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微型计算机控制技术课程设计----电阻加热炉温度控制学院：专业班级：姓名：学号：指导教师：目录一、摘要 (2)二、总体方案设计 (2)设计任务1、设计内容及要求 (2)2、工艺要求 (2)3、要求实现的系统基本功能 (3)4、对象分析 (3)5、系统功能设计 (3)三、硬件的设计和实现 (4)四、数字控制器的设计 (7)五、软件设计 (9)1、系统程序流程图 (9)2、程序清单 (11)六、完整的系统电路图 (21)七、系统调试 (21)八、设计总结 (21)九、参考文献 (22)一、摘要温度是工业对象中主要的被控参数之一。
特别是在冶金、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。
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。
二、总体方案设计设计任务用一台计算机及相应的部件组成电阻炉炉温的自动控制系统，并使系统达到工艺要求的性能指标。
1、设计内容及要求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，使其在预定的时间内将炉内温度稳定到给定的温度值。
在本控制对象电阻加热炉功率为8KW，有220V交流电源供电，采用双向可控硅进行控制。
系统模型：2、工艺要求按照规定的曲线进行升温和降温，温度控制范围为50—350℃，升温和降温阶段的温度控制精度为+5℃，保温阶段温度控制精度为+2℃。
3、要求实现的系统基本功能微机自动调节：正常工况下，系统投入自动。
微型计算机控制技术课程设计
一、概述
本课程设计旨在通过对微型计算机控制技术的深入学习和实践，使学生掌握计
算机控制系统设计的基本方法和技能，提高学生的实际操作能力和综合素质。
课程设计主要通过实例演示、仿真、实验等方式，引导学生逐步掌握微处理器的编程、外设接口设计、实时控制和调试等关键技术，最终完成一个综合性的计算机控制系统的设计和实现。
二、课程目标和要求
1. 课程目标
通过本课程的学习和实践，使学生能够掌握以下核心知识和技能：
•了解微型计算机控制技术的基本概念和原理；
•掌握基于微处理器的软硬件系统设计，包括编程、外设选型、接口设计等；
•熟悉实时控制和调试的方法和技巧，进一步提高系统的性能和稳定性；
•通过实际项目设计和实现，培养学生的独立思考、创新能力，提高学生的实际操作技能和综合素质。
2. 课程要求
•学生需要具备一定的计算机基础知识和编程基础；
•学生需主动参与课堂学习和实验操作，积极完成相关实验报告和课程设计任务；
•学生需熟练使用计算机软硬件工具和测量仪器，实现系统的设计、调试和测试；
1。
微型计算机控制技术课程设计姓名：任文华班级：1220391学号：122039128日期：2014-12-22实训一流水灯的设计一、实训目的1．通过实验，熟悉并掌握试验系统原理与使用方法。
2. 掌握单片机的基本使用方法与编程方法。
3. 掌握C语言编程基本思想。
4. 学会基础的编程控制。
二、实训内容1. 使用仿真软件设计流水灯控制电路。
2. 使用Keil编写程序实现流水灯的控制。
3. 运行并调试程序。
三、实训原理本流水灯是一个带有八个发光二极管的单片机最小应用系统，即为AT89C51单片机、电阻、发光二极管、电源等电路和必要的软件组成的单片机。
如果要让接在P1.0口的LED1（共阴极接法）亮起来，那么只要把P1.0的电平变为高电平就可以了；相反，如果要接在P1.0口的LED1熄灭，就要把P1.0口的电平变为低电平；同理，接在P1.1～P1.7口的其他7个LED的点亮和熄灭方法同LED1。
因此，要实现流水灯功能，我们只要将发光二极管LED1～LED8依次点亮、熄灭，8只LED灯便会一亮一暗的做流水灯了。
在此我们还应注意一点，由于人眼的视觉暂留效应以及单片机执行每条指令的时间很短，我们在控制二极管灯亮灭的时候应该延时一段时间，否则我们就看不到“流水”效果了。
