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计算机控制技术实验报告实验一 信号的采样与保持一、实验目的1．熟悉信号的采样和保持过程。
2．学习和掌握香农(采样)定理。
3．学习用直线插值法和二次曲线插值法还原信号。
二、实验设备PC 机一台，TD-ACS 实验系统一套，i386EX 系统板一块。
三、实验原理香农（采样）定理：若对于一个具有有限频谱（max ωω<）的连续信号)(t f 进行采样，当采样频率满足max 2ωω≥s 时，则采样函数)(t f *能无失真地恢复到原来的连续信号)(t f 。
m ax ω为信号的最高频率，s ω为采样频率。
四．实验内容1．采样与保持编写程序，实现信号通过 A/D 转换器转换成数字量送到控制计算机，计算机再把数字量送到 D/A 转换器输出。
实验线路图如图2-1所示，图中画“○”的线需用户在实验中自行接好，其它线系统已连好。
图2-1 采样保持线路图控制计算机的“OUT1”表示386EX 内部1#定时器的输出端，定时器输出的方波周期＝定时器时常，“IRQ7”表示386EX 内部主片8259的“7”号中断，用作采样中断。
正弦波单元的“OUT ”端输出周期性的正弦波信号，通过模数转换单元的“IN7”端输入,系统用定时器作为基准时钟（初始化为10ms ），定时采集“IN7”端的信号，转换结束产生采样中断，在中断服务程序中读入转换完的数字量，送到数模转换单元，在“OUT1”端输出相应的模拟信号。
由于数模转换器有输出锁存能力，所以它具有零阶保持器的作用。
采样周期T= TK×10ms，TK 的范围为01~ FFH ，通过修改TK 就可以灵活地改变采样周期，后面实验的采样周期设置也是如此。
零阶采样保持程序流程图如图2-2所示。
图2-2 零阶采样保持程序流程图实验步骤：（1）参考流程图2-2编写零阶保持程序，编译、链接。
（2）按照实验线路图2-1接线，检查无误后开启设备电源。
（3）用示波器的表笔测量正弦波单元的“OUT ”端，调节正弦波单元的调幅、调频电位器及拨动开关，使得“OUT ”端输出幅值为3V ，周期1S 的正弦波。
南京邮电大学自动化学院实验报告课程名称：计算机控制系统实验名称：计算机控制系统性能分析所在专业：自动化学生姓名：**班级学号：B************: ***2013 /2014 学年第二学期实验一：计算机控制系统性能分析一、 实验目的：1.建立计算机控制系统的数学模型；2.掌握判别计算机控制系统稳定性的一般方法3.观察控制系统的时域响应，记录其时域性能指标；4.掌握计算机控制系统时间响应分析的一般方法；5.掌握计算机控制系统频率响应曲线的一般绘制方法。
二、 实验内容：考虑如图1所示的计算机控制系统图1 计算机控制系统1. 系统稳定性分析(1) 首先分析该计算机控制系统的稳定性，讨论令系统稳定的K 的取值范围； 解:G1=tf([1],[1 1 0]);G=c2d(G1,0.01,'zoh');//求系统脉冲传递函数 rlocus(G);//绘制系统根轨迹Root LocusReal AxisI m a g i n a r y A x i s-7-6-5-4-3-2-1012-2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.5将图片放大得到0.750.80.850.90.9511.051.11.151.21.25-0.15-0.1-0.050.050.10.15Root LocusReal AxisI m a g i n a r y A x i sZ 平面的临界放大系数由根轨迹与单位圆的交点求得。
