 q=1 m=u+d=2 n=v-j+q=11121112()(1)(1)e z z f z f z ϕ---=-++123111211121(1)()f z f f z f z---=+-+--2121()z z f zϕ--=对比可得：f 11=1 f 12=1 f 21=1 故控制器的脉冲传递函数D （z ）为：111211()0.184(10.717)(1)(1)(10.368)z D z z z z z z ------=+++--32320.3680.1840.3160.3160.132z z z z z -=+++仿真图如下图示。

计算机控制技术课程设计计算机控制技术课程设计一、引言随着科技的不断发展和进步，计算机控制技术在工业、交通、能源等领域的应用越来越广泛。

为了更好地理解和应用计算机控制技术，我们需要进行课程设计。

本文将围绕计算机控制技术课程设计的目的、任务和要求，以及设计方法和步骤进行详细阐述。

二、计算机控制技术计算机控制技术是利用计算机对工业过程进行自动控制的一种技术。

它以计算机为控制中心，通过数据输入、处理和控制输出，实现对工业过程的自动化控制。

计算机控制技术的主要内容包括控制系统设计、程序设计、数字信号处理等。

控制系统设计是计算机控制技术的核心，需要根据控制系统的要求，选择合适的硬件和软件，设计出高效、稳定的控制系统。

三、课程设计的目的和任务课程设计的目的在于通过实践，加深学生对计算机控制技术的理解和掌握，提高学生的编程能力、系统设计和调试能力。

课程设计的任务包括：1、设计并实现一个计算机控制系统，能够实现数据的采集、处理和控制输出；2、编写控制系统的程序，实现系统的自动化控制；3、对控制系统进行调试和测试，确保系统的稳定性和可靠性。

四、课程设计的要求课程设计的要求包括：1、设计出的控制系统应具有高效性、稳定性和可靠性；2、程序应具有良好的可读性和可维护性；3、测试数据应具有完整性和准确性。

五、设计方法及步骤课程设计的具体方法和步骤如下：1、确定控制系统的需求和分析；2、选择合适的硬件和软件，设计出控制系统的总体结构；3、编写控制系统的程序，实现数据输入、处理和控制输出；4、对控制系统进行调试和测试，确保系统的稳定性和可靠性。

六、总结通过本次课程设计，我们深入了解了计算机控制技术的核心内容和实现过程，掌握了控制系统设计、程序设计和数字信号处理等关键技术。

我们也发现了课程设计中存在的一些问题和不足之处，需要我们在后续的学习和实践中不断改进和完善。

希望通过本次课程设计，能够为我们在计算机控制技术领域的学习和实践打下坚实的基础。

pid课程设计一、课程目标知识目标：通过本课程的学习，使学生掌握PID控制原理的基本知识，理解比例、积分、微分三个参数对控制系统稳定性的影响，能够运用PID控制算法解决简单的控制问题。

技能目标：培养学生运用数学工具分析控制系统的能力，掌握PID参数调整的基本方法，提高学生解决实际工程问题的能力。

情感态度价值观目标：激发学生对自动化技术的兴趣，培养学生的团队合作意识，提高学生面对复杂问题时的自信心和解决问题的决心。

针对八年级学生的特点，课程设计将注重理论与实践相结合，以培养学生动手能力和实际问题解决能力为主。

在教学过程中，注重启发式教学，引导学生主动探究，提高学生的自主学习能力。

课程目标分解：1. 知识目标：- 掌握PID控制原理；- 理解比例、积分、微分参数对控制系统稳定性的影响；- 能够运用PID控制算法解决简单的控制问题。

2. 技能目标：- 能够运用数学工具分析控制系统；- 掌握PID参数调整的基本方法；- 能够将PID控制算法应用于实际工程问题。

3. 情感态度价值观目标：- 增强学生对自动化技术的兴趣；- 培养学生团队合作意识；- 提高学生面对复杂问题时的自信心和解决问题的决心。

二、教学内容本章节教学内容依据课程目标，结合教材第二章“自动控制原理”相关内容，组织以下教学安排：1. PID控制原理：- 比例控制原理及其作用；- 积分控制原理及其作用；- 微分控制原理及其作用；- PID控制算法的组成及工作原理。