四、实训过程1. 电路设计如下图：2.编写程序#include<reg51.h>void delay(){int i, j;for(i=0;i<100;i++)for(j=0;j<200;j++);}void main(){while(1){P1=0X01;delay();P1=0X02;delay();P1=0X04;delay();P1=0X08;delay();P1=0X10;delay();P1=0X20;delay();P1=0X40;delay();P1=0X80;delay();}}3.运行过程如下图：实训二 8*8点阵显示屏的设计一、实训目的1．通过实验，熟悉并掌握试验系统原理与使用方法。
目录一、步进电机控制系统的设计1、设计目的2、实验仪器3、步进电机的基本工作原理4、步进电机控制的设计内容系统硬件设计系统软件设计5、结束语二、炉温控制系统的设计1、设计目的2、设计要求3、设计原理4、设计过程系统硬件设计系统软件设计5、结束语三、直流电机调速系统的设计1、设计目的2、设计要求3、设计过程系统硬件设计系统软件设计四、设计总结及心得体会一、步进电机的控制系统设计一、设计目的1．了解步进电机的工作原理。
2．掌握步进电机的驱动及编程方法。
二、实验仪器1．EL-CAT-III型计算机控制系统实验箱一台2．PC计算机一台3．步进电机控制实验对象一台三、步进电机的基本工作原理：步进电机的工作就是步进转动。
在一般的步进电机工作中，其电源是采用单极性的直流电源。
要使步进电机转动，就必须对步进电机的各相绕组以适当的时序进行通电。
当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（成为“步距角”），它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。
因此，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。
本实验步进电机的工作方式为两相四拍式，其电机的通电顺序如下图所示：四、步进电机控制实验内容：1、硬件设计（1）、实验框图2、软件仿真步进电机采用的是开环控制。
在实验仿真开始时，先设置起点坐标和重点坐标，再将实际的转盘指针调到与软件上的指针起始值相同。
然后开始运行，看软件仿真指针所转角度是否与实际相同。
正转：起时角为0，终止角为100反转：起始角100，终止角50五、结束语：通过本次的实验了解了步进电机的工作原理和它的工作方式，以及如何用计算机来控制步进电机的转动。
根据实验所得出的结果是：实际步进电机的指针旋转角度与在软件仿真中指针的旋转角度是相同的。
所以通过计算机对步进电机的控制可以达到很高的精度。
二、电阻炉温控制系统的设计一、设计目的(1)、了解温度控制系统的特点。
(2)、研究采样周期T对系统特性的影响。
微型计算机控制技术课设学⽣实验报告实验课名称：微型计算机控制技术实验项⽬名称：多路数据采集系统设计专业：电⽓⼯程及其⾃动化学号：姓名:⽬录⼀、实验⽬的⼆、实验原理1、TLC2543的基本原理2、SPI总线3、数字滤波三、硬件电路设计及proteus仿真四、程序设计⼀、实验⽬的1、掌握串⾏总线的使⽤⽅法。
2、学会利⽤串⾏总线实现单⽚机与外设之间的数据传送与接收。
3、掌握数字滤波的使⽤，并有⼀个深刻的认识。
4、将总线接⼝技术、数字滤波、⼈机交互接⼝技术、模拟量输⼊输出通道技术综合设计，多微机系统有⼀个⼤概的认识。
⼆、实验原理该多路数据采集系统是基于89C52和TLC2543⽽设计的，含有数字滤波（此处采⽤平均值滤波的数字滤波⽅式）的功能，⽤⼀⽚TLC2543实现5路模拟量的巡回检测，并通过液晶显⽰器12864显⽰最终处理之后经标度变换的数据采集量。
1、TCL2543的基本原理⼀）引⾔TLC2543是TI公司的12位串⾏模数转换器，使⽤开关电容逐次逼近技术完成A/D 转换过程。
由于是串⾏输⼊结构，能够节省51系列单⽚机I/O资源；且价格适中，分辨率较⾼，因此在仪器仪表中有较为⼴泛的应⽤。
