设计_一_DDC_单回路PID_控制器的设计

DDC 单回路PID 控制实验实验报告一、对象动态特性实验22111121()1(2)1(1)(G −−++−+=ZZ K z T T T T G(s)离散化得： 差分方程：Y(k)=a0*Y(k-1)+b0*Y(k-2)+c0*R(k) 其中：a0=2.0*T1/T/(1+T1/T)b0=0.0-pow(T1/T,2.0)/(1+T1/T)/(1+T1/T)c0=K1/(1+T1/T)/(1+T1/T)程序框图：相关源程序段：double T,r0,K1,T1,Kp,Ti,Td,Beta;//定义全局变量便于参数传递void CMainFrame::OnDrawObject() { // TODO: Add your command handler code here if(T==0){ ErrorDlg errorDlg; errorDlg.DoModal(); } else{CDC * pDC=GetDC(); CPen pen1,* oldpen;oldpen=pDC->SelectObject(&pen1);//画坐标轴pen1.CreatePen(PS_SOLID,1,RGB(0,0,255));pDC->SelectObject(&pen1);pDC->MoveTo(50,50);pDC->LineTo(50,300);pDC->MoveTo(50,50);pDC->LineTo(46,58);pDC->MoveTo(50,50);pDC->LineTo(54,58);pDC->MoveTo(50,300);pDC->LineTo(490,300);pDC->LineTo(482,295);pDC->MoveTo(490,300);pDC->LineTo(482,305);pDC->SetTextColor(RGB(0,0,255));pDC->TextOut(40,298,"0");pDC->TextOut(56,48,"Y");pDC->TextOut(492,300,"t");pDC->MoveTo(50,180);pen1.DeleteObject();pen1.CreatePen(PS_DASH,1,RGB(0,0,255));pDC->SelectObject(&pen1);pDC->LineTo(480,180);pDC->TextOut(35,174,"r0");pen1.DeleteObject();pen1.CreatePen(PS_SOLID,1,RGB(255,0,0));pDC->SelectObject(&pen1);y=300,t,unity,unitt=2;//两坐标轴单位长intunity=120.0/r0;a0,b0,c0,y0=0,y1=0,y2;doublea0=2.0*T1/T/(1+T1/T);b0=0.0-pow(T1/T,2.0)/(1+T1/T)/(1+T1/T);c0=K1/(1+T1/T)/(1+T1/T);text;CStringtext.Format("对象动态特性曲线：K1=%4.1f, T1=%3.2f, T=%3.2f, r0=%3.1f",K1,T1,T,r0);pDC->TextOut(80,320,text);pDC->MoveTo(50,300);for(t=52;t<=480;t+=unitt){y2=a0*y1+b0*y0+c0*r0;pDC->LineTo(t,y-unity*y2);y0=y1;y1=y2;}pDC->SelectObject(oldpen);}}程序界面及实验输出响应曲线：二、单回路PID控制实验采用增量式：delta_u=a*e(k)+b*e(k-1)+c*e(k-2)其中：a=Kp*(1+T/Ti*L+Td/T) L为积分分离系数b=0.0-Kp*(1+2*Td/T)c=Kp*Td/T;程序框图：相关源程序段：double T,r0,K1,T1,Kp,Ti,Td,Beta;//定义全局变量便于参数传递bool pid=FALSE;void CMainFrame::OnDrawU() // CMainFrame::OnDrawY()基本相同，不再另附源程序{// TODO: Add your command handler code hereif(T==0||(!pid)){ErrorDlgerrorDlg;errorDlg.DoModal();}else{pDC=GetDC();*CDCCPen pen1,* oldpen;oldpen=pDC->SelectObject(&pen1);//画坐标轴pen1.CreatePen(PS_SOLID,1,RGB(0,0,255));pDC->SelectObject(&pen1);pDC->MoveTo(50,50);pDC->LineTo(50,300);pDC->MoveTo(50,50);pDC->LineTo(46,58);pDC->MoveTo(50,50);pDC->LineTo(54,58);pDC->MoveTo(50,300);pDC->LineTo(490,300);pDC->LineTo(482,295);pDC->MoveTo(490,300);pDC->LineTo(482,305);pDC->SetTextColor(RGB(0,0,255));pDC->TextOut(40,298,"0");pDC->TextOut(56,48,"U");pDC->TextOut(492,300,"t");pDC->MoveTo(50,180);pen1.DeleteObject();pen1.CreatePen(PS_DASH,1,RGB(0,0,255));pDC->SelectObject(&pen1);pDC->LineTo(480,180);pDC->TextOut(35,174,"r0");pen1.DeleteObject();pen1.CreatePen(PS_SOLID,1,RGB(0,124,111));pDC->SelectObject(&pen1);u=300,t,unitt=2;//两坐标轴单位长intdoubleunitu=120.0/r0;a,b,c,e0=0,e1=0,e2=r0,u1=0,u2,delta_u;doublea0,b0,c0,y0=0,y1=0,y2;doubleL=1;//积分分离逻辑系数inta0=2.0*T1/T/(1+T1/T);b0=0.0-pow(T1/T,2.0)/(1+T1/T)/(1+T1/T);c0=K1/(1+T1/T)/(1+T1/T);b=0.0-Kp*(1+2*Td/T);c=Kp*Td/T;text1,text2;CStringtext1.Format("PID控制u(t)阶跃响应曲线：Kp=%4.1f, Ti=%3.2f, Td=%3.2f",Kp,Ti,Td);text2.Format("K1=%4.1f, T1=%3.2f, T=%3.2f, r0=%3.1f",K1,T1,T,r0);pDC->TextOut(80,320,text1);pDC->TextOut(120,340,text2);pDC->MoveTo(50,300);for(t=52;t<=480;t+=unitt){if(Beta==0||e2<Beta)L=1;else L=0;a=Kp*(1+T/Ti*L+Td/T);delta_u=a*e2+b*e1+c*e0;u2=u1+delta_u;pDC->LineTo(t,u-unitu*u2);y2=a0*y1+b0*y0+c0*u2;e0=e1;e1=e2;e2=r0-y2;u1=u2;y0=y1;y1=y2;}}}用工程整定法整定PID参数：令T=1,r0=1,K1=1,T1=10取消积分部分作用（取极小Beta值），令Td=0，试得Kp＝5时为临界状态，输出曲线：由图知此时周期Tu约为29推算出PID调节时的整定参数Kp=3.125,Ti=14.5,Td=3.625整定后的输出曲线：采用具有积分分离的数字PID算法：对象及PID控制参数均不变，以便与以上无积分分离曲线进行比较β适中（0.8）情况下得曲线β过小（0.2）时得曲线：取Ti=14.5, Td=3.625，改变Kp观察y(t)变化：Kp=10观察图中曲线研Kp=3.125 Kp=1究Kp对调节品质的影响：随着Kp增大，超调量增加，响应速度加快。