放大图片分析： [k,poles]=rlocfind(G)Select a point in the graphics window selected_point = 0.9905 + 0.1385i k =193.6417 poles =0.9902 + 0.1385i 0.9902 - 0.1385i 得到0<K<193(2) 假设不考虑采样开关和零阶保持器的影响，即看作一连续系统，讨论令系统稳定的K 的取值范围； 解：G1=tf([1],[1 1 0]); rlocus(G1);-1.2-1-0.8-0.6-0.4-0.200.2-0.8-0.6-0.4-0.20.20.40.60.8Root LocusReal AxisI m a g i n a r y A x i s由图片分析可得，根轨迹在S 平面左半面，系统是恒稳定的，所以： 0<K<∞(3) 分析导致上述两种情况下K 取值范围差异的原因。
中南大学计算机操作系统实验报告................................................................................................................................................................................................................1、增强学生对计算机操作系统基本原理、基本理论、基本算法的理解；2、提高和培养学生的动手能力。
1、每人至少选作1 题，多做不限；2、每人单独完成，可以讨论，但每人的设计内容不得彻底相同，抄袭或者有2 人/多人设计彻底一样者，不能通过；3、设计完成后，应上交课程设计文档，文档格式应是学校课程设计的标准格式，所有学生的封面大小、格式也必须一样；4、同时上交设计的软盘(或者以班刻录光盘)。
调度算法的摹拟：摹拟各种调度算法，并进行调度性能分析。
摹拟了一个作业调度算法，其中用到了先来先服务算法(FCFS)、短作业优先算法(SJF)、最高响应比优先算法(HRN)三种算法。
如下，分别为三种算法的程序流程图。
图1 - 开始界面图 2 –输入作业的信息(名字、提交时间、运行时间) 图3 –选择算法(FCFS 、SJF、HRN)图4、5 –选择FCFS 算法后输出结果图6、7 –选择SJF 算法后输出结果图8、9 –选择HRN 算法后输出结果能体现公平性；一旦一个较长的作业进入系统后就会长期的占用系统的资源，这样如果有优先级较高的短作业需要执行的话需要等待很长期。
比前者改善了平均周转时间和平均带权周转时间，缩短作业的等待时间，提高系统的吞吐量；对长作业非常不利，可能长期得不到执行，未能一句作业的紧迫程度来划分执行的优先级，难以准确估计作业的执行时间，从而影响调度性能。
这种算法是对FCFS 方式和SJF 方式的一种综合平衡。
课程设计课程设计名称：空调温度控制系统设计专业班级：学生姓名：学号：指导教师：课程设计地点：课程设计时间： 2008.12.29-01.04计算机控制技术课程设计任务书摘要近几年，随着人民生活水平的逐步提高，居住条件也越来越宽敞；另一方面，环境保护运动的蓬勃发展，也要求进一步提高制冷和空调系统的利用率。
此外，人们对舒适的生活品质与环境愈来愈重视，要求也愈来愈高，不仅对室内温、湿度提出了较高的要求，也希望室内环境趋于自然环境。
综观空调器的发展过程，有三个主要的发展阶段：(1)从异步电机的定频控制发展到变频控制。
(2)从异步电机变频控制发展到无刷直流电机的变频控制。
(3)控制方法从简单的开关控制向智能控制转变。
随着对变频空调器研究的日渐深入，控制目标逐渐从单一的室温控制向温湿度控制、舒适度控制转移;控制方法从简单的开关控制向PID控制、神经网络控制、专家系统控制等智能控制方向发展。
由于神经网络控制和专家系统控制实现难度较大而且效果不一定很理想，因此本设计采用PID控制算法。
本设计从硬件和软件两方面完成了空调的温度控制系统，主要是以PIC系列单片机为核心的控制系统设计，采用PID控制算法，即通过A/D转换器将温度传感器采集来的温度数据送入单片机，单片机将采集的数据与设定温度相比较决定压缩机的工作状态，单片机通过对制冷压缩机的控制，调节压缩机的转速，实现了空调的制冷。