⼆) TLC2543的特点（1）12位分辩率A/D转换器；（2）在⼯作温度范围内10µs转换时间；（3）11个模拟输⼊通道；（4）3路内置⾃测试⽅式；（5）采样率为66kbps；（6）（6）线性误差±1LSBmax；（7）（7）有转换结束输出EOC；（8）（8）具有单、双极性输出；（9）（9）可编程的MSB或LSB前导；（10）（10）可编程输出数据长度。
三）TLC2543的引脚排列及说明TLC2543有两种封装形式：DB、DW或N封装以及FN封装，这两种封装的引脚排列如图1，引脚说明见表1。
图1 TLC2543的封装表1 TLC2543引脚说明2、SPI总线MOTOROLA公司的SPI总线的基本信号线为3根传输线，即SI、SO、SCK。
精品课程《微型计算机控制技术》电子教案PPT课件（全）第一章：微型计算机控制技术概述1.1 课程介绍了解《微型计算机控制技术》的课程目标和意义。
掌握课程的主要内容和教学方法。
1.2 微型计算机控制技术基本概念解释微型计算机控制技术的定义。
探讨微型计算机控制技术的发展历程和应用领域。
1.3 微型计算机控制系统组成分析微型计算机控制系统的硬件和软件组成。
了解输入/输出设备、控制器、执行器等主要组成部分的功能。
1.4 微型计算机控制技术的关键技术探讨微型计算机控制技术中的关键技术和算法。
了解数字信号处理、模拟/数字转换、PID控制等核心技术。
第二章：微型计算机控制系统的硬件设计2.1 控制器硬件设计基础分析控制器硬件设计的基本要求和原则。
掌握控制器硬件设计的步骤和注意事项。
2.2 控制器硬件选型了解常用控制器硬件的选择标准。
掌握控制器硬件选型的方法和依据。
2.3 控制器硬件电路设计实例分析具体的控制器硬件电路设计实例。
学习如何设计控制器硬件电路，并进行仿真和测试。
2.4 控制器硬件调试与优化探讨控制器硬件调试和优化的方法和技巧。
学习如何解决控制器硬件设计和实施过程中出现的问题。
第三章：微型计算机控制系统的软件设计3.1 控制器软件设计基础分析控制器软件设计的基本要求和原则。
掌握控制器软件设计的步骤和注意事项。
3.2 控制器软件选型了解常用控制器软件的选择标准。
掌握控制器软件选型的方法和依据。
3.3 控制器软件编程语言介绍常用的控制器软件编程语言。
学习如何选择合适的编程语言进行控制器软件开发。
3.4 控制器软件开发实例分析具体的控制器软件开发实例。
学习如何进行控制器软件开发，并进行调试和优化。
第四章：PID控制算法及其实现4.1 PID控制算法概述解释PID控制算法的定义和原理。
探讨PID控制算法的优点和局限性。
4.2 PID控制算法的数学模型分析PID控制算法的数学模型。
学习如何建立和求解PID控制算法的数学模型。
计算机控制技术课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解和掌握计算机控制技术的基本原理和应用方法。
通过本课程的学习，学生将能够：1.知识目标：理解计算机控制技术的基本概念、原理和特点；熟悉计算机控制系统的组成和分类；掌握常见的计算机控制算法和应用。
2.技能目标：能够运用计算机控制技术解决实际问题；具备分析和设计简单计算机控制系统的的能力。
3.情感态度价值观目标：培养学生对计算机控制技术的兴趣和好奇心，提高学生运用科学技术解决实际问题的意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.计算机控制技术概述：计算机控制技术的起源、发展及其在各个领域的应用。
2.计算机控制系统的基本原理：模拟计算机控制系统、数字计算机控制系统、混合计算机控制系统。
3.计算机控制系统的组成：控制器、执行器、传感器、反馈元件等。
4.计算机控制算法：PID控制算法、模糊控制算法、神经网络控制算法等。
5.计算机控制技术的应用：工业自动化、交通运输、楼宇自动化等。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行教学：1.讲授法：通过讲解计算机控制技术的基本概念、原理和特点，使学生掌握相关知识。