2. PID控制参数对系统性能的影响：- 比例参数对系统稳定性和快速性的影响；- 积分参数对系统稳定性和消除静态误差的作用；- 微分参数对系统稳定性和抑制超调的作用；- PID参数调整的一般方法。

3. 实际控制系统中的应用：- 简单控制系统的PID控制案例分析；- PID控制参数调整的实际操作；- PID控制在工程中的典型应用。

教学进度安排：第一课时：PID控制原理及其作用；第二课时：PID控制参数对系统性能的影响；第三课时：PID控制在实际控制系统中的应用及案例分析；第四课时：PID控制参数调整的实际操作。

数字PID控制系统设计I(一)数字PID控制系统设计I数字PID控制系统是一种闭环控制系统，根据反馈信号控制输出信号，以使被控对象的状态达到期望值。

本文将探讨数字PID控制系统的设计。

1. 确定系统动态特性要设计一个优秀的数字PID控制系统，首先需要了解被控对象的动态特性。

这些特性可以通过实验或模拟获得。

在获得这些数据之后，我们可以确定被控对象的传递函数，并使用MATLAB等工具进行分析和设计。

2. 确定控制框架控制框架决定数字PID控制系统中PID控制器的配置方式。

常见的控制框架有并行控制、串联控制和嵌套控制等。

- 并行控制是指PID控制器的三个参数分别作用于误差、误差之积和误差变化值（即Kp、Ki、Kd）。

它们的输出信号相加后，作为控制器的输出。

- 串联控制是指一个PID控制器的输出作为另一个PID控制器的输入。

其中，外层PID控制器通常用于控制被控对象的位置，而内层PID控制器用于控制被控对象的速度或加速度。

- 嵌套控制是指用一个PID控制器控制一个相似或小规模的被控对象，该被控对象是另一个PID控制器的输入，该控制器控制着整个系统。

这样，就可以分层控制对象，使整个系统更加稳定和可靠。

3. 设计控制器当确定了控制框架后，需要确定PID控制器的参数。

对于一个数字PID 控制器，Kp、Ki和Kd参数应根据被控对象的特性逐渐调整和优化。

- Kp参数代表比例放大系数，它根据误差量进行比例放大。

较大的Kp值会增加控制器的响应速度，但可能出现过调，引起振荡。

- Ki参数代表积分放大系数，它根据误差的历史值进行比例放大。

Ki 较大的值能够抑制系统的静态误差，但如果设置得过大，可能会使系统失去稳定性。

- Kd参数代表微分放大系数，它对误差的变化率进行比例放大。

调节Kd参数可以提高系统的稳定性，但太大的Kd值可能会增加系统噪声。

4. 模拟和实现控制系统在设计好数字PID控制器后，需要对数字PID控制系统进行仿真和实现。

数字PID控制系统设计I(1)数字PID控制系统设计I数字PID控制系统是一种广泛应用于工业控制领域的技术。

它可以通过控制程序实现电子控制系统，最终实现对各种工业过程的控制。

下面将详细介绍数字PID控制系统设计的相关内容。

一、数字PID控制系统基本原理PID控制是一个常见且重要的控制理论，由比例(proportional)、积分(integral)和微分(derivative)三个部分组成，可以更准确、快速地控制过程。

简单来说，PID控制目的是通过对控制器与受控对象之间的关系进行调整，使得受控对象能够实现目标状态，PID控制系统设计的基本原理是根据当前误差进行调整，而误差则取决于设定值和实际值之间的差距。