空调的硬件电路只是起到支持作用，因为作为自动化控制的大部分功能，只能采取软件程序来实现，而且软件程序的优点是显而易见的。
它既经济又灵活方便，而且易于模块化和标准化。
同时，软件程序所占用的空间和时间相对来说比硬件电路的开销要小得多。
同时，与硬件不同，软件有不致磨损、复制容易、易于更新或改造等特点，但由于它所要处理的问题往往远较硬件复杂，因而软件的设计、开发、调试及维护往往要花费巨大的经历及时间。
对比软件和硬件的优缺点，本设计采用软硬件结合的办法设计。
一、实训背景随着科学技术的不断发展，计算机技术在各个领域的应用日益广泛。
计算机控制技术作为自动化领域的重要组成部分，其研究与应用对于提高生产效率、降低成本、改善产品品质等方面具有重要意义。
为了使学生深入了解计算机控制技术，提高动手能力，本实训课程以计算机控制技术为核心，通过实际操作，使学生掌握计算机控制系统的设计、调试和实施方法。
二、实训目的1. 理解计算机控制系统的基本原理和组成；2. 掌握计算机控制系统的设计方法；3. 熟悉计算机控制系统的调试与实施；4. 培养学生团队合作精神和创新意识。
三、实训内容1. 计算机控制系统的基本组成计算机控制系统主要由以下几个部分组成：（1）被控对象：被控对象是指需要通过计算机控制系统进行控制的设备或过程。
（2）传感器：传感器用于将物理量转换为电信号，以便计算机控制系统进行处理。
（3）控制器：控制器是计算机控制系统的核心，负责接收传感器输入信号，根据预设的控制策略进行计算，并输出控制信号。
（4）执行器：执行器根据控制器输出的控制信号，实现对被控对象的调节。
（5）人机界面：人机界面用于人与计算机控制系统之间的交互，包括操作面板、显示器等。
2. 计算机控制系统的设计方法计算机控制系统的设计主要包括以下几个步骤：（1）系统分析：分析被控对象的特点和需求，确定控制目标。
（2）系统建模：根据被控对象的特点，建立数学模型。
（3）控制器设计：根据数学模型和控制目标，选择合适的控制器类型，并进行参数整定。
（4）系统仿真：在计算机上对控制系统进行仿真，验证系统性能。
（5）系统实施：根据仿真结果，对实际控制系统进行调整和优化。
3. 计算机控制系统的调试与实施计算机控制系统的调试主要包括以下几个方面：（1）硬件调试：检查硬件设备是否正常，包括传感器、控制器、执行器等。
（2）软件调试：检查控制算法是否正确，参数是否合理。
（3）系统联调：将硬件和软件结合起来，进行系统联调，验证系统性能。
实验报告专业：自动化姓名：学号：实验一、计算机控制系统实验一、实验目的1、了解计算机控制系统的基本构成。
2、掌握本装置计算机实时监控软件的使用3、熟悉计算机控制算法。
4、掌握计算机控制的参数整定方法。
二、实验设备1、THKGK-1过程控制实验装置：GK-02 GK-03 GK-072、计算机及上位机监控软件三、实验原理与常规仪表控制系统相比，计算机控制系统的最大区别就是用微型机和A/D、D/A转换卡来代替常规的调节器。
基本构成框图如下：计算机根据测量值与设定值的偏差，按程序设定的算法进行运算，并将结果经D/A转换器输出。
控制算法有位置式，增量式和速度式。
为了使采样时间间隔内，输出保持在相应的数值，在D/A卡上设有零阶保持器。
四、实验步骤（一）、监控软件的使用及安装说明：1、计算机硬件要求：CPU：486以上。
内存：32MB或更多。
硬盘：1GB。
操作系统：Windows98/2000/XP。
显示器：1024×768。
串行口：COM12、软件安装安装过程已经在上位机光盘里面。
（二）、登录后选择PID算法对上水箱液位进行控制1、将计算机与单片机控制屏结合使用，对上水箱液位进行直接数字DDC控制实验。
系统连接图自拟。
（单片机控制屏仅起A/D、D/A转换的作用）2、设置适当的作图时间间隔和给定值，调整PID参数K、、Ti、Td、直到得到较好的过程控制实时曲线。
3、对不同PID参数下的实时控制曲线进行比较，分析各参数变化对控制质量的影响。
4、自行选择其他控制算法进行实验，了解不同算法的控制质量。