2.案例分析法：分析实际案例，使学生更好地理解计算机控制技术的应用。
3.实验法：让学生动手进行实验，培养学生的实际操作能力和解决问题的能力。
4.讨论法：学生进行课堂讨论，激发学生的思考，提高学生的表达能力。
四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用国内权威出版社出版的计算机控制技术教材。
2.参考书：提供相关的计算机控制技术参考书籍，供学生自主学习。
3.多媒体资料：制作课件、教学视频等，丰富教学手段，提高教学效果。
4.实验设备：准备计算机控制系统实验装置，让学生能够实际操作，加深对知识的理解。
五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，本课程将采用以下评估方式：1.平时表现：通过课堂参与、提问、讨论等方式，评估学生的学习态度和积极性。
微型计算机控制技术课程设计设计题目：步进电机控制系统班级：电升本1103姓名：何世宁学号：29小型步进电机控制系统一、课程设计目的课程设计是本科教学全过程中的重要环节。
《微机应用系统设计与综合实验（实践）》课程设计主要培养我们自动化专业学生，运用所学知识解决计算机应用领域内实际问题能力，进一步提高学生运用计算机编程语言综合编程能力、程序调试技能和微机系统接口综合应用及电路设计能力。
1、学习在PC系统中扩展简单的I /O接口的方法。
2、熟练掌握和运用汇编和C 语言编写程序控制8255 各口的输入输出，并正确带动数码管及步进电机；能熟练运用汇编和C 语言实现8254 的定时功能，以确保8255 输出的脉冲频率稳定。
3、熟练掌握ISA 总线配置方式下硬件实验的调试,并能独立的排除故障,以确保实验的顺利进行。
4、.巩固和加深课堂所学知识；5、学习掌握一般的软硬件的设计方法和查阅、运用资料的能力；6、通过步进电机控制系统设计与制作，深入了解与掌握步进电机的运行方式、方向、速度、启/停的控制。
二、设计的题目名称及要求设计题目：小型步进电机控制系统设计。
设计要求：（1 ）分别用C 语言和汇编语言编程完成硬件接口功能设计；（2）基于80x86微机接口硬件电路设计调试；（3 ）控制功能要求：小键盘给定分段速度，数码管显示当前步进电机启动与停止、方向、速度信息；（4）具有本地与远程（串行方式下）功能。
三、实验设备PC机一台（装有TDPIT软件）、唐都AEDK8688ET实验箱。
使用硬件：8086 PC，8255 芯片，键盘数码管，步进电机驱动电路，步进电机系统设计：键盘采用实验板提供的 4*4键盘，使用4个数码管实时显示系 统当前状态。
四、设计的思想和实施方案4.1.2步进电机的工作原理步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
在非超 载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数， 而不 受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。
《微型计算机控制技术》教案一、教学目标1. 理解微型计算机控制技术的基本概念。
2. 掌握微型计算机控制系统的组成及工作原理。
3. 学会使用微型计算机进行控制程序的编写与调试。
4. 能够分析并解决微型计算机控制技术在实际应用中遇到的问题。
二、教学内容1. 微型计算机控制技术概述微型计算机控制技术的定义微型计算机控制技术的发展历程微型计算机控制技术的应用领域2. 微型计算机控制系统组成控制器执行器传感器输入/输出设备3. 微型计算机控制原理控制算法反馈控制与开环控制PID控制4. 控制程序编写与调试编程语言选择（如C、C++、Python等）控制算法实现程序调试与优化5. 微型计算机控制技术应用案例分析温度控制系统模糊控制系统步进电机控制系统三、教学方法1. 讲授法：讲解微型计算机控制技术的基本概念、原理及应用。
2. 实践法：引导学生动手编写控制程序，并进行调试与优化。