当现有的误差被反馈到控制器时，控制器会自动调整输出信号，从而使得受控对象的状态发生相应变化。

二、数字PID控制系统的实现方法数字PID控制系统的实现方法如下：1.确定控制对象与控制范围。

2.确定PID参数，如比例增益Kp、积分时间T1和微分时间T2。

3.对测量数据进行输入，进行跟踪和追踪。

4.分析反馈数据，对数据进行分析，找出问题并对问题进行修复。

5.根据分析结果，进行控制系统的调整，从而使得控制对象状态得到优化。

三、数字PID控制系统的优缺点数字PID控制系统的优点如下：1.具有快速响应特征，能够快速调整控制器信号。

2.控制精度高，能够准确地控制控制对象。

3.安装方便，可以通过电脑等电子设备进行安装。

数字PID控制系统的缺点如下：1.计算量很大，需要进行繁复的计算才能实现。

2.对传感器非常敏感，传感器的问题有时会导致系统失控。

3.对负载稳定特性要求较高，如果负载变化较大，可能会影响系统稳定性。

四、数字PID控制系统设计的应用数字PID控制系统广泛应用于生产线控制、温度调节、湿度调节、压力控制、流量控制等各个领域。

它可以精确控制各种工业过程，实现高效、精准地生产。

在未来，数字PID控制系统将应用于更广泛的应用领域。

《计算机控制系统A》课程设计任务书一、目的与要求1、通过本课程设计教学环节，使学生加深对所学课程内容的理解和掌握；2、结合工程问题，培养提高学生查阅文献、相关资料以及组织素材的能力；3、培养锻炼学生结合工程问题独立分析思考和解决问题的能力；4、要求学生能够运用所学课程的基本理论和设计方法，根据工程问题和实际应用方案的要求，进行方案的总体设计和分析评估；5、报告原则上要求依据相应工程技术规范进行设计、制图、分析和撰写等。

二、主要内容1、数字控制算法分析设计；2、现代控制理论算法分析设计；3、模糊控制理论算法分析设计；4、过程数字控制系统方案分析设计；5、微机硬件应用接口电路设计；6、微机应用装置硬件电路、软件方案设计；7、数字控制系统I/O通道方案设计与实现；8、PLC应用控制方案分析与设计；9、数据通信接口电路硬件方案设计与性能分析；10、现场总线控制技术应用方案设计；11、数控系统中模拟量过程参数的检测与数字处理方法；12、基于嵌入式处理器技术的应用方案设计；13、计算机控制系统抗干扰技术与安全可靠性措施分析设计；14、计算机控制系统差错控制技术分析设计；15、计算机控制系统容错技术分析设计；16、工程过程建模方法分析；三、进度计划序号设计内容完成时间备注1 选择课程设计题目，查阅相关文献资料7月13日2 文献资料的学习，根据所选题目进行方案设计7月14日3 讨论设计内容，修改设计方案7月15日4 撰写课程设计报告7月16日5 课程设计答辩7月17日四、设计成果要求1、针对所选题目的国内外应用发展概述；2、课程设计正文内容包括设计方案、硬件电路和软件流程，以及综述、分析等；3、课程设计总结或结论以及参考文献；4、要求设计报告规范完整。

五、考核方式通过系统设计方案、总结报告、图文质量和学习与设计态度综合考评，并结合学生的动手能力，独立分析解决问题的能力和创新精神等。

《计算机控制系统课程设计》成绩评定依据如下：1、撰写的课程设计报告；2、独立工作能力及设计过程的表现；3、答辩时回答问题的情况。

计算机控制技术实验报告题目：数字PID仿真姓名：学号：班级：2014年05月18日一、仿真设计的目的 (3)二、主要任务及仿真要求 (3)三、整定方法 (4)四、数字PID控制器 (4)五、仿真框图及增量式算法的流程图 (7)六、各个模型的输出曲线的软件界面显示 (8)模型一：（T=1s） (8)模型一：（T=2s） (8)模型二：（T=1s） (9)模型三：（T=1s） (9)七、各个模型仿真的前40步数据 (10)八、实验结果评价 (11)九、实验体会 (11)十、附录一： (12)%% digital PID controller 模型一 (12)%% digital PID controller 模型二 (12)%% digital PID controller 模型三 (13)附录二：使用MATLAB编制的软件 (13)模型一： (13)模型二： (17)模型三： (21)一、仿真设计的目的PID 控制器具有结构简单、容易实现、控制效果好、鲁棒性强等特点，是迄今为止最稳定的控制方法之一。

它所涉及的参数物理意义明确，理论分析体系完整，并为工程界所熟悉，因而在工业过程控制中得到了广泛应用，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性系统。

然而实际工业生产过程中，许多被控过程机理复杂，具有高度非线性、时变不确定性和纯滞后等特点。

在噪声、负载扰动等因素的影响下，过程参数甚至模型结构均会随时间和工作环境的变化而变化。

常规PID 控制器参数往往整定不良、性能欠佳，对运行工况的适应性很差。

这就要求在PID 控制中，不仅PID 参数的整定不依赖于对象数学模型，并且PID 参数能够在线调整，以满足实时控制的要求。

从实际需要出发，对数字PID 控制算法进行仿真研究，得到一种好的数字PID 控制算法，不仅可以减少操作人员的负担，还可以使系统处于最佳运行状态。

因此，对数字PID 控制器的仿真及研究具有重要的实际意义。