五、实验小结1、将上述实验结果整理好，写出参数整定的具体步骤及整定数值，整理出系统的结构图。
Kp=2 Ki=6 K=5 阀门开度为60%2、简述PID参数对系统性能的影响。
PID调节器分别对应比例、积分和微分作用1、比例参数KP的作用是加快系统的响应速度，提高系统的调节精度。
随着KP的增大系统的响应速度越快，系统的调节精度越高，但是系统易产生超调，系统的稳定性变差，甚至会导致系统不稳定。
选矿过程浓密机计算机控制系统的设计与开发的开题报告一、选题背景浓密机是选矿过程中不可缺少的设备之一，它是利用水的重力沉降作用来将矿浆中的固体颗粒由水分离出来的设备。
选矿过程中，浓密机起着至关重要的作用，对于提高选矿效率有着重要的意义。
随着现代科技的不断进步，计算机技术在工业自动化控制中的应用越来越广泛。
特别是在选矿过程中，计算机控制系统能够实现自动化监测、自动化调控，提高选矿过程中的自动化程度和智能化水平，具有很大的研究价值和开发意义。
因此，本课题旨在设计和开发一种基于计算机控制技术的浓密机自动化控制系统，以提高选矿过程的精度、效率和可控性。
二、研究内容本项目的研究内容主要包括以下方面：1.浓密机的工作原理及选矿过程内部关系的研究。
2.计算机控制技术在浓密机控制中的应用研究。
3.基于计算机控制技术的浓密机自动化控制系统的设计与开发。
4.系统性能测试与分析。
三、研究目标与意义1.实现浓密机自动化控制，提高选矿过程中的自动化程度和智能化水平。
2.提高选矿过程的精度、效率和可控性，降低生产成本，提高经济效益。
3.为选矿行业发展提供新的技术支持和研究思路。
四、研究方法本项目主要采用文献研究法、实验研究法、数据统计法等研究方法。
1.通过查阅文献，了解浓密机的工作原理及选矿过程内部关系；2.基于文献调研和实验研究，确定浓密机自动化控制系统的硬件和软件组成；3.利用计算机控制技术，设计和开发浓密机自动化控制系统，并进行系统性能测试和分析。
五、进度计划本项目的进度计划如下：1.文献调研和实验研究：第1-4周2.确定控制系统硬件和软件组成：第5-8周3.系统设计和开发：第9-16周4.系统性能测试和分析：第17-20周本项目预计在20周内完成。
六、预期成果1.浓密机自动化控制系统的硬件和软件设计方案。
2.基于设计方案的浓密机自动化控制系统原型。
3.系统性能测试和分析报告。
七、参考文献1.谢立, 王磊. 计算机控制在浓密机中的应用[J]. 兵器装备工程, 2018, 39(2): 43-46.2.王建平. 浓密机选矿流程控制系统的研究与开发[D]. 河南理工大学, 2015.3.吴雷, 陈华, 熊纪林. 浓密机智能控制系统的研究[J]. 水文地质工程地质, 2017, 44(3): 141-144.4.龙娇, 刘胜利, 杨平等. 电液伺服系统在浓密机中的应用[J]. 神华集团学报, 2018, 30(11): 296-299.。
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：1.2.2 设计规定规定系统可以快速响应，并且可以迅速达成盼望的输出值。
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。
其输入与输出的关系为式中，为比例系数；为积分时间常数；为微分时间常数。
二、控制规定分析：设定目的温度，使温度呈单位阶跃形式在目的温度处趋于震荡稳定。
使系统可以在任意设定的目的温度下，从现有温度达成目的温度，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；运用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，通过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达。