3. 案例分析法：分析实际应用案例，帮助学生更好地理解控制技术。
四、教学资源1. 教材：《微型计算机控制技术》2. 课件：PowerPoint3. 编程环境：如Keil、MATLAB等4. 实验设备：微型计算机、控制器、执行器、传感器等五、教学评价1. 平时成绩：考察学生的出勤、课堂表现、作业完成情况。
2. 实践成绩：评估学生在实验过程中的操作技能、程序编写与调试能力。
3. 期末考试：考查学生对微型计算机控制技术的掌握程度。
六、教学安排1. 第1-2周：微型计算机控制技术概述及发展历程2. 第3-4周：微型计算机控制系统组成及工作原理3. 第5-6周：微型计算机控制原理与控制算法4. 第7-8周：控制程序编写与调试方法5. 第9-10周：微型计算机控制技术应用案例分析七、教学重点与难点1. 教学重点：微型计算机控制技术的基本概念与原理微型计算机控制系统的组成控制程序的编写与调试方法微型计算机控制技术在实际应用中的案例分析2. 教学难点：控制算法的实现与优化实验设备的使用与调试案例分析中的关键技术八、教学过程1. 课堂讲解：结合教材、课件，讲解微型计算机控制技术的基本概念、原理及应用。
微型计算机温度控制系统设计1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。
对温度准确的测量和有效的控制是一些设备优质高产、低耗和安全生产的重要指标。
当今计算机控制技术在这方面的应用，已使温度控制系统达到自动化、智能化，比过去单纯采用电子线路进行PID 调节的效果要好得多，可控性方面也有了很大提高[1]。
1.1设计要求该系统为基于数字PID 的电加热炉温度控制系统。
电加热炉用于合金钢产品热力特性实验，迪娜加热炉用电炉丝提供功率，使其在在预定时间内江路内温度稳定到给定的温度值。
在本控制对象加热炉功率为8KW ，有220V 交流电源供电，采用双向可控硅进行控制。
本设计针对一个温区进行温度控制，要求控制温度范围50-350℃，保温阶段温度控制精度为±1℃。
选择合适的传感器，计算机输出信号经转换后通过双向可控硅控制器控制加热电阻两端的电压。
其对象温控数学模型为1)(+=-s K s G T e d s d τ （1.1）其中：时间常数T d =350s 秒放大系数K d =50滞后时间τ=10秒 控制算法选用改进的PID 控制。
1.2方案设计要想达到设计要求的内容,少不了以下几种器件：单片机、温度传感器、LCD显示屏、直流电动机等。
其中单片机用做主控制器，控制其它器件的工作和处理数据；温度传感器用来检测环境中的实时温度，并将检测值送到单片机中惊醒数值比较；LCD 显示屏用来显示温度数字值；直流电动机用来表示电加热炉的工作情况，转动表示迪娜加热炉通电加热，停止转动表示电加热炉断电停止加热。
整体思路如下：首先我们通过按键设定所需要的温度，然后利用温度传感器检测电加热炉的实时加热温度，并传送至单片机与设定值进行比较。
若检测值小于设定值，则无任何动作，电加热炉继续导通加热；若检测值大于设定值，则单片机控制光电耦合器导通，继电器动作，电加热炉断电停止加热。
一旦炉温低于设定值，单片机又控制光电耦合器断开，继电器开关分离，电加热炉开始导通加热。
这个过程中电加热炉所设定的温度值和温度传感器检测到的温度值都要在LCD 显示屏上显示出来，以便操作人员观察。
系统总体框图如图1.1所示。
图1.1系统总体框图2数字控制器设计控制系统的性能在很大程度上取决于控制算法。
随着计算机控制技术的发展，相继出现了一些新的控制算法，但PID 算法应用较广泛。
PID 控制(Proportional Integral Derivative)是控制工程中技术成熟、应用广泛的一种控制策略。
经过长期的工程实践，总结形成了一整套PID 控制方法。
由于它已形成了典型结构，且参数整定方便、结构改变灵活，在大多数工业生产过程控制中效果较为满意，因此长期以来被广泛采用，并且与新的控制技术相结合，继续发展。
随着微型计算机的广泛应用，很多原来的连续控制系统都可以用计算机控制系统代替，提高了控制系统的性能。