即：PID 控制器 D(z) u 1(t) R + e(t) _ u(t)将上面两个式子代入第一式，得：由此式可以运用递推求出K-1次的PID输出表达式用K-1次的输出减去第K次的输出得：4.4系统设计流程图由此可以编制基于PID算法的C语言程序实现温度闭环控制系统。
基于单片机的数控车床XY工作台与控制系统设计报告设计报告：基于单片机的数控车床XY工作台与控制系统设计1.引言数控（数值控制）车床是一种以机电一体化技术为基础，通过计算机控制工件加工的设备。
传统的车床需要操作工人手动控制加工过程，而数控车床则通过计算机编程实现自动化加工。
本设计报告旨在设计基于单片机的数控车床XY工作台与控制系统，实现工件在XY平面上的精准加工。
2.系统设计（1）硬件设计本系统的硬件设计包括数控车床的机械结构和控制系统的电路设计。
数控车床的机械结构需要设计XY工作台的运动结构。
可以采用步进电机或直流伺服电机作为驱动器，通过丝杆传动实现运动。
同时，需要设计定位传感器用于测量工件位置，反馈给控制系统。
控制系统的电路设计主要包括单片机的选择和配套电路。
可以选择性能稳定、功能强大的单片机作为控制器，并设计外部电路实现与驱动器和传感器的连接。
此外，还需要设计电源电路、通信接口等。
（2）软件设计软件设计是数控车床控制系统非常重要的一部分，需要实现驱动器控制和运动轨迹规划等功能。
可以使用C语言开发嵌入式软件程序。
驱动器控制：通过控制输出脉冲和方向信号，控制步进电机或直流伺服电机的运动。
可以根据用户输入的指令，控制工件在XY平面上移动。
运动轨迹规划：根据用户输入的参数，计算出工件在XY平面上移动的运动轨迹。
可以采用插补算法，实现平滑移动和加工轨迹自由控制。
3.系统实现（1）实现步骤首先，进行硬件设计。
根据车床的尺寸和加工需求设计XY工作台的运动结构，选择合适的驱动器和传感器。
然后，根据单片机选型，设计电路连接驱动器和传感器。
最后，设计电源电路和通信接口。
其次，进行软件设计。
根据硬件设计的结果，编写嵌入式软件程序，实现驱动器控制和运动轨迹规划等功能。
最后，进行系统调试。
根据设计的功能要求，对系统进行全面测试和调试，验证系统的稳定性和性能。
（2）实验结果通过实验验证，本设计的数控车床XY工作台与控制系统实现了工件在XY平面上的精确加工。
.《计算机控制技术》实验报告班级：学号：姓名：信息工程学院2016-2017-2实验1：D/A转换实验实验名称：D/A转换实验一．实验目的学习D/A转换器原理及接口方式，并掌握TLC7528芯片的使用。
二．实验原理TLC7528芯片，它是8位、并行、两路、电压型输出数模转换器。
会将数字信号转换成模拟信号。
三．实验容本实验输入信号：8位数字信号本实验输出信号：锯齿波模拟信号本实验数/模转换器：TLC7528输出电路预期实验结果：在虚拟示波器中显示数字信号转换成功的锯齿波模拟信号的波形图。
四．实验结果及分析记录实验结果如下：结果分析：为什么会出现这样的实验结果？请用理论分析这一现象。
D/A就是将数字量转化为模拟量，然后通过虚拟示波器显示出来，表现为电压的变化。
1.实验2：采样与保持实验实验名称：信号采样与保持一．实验目的1.熟悉信号的采样与保持过程2.学习和掌握采样定理3.学习用直线插值法和二次曲线插值法还原信号二．实验原理香农(采样) 定理：若对于一个具有有限频谱(|W|<Wmax)的连续信号f (t)进行采样，当采样频率满足Ws≥2Wmax 时，则采样函数f*(t) 能无失真地恢复到原来的连续信号f(t)。
Wmax 为信号的最高频率，Ws 为采样频率。
三．实验容本实验输入信号：正弦波模拟信号本实验输出信号：正弦波数字信号本实验采样信号：方波预期实验结果：1.在模拟示波器中成功显示采样与保持的正弦波信号。
2.成功在模拟示波器中还原输入的正弦波信号。
四．实验结果及分析记录实验结果如下：零阶保持增大采样周期失真3.直线采值二次曲线结果分析：为什么会出现这样的实验结果？请用理论分析这一现象。
实验3：数字滤波实验实验名称：数字滤波一．实验目的1.学习和掌握一阶惯性滤波2.学习和掌握四点加权滤波二．实验原理一般现场环境比较恶劣，干扰源比较多，消除和抑制干扰的方法主要有模拟滤波和数字滤波两种。
由于数字滤波方法成本低、可靠性高、无阻抗匹配、灵活方便等特点，被广泛应用，下面是一个典型数字滤波的方框图：三．实验容本实验输入信号：正弦信号干扰信号本实验输出信号：正弦波模拟量本实验采样信号：周期为5ms的方波本实验被控对象：预期实验结果：输入为带有毛刺的正弦波，经过滤波后，输出为正弦波信号四．实验结果及分析记录实验结果如下：5.结果分析：不同采样周期对实验结果的影响，使用理论分析这一结果。
计算机控制系统课程设计姓名:班级:学号：专业:指导教师:摘要过程控制是自动技术的重要应用领域，它是指对液位、温度、流量等过程变量进行控制，在冶金、机械、化工、电力等方面得到了广泛应用。
尤其是液位控制技术在现实生活、生产中发挥了重要作用，比如，民用水塔的供水，如果水位太低，则会影响居民的生活用水；工矿企业的排水与进水，如果排水或进水控制得当与否，关系到车间的生产状况；锅炉汽包液位的控制，如果锅炉内液位过低，会使锅炉过热，可能发生事故；精流塔液位控制，控制精度与工艺的高低会影响产品的质量与成本等。
在这些生产领域里，基本上都是劳动强度大或者操作有一定危险性的工作性质，极容易出现操作失误，引起事故，造成厂家的的损失。
可见，在实际生产中，液位控制的准确程度和控制效果直接影响到工厂的生产成本、经济效益甚至设备的安全系数。
所以，为了保证安全条件、方便操作，就必须研究开发先进的液位控制方法和策略。
在本设计中以液位控制系统的水箱作为研究对象，水箱的液位为被控制量，选择了出水阀门作为控制系统的执行机构。
针对过程控制试验台中液位控制系统装置的特点，建立了基于Visual Basic语言的PID液位控制模拟界面和算法程序。
虽然PID控制是控制系统中应用最为广泛的一种控制算法。
但是，要想取得良好的控制效果，必须合理的整定PID的控制参数，使之具有合理的数值。
目录第1章概述 (3)1.1 MA TLAB的基本介绍 (3)1.2 PID控制的基本介绍 (3)1.3单容水箱生产工艺 (5)1.4设计目的 (5)第2章总体方案设计 (6)2.1 单容水箱液位控制概述 (6)2.2 单容水箱液面控制系统的组成 (6)2.2.1被控变量的选择 (7)2.2.2执行器的选择 (7)2.2.3 液位变送器的选择 (7)2.3 单容水箱系统控制建模 (10)2.3.1 液面的控制实现 (10)2.3.2 被控对象 (10)2.3.3 水箱的建模 (10)第3章PID 控制简介及整定 (12)3.1 液面控制系统中PID的算法 (12)3.1.1 PID控制原理 (13)3.1.2 位置型算法 (15)3.1.3 控制型算法 (15)3.2 系统PID控制特点 (16)3.3 系统PID参数整定方法 (16)第4章单容水箱液面控制仿真 (18)4.1 被控对象的模型仿真 (18)4.2 单容水箱液面控制仿真及结果 (18)总结 (24)参考文献 (25)第1章概述1.1.MATLAB的基本介绍（1）MATALB 语言体系MATLAB是高层次的矩阵／数组语言．具有条件控制、函数调用、数据结构、输入输出、面向对象等程序语言特性。
利用它既可以进行小规模编程，完成算法设计和算法实验的基本任务，也可以进行大规模编程，开发复杂的应用程序。
（2）MATLAB 工作环境这是对MATLAB提供给用户使用的管理功能的总称．包括管理工作空间中的变量据输入输出的方式和方法，以及开发、调试、管理M文件的各种工具。
（3）图形图像系统这是MATLAB图形系统的基础，包括完成2D和3D数据图示、图像处理、动画生成、图形显示等功能的高层MATLAB命令，也包括用户对图形图像等对象进行特性控制的低层MATLAB命令，以及开发GUI应用程序的各种工具。
（4）MATLAB 数学函数库这是对MATLAB使用的各种数学算法的总称．包括各种初等函数的算法，也包括矩阵运算、矩阵分析等高层次数学算法。