可以说，现代控制系统实质上是计算机控制系统。
在计算机控制系统中也常常将PID 特性数字化，实施数字PID控制。
因此，PID 控制规律是一种极为重要的控制规律。
单片机控制模块 键盘设定模块温度采集模块 信号放大电路 加热丝电源模块 LCD 显示模块控制电路模块 看门狗监控模块所谓PID 控制规律，就是一种对偏差信号)(t e 进行比例、积分和微分变换的控制规律。
PID 控制规律的数学表达式如下式所示u T K dt t de dt t e t e t u tD i p 00])()(1)([)(+++=⎰τ （2.1） 0u 为控制常量，即偏差为零时的控制变量。
下面把PID 控制分成三个环节来分别说明：A. 比例调节(P 调节)u K t e t u p 0)()(+= （2.2）式中p K 为比例系数，0u 为控制常量，即偏差为零时的控制变量。
偏差)()()(t y t r t e -=。
偏差一旦产生，比例调节立即产生控制作用，使被控制的过程变量y 向使偏差减小的方向变化。
比例调节能使偏差减小，但不能减小到零，有残存的偏差（静差）。
加大比例系数p K 可以提高系统的开环增益，减小静差，从而提高系统的控制精度。
但当p K 过大时，会使动态质量变差，导致系统不稳定。
B. 积分调节（I 调节）在积分调节中，调节器输出信号的变化速度du/dt 与偏差)(t e 成正比，即)(1t e dt du i τ=或⎰=T i dt t e t u 0)(1)(τ （2.3） 其中i τ 为积分常数，i τ越大积分作用越弱。
I 调节的特点是无差调节，与P调节的有差调节形成鲜明对比。
上式表明，只有当被调节量偏差为零时，I 调节器的输出才会保持不变。
I 调节的另一个特点是它的稳定作用比P 调节差。
采用I 调节可以提高系统的型别，有利于系统稳态性能的提高，但积分调节使系统增加了一个位于原点的开环极点，使信号产生90°的相角迟后，对系统的稳定性不利。
C. 微分调节（D 调节）在微分调节中，调节器的输出与被调节量或其偏差对于时间的导数成正比，即 dtt de t u d )()(τ= （2.4） 其中d τ 为积分常数，d τ越大微分作用越强。
由于被调节量的变化速度（包括其大小和方向）可以反映当时或稍前一些时间设定值r 与实际输出值y 之间的不平衡情况，因此调节器能够根据被调节量的变化速度来确定控制量u ，而不要等到被调节量已出现较大的偏差后才开始动作，这样等于赋予调节器以某种程度的预见性。
然而，单纯按控制微分规律动作的调节器是不能工作的。
这是因为实际的调节器都有一定的失灵区，如果偏差很小以致被调节量只以调节器不能察觉的速度缓慢变化时，调节器并不会动作。
但是经过相当长的时间以后，被调节量偏差却可以积累到相当大的数字而得不到校正。
因此微分调节只能起辅助的调节作用，它可以与其它调节动作结合成PD 和PID 调节，可以使系统增加一个-1/d τ的开环零点，使系统的相角裕度提高，因而有助于系统动态性能的改善。
可见，参数p K 、i τ、d τ的大小对系统的动态特性和稳定特性有很大的影响，比例调节参数p K 加大，提高系统的开环增益，减小系统稳态误差，p K 偏大，振荡次数加多，调节时间变长，当p K 太大时，系统不稳定。
积分调节能消除系统的稳态误差，提高控制系统的控制精度，但积分调节通常使系统稳定性下降，i τ越小积分作用越强，系统将不稳定。
i τ越大积分作用越弱，对系统稳定性能的不利影响减小，但消除静差的时间增加。
微分调节可以改善系统动态特性，参数d τ偏大、偏小时，超调量都较大，而且调节时间较长。
所以只有参数p K 、i τ、d τ合适时，系统才可以得到满意的动态特性和稳定特性。
D. 比例加微分调节(PD 调节)若调节器的输出u (t )既与偏差信号)(t e 成正比，又与偏差)(t e 的一次导数成正比，则称这种调节器为比例加微分调节器，简称PD 调节器。
采用PD 调节器的系统称为比例加微分控制系统。
PD 调节的结构图如图 2.1所示。