（5）MATLAB 应用程序接口这是MATLAB为用户提供的一个函数库，使得用户能够在MATLAB环境中使用c 程序或FORTRAN程序，包括从MATLAB中调用于程序(动态链接)，读写MAT文件的功能。
可以看出MATLAB是一个功能十分强大的系统，是集数值计算、图形管理、程序开发为一体的环境。
除此之外，MATLAB还具有根强的功能扩展能力，与它的主系统一起，可以配备各种各样的工具箱，以完成一些特定的任务。
1.2.PID控制的基本介绍当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。
反馈理论的要素包括三个部分测量、比较和执行。
测量关心的变量与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。
这个理论和应用自动控制的关键是做出正确的测量和比较后，如何才能更好地纠正系统PID -比例- 积分- 微分控制器作为最早实用化的控制器已有50 多年历史现在仍然是应用最广泛的工业控制器。
PID 控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。
PID 控制器由比例单元，P 、积分单元I和微分单元D组成。
其输入 e (t) 与输出u (t) 的关系为公式公式1-1比例调节作用按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。
比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。
积分调节作用使系统消除稳态误差,提高无差度。
因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一个常值。
积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti，Ti越小,积分作用就越强。
反之Ti大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。
积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。
微分调节作用微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。
因此,可以改善系统的动态性能。
在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。
微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。
此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。
微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID控制器。
PID控制器由于用途广泛、使用灵活,，已有系列化产品。
使用中只需设定三个参数Kp ,Ki 和Kd 即可。
在很多情况下，并不一定需要全部三个单元可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。
首先，PID应用范围广。
虽然很多控制过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样PID就可控制了。
其次，PID参数较易整定。
也就是PID参数Kp，Ki和Kd可以根据过程的动态特性及时整定。
如果过程的动态特性变化。
例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化PID参数就可以重新整定。
第三PID控制器在实践中也不断的得到改进，下面两个改进的例子，在工厂，总是能看到许多回路都处于手动状态。
原因是很难让过程在“自动”模式下平稳工作。
由于这些不足。
采用PID 的工业控制系统总是受产品质量、安全、产量和能源浪费等问题的困扰。