PD 调节的时域方程为])()([)(dtt de t e K t u d p τ+= （2.5） 式中p K 表示比例系数，d τ为微分时间常数。
p K 和d τ二者都是可调的参数。
)()1()(s E s K s U d p τ+= （2.6）由此可得作为校正装置的比例加微分调节器的传递函数为图2.1 比例微分调节 U (s) )1(S K d p τ+ G c (s) B (s) E (s) R (s) － +)1()()()(s K s E s U s G d p c τ+==（2.7） PD 调节中的微分调节部分对于)(t e 的变化非常敏感。
偏差)(t e 一有变动，u (t )值随之变化，)(t e 变化愈剧烈，则u (t )变化愈大。
若)(t e 正向变动(不断增大)，则u (t )值增大；若)(t e 负向变动(不断减小)，则u (t )值减小。
E. 比例加积分调节(PI 调节)若调节器的输出既与偏差信号成正比，又与偏差信号对时间的积分成正比，则称这种调节器为比例加积分调节器，简称PI 调节器。
采用PI 调节规律的系统称为比例加积分控制系统。
PI 调节的结构如图2.2所示。
PI 调节器的输出为⎰+=ti p dt t e t e t u K 0])(1)([)(τ （2.8） 式中：p K 表示比例系数，i τ为积分时间常数。
pK 和i τ二者都是可调的参数。
不过，通过积分时间常数i τ只能调节积分控制规律；而改变比例系数p K ，则同时对比例控制规律及积分控制规律都有影响。
PI 调节器的传递函数为 )11()()()(sK s E s U s G i p c τ+== （2.9） PI 控制不仅给系统引进了一个纯积分环节，并且还引进了一个开环零点。
纯积分环节提高了系统的无差度阶数(即系统的类型)，改善了系统的稳态性能。
但其缺点是使系统的稳定性下降，不过，由于附加的零点又能改善系统的稳定性能，所以)(s G c 的零点正好弥补了积分环节的缺点。
综上所述，PI 控制不仅改善了系统的稳态性能(即稳态误差)，而且对系统的稳定性影响不大。
在现代由于计算机进入控制领域，用数字计算机代替模拟计算机调节器组成计算机控制系统，用软件实现PID 控制算法，而且可以利用计算机的逻辑功能，使PID 控制更加灵活。
计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量。
因此，连续PID 控制算法不能直接使用，需要采用离图2.2比例积分调节 U (s) G c (s) E (s) R (s) － + )11(s K i p τ+散化方法。
在计算机PID 控制中，使用的是数字PID 控制器。
目前有位置式PID 控制算法以及增量式PID 控制算法[12]。
本系统采用了增量数字化PID 算法。
增量式控制器是指控制器每次输出的只是控制量的增量，当执行机构，例如步进电机，需要的是增量而不是位置量的绝对数值时，就可以使用增量式PID 控制器进行控制[13]。
增量)(k u ∆，当执行机构需要的是控制量的增量时，应采用增量式PID 控制。
根据递推原理可得Tk e k e k T j e k k e k k u dk j i p )2()1()()1()1(10---++-=-∑-= (2.10) 用式(4.3)减式(4.4)，可得增量式PID 控制算法Tk e k e k e k T k e k k e k e k k u d i p )2()1(2)()())1()(()(-+--++--=∆ (2.11) 式(2.11)称为增量式PID 控制算法，将其进一步可改写为)2()1()()(210-+--=∆k e a k e a k e a k u (2.12)式中，)1(0T T T T k a d i p ++=，)21(1i d p T T k a +=，id p T T k a =2 增量式控制虽然只是算法上作了一点改进，却带来了不少的优点[2]：(1) 由于计算机输出增量，所以误动作时影响小，必要时可用逻辑判断的方法去掉。