PID参数自整定就是为了处理PID参数整定这个问题而产生的。
现在，自动整定或自身整定的PID控制器已是商业单回路控制器和分散控制系统的一个标准。
在一些情况下针对特定的系统设计的PID控制器控制得很好,但它们仍存在一些问题需要解决如果自整定要以模型为基础。
为了PID参数的重新整定在线寻找和保持好过程模型是较难的。
闭环工作时要求在过程中插入一个测试信号。
这个方法会引起扰动所以基于模型的PID 参数自整定在工业应用不是太好。
如果自整定是基于控制律的，经常难以把由负载干扰引起的影响和过程动态特性变化引起的影响区分开来。
因此受到干扰的影响控制器会产生超调产生一个不必要的自适应转换。
另外，由于基于控制律的系统没有成熟的稳定性分析方法参数整定可靠与否存在很多问题。
因此许多自身整定参数的PID控制器经常工作在自动整定模式而不是连续的自身整定模式。
自动整定通常是指根据开环状态确定的简单过程模型自动计算PID参数。
但仍不可否认PID 也有其固有的缺点PID 在控制非线性、时变、耦合及参数和结构不确定的复杂过程时，工作地不是太好。
最重要的是，如果PID 控制器不能控制复杂过程，无论怎么调参数都没用。
虽然有这些缺点，PID控制器是最简单的有时却是最好的控制器。
1.3 单容水箱生产工艺单容水箱液位控制系统实验装置模拟了工业生产过程中对液位、流量参数的测量和控制。
它具有过程控制中动态过程的一般特点:大惯性、大时延、非线性,难以对其进行精确控制随着工业的发展,液位控制在各种过程控制中的应用越来越广泛,为保证生产过程的安全,效益等对液位控制的精确要求,传统PID控制和模糊控制在液位控制中都有应用。
根据不同情况下对液位控制的要求,选择最适合的控制方法,本实验以三容水箱的液位控制模型为研究对象,用传统的PID控制进行调节,观察到传统PID控制措施简便,但超调量大,趋于稳定状态所需时间长。
1.4设计目的此次设计的最主要目的是单容水箱液位控制系统设计基于SIMNLINK仿真的设计，利用MATLAB软件对工业过程控制的仿真，通过作图以及数据的分析判断系统的合理性、稳定性等，使用Simulink仿真工具进行三容水箱控制过程控制仿真，（单回路控制）包括过程控制数学模型的搭建，学习在虚拟环境下的PID参数整定。
DGT第2章总体方案设计2.1 单容水箱液面控制概述单容水箱液位控制系统实验装置模拟了工业生产过程中对液位、流量参数的测量和控制。
它具有过程控制中动态过程的一般特点:大惯性、大时延、非线性,难以对其进行精确控制。
在实验的基础上对单容水箱的数学模型进行推导并显示建立的数学模型正确的反映出了单容水箱的动态特性。
单容水箱是工业生产过程中多容流程对象的抽象模型,具有很强的代表性,可模拟工业过程阶次、线性或非线性、单容或多容、耦合或非耦合等特性、验证各种控制策略的性能优劣,因而研究单容水箱的控制具有重要的理论意义和实际应用价值. 本文在对单容水箱和工作机理分析的基础上,首先建立单容水箱的非线性数学模型,然后根据流量特性的特点,采用分段线性化的方法设计了变参数PID控制器,仿真分析指出该控制策略在给定大范围变化时动态和静态性能较差的不足.从仿真和实验结果来看,非线性PID控制可以实现液位控制的“粗调”和“精调”,保证液位给定大范围变化情况下控制准确性,验证了本文所研究控制策略的正确性和可行性。
系统原理图如图2.1。
2.2单容水箱液位控制系统的组成本设计研究的水箱液位控制系统是简单控制系统，是使用的族普遍的、结构最简单的一种过程控制系统。
所谓的简单控制系统，通常是指一个被控对象、一个检测变送单元（检测元件及变送器）、一个控制器和一个执行器（控制阀）所组成的单闭环负反馈控制系统2.2.1被控变量的选择被控变量的选择是控制系统的核心问题，被控变量选择的正确与否是决定控制系统有无价值的关键。
对于任何一个控制系统，总是希望其能够在稳定生产操作、增加产品产量、保证生产安全及改善劳动条件等方面发挥作用，如果被控变量学则不当，配备再好的自动化仪表，使用在复杂、先进的控制规律也无用的，都不能达到预期的控制效果。