设计 一 DDC 单回路PID 控制器的设计一、设计目的通过设计掌握DDC 单回路PID 控制程序编制。

二、设计内容1控制系统如图所示G(S )=K 1/(T 1S +1)D (Z )采用数字PID 控制规律，T 为采样周期。

2对象动态特性仿真设计（1） 将G （S ）离散化，写出输入/输出采样方程（考虑零阶保侍器）。

（2） 画出详细程序框图。

3单回路PID 控制设计（1） 由键盘输入PID 参数：K P 、T I 、T D ，设计D (Z )，写出输入/输出采样方程。

（2） 采用具有不完全微分的数字PID 算法，D(s)= K P (1+s/ T I + sT D )/ (1+sT f ), T f 由键盘输入。

（3） 画出详细程序框图。

（4） 可自选编程语言及调试。

三、设计要求1、采用简单人机对话的方式，输入采样周期T ，阶跃量R （S ），对象参数K 1 和T 1 （实验报告中取K 1 =1，T 1 =10S ），及PID 控制器参数K P 、T I 、T D 。

2、设计报告要详尽，要求提供的材料要齐全。

3、设计应独立完全。

设计二Smith预估控制设计一、设计目的通过设计掌握Smith预估控制的方法。

二、设计内容1、smith预估控制系统如图所示R(s)T对象G(S )= K1e-τs /(T1S +1),K=1,T1=10s,τ=5sD (Z )采用数字PI 控制规律。

2、Smith预估控制(1) 构造Dτ(s )，求出Dτ(s )，（3）按图设计Smith预估控制器。

（4）画出详细程序框图，参数K 、T1、τ由键盘输入。

三设计步骤1、拟定设计方案。

2、推导公式，确定系统。

3、画出详细的流程框图，编程调试。

三、设计要求1、采用简单人机对话的方式，输入采样周期T ，预估器参数K 和τ，及PI 控制器参数K P、T I。

2、设计报告要详尽，要求提供的材料要齐全。

3、设计应独立完全。

DDC单回路PID闭环控制系统设计及实时仿真课程设计报告(2022--2022年度第2学期)名称：计算机控制系统A题目：DDC单回路PID闭环控制系统的设计及实时仿真院系：自动化系班级：自动班学号：学生姓名：指导教师：设计周数：一周成绩：日期：2022年X月X日《计算机控制系统A》课程设计任务书一、目的与要求1.学习并了解用高级语言（C语言）实现数字PID控制算法模块程序的方法；2.比较验证理想微分PID和实际微分PID控制算法阶跃响应，加深对上述两种算法各自特点的认识；3.学习了解用模拟计算机使用方法；4.学习掌握A/D、D/A转换接口板的使用方法；5.了解一种微机中断定时的方法；6.学习掌握通过A/D、D/A转换用计算机获取被控对象动态特性的方法；7．通过实时仿真实验掌握DDC单回路控制程序编制及调试方法。

二、主要内容1.用C语言分别编写理想微分PID和实际微分PID控制算法模块，在微机中调试实现，并编写简单的计算机绘图程序，分别绘制并打印出上述两种算法的单位阶跃响应曲线（课外上机完成）；2.用模拟计算机搭接成一个二阶惯性环节，作为一个模拟仿真的被控对象；3.用C语言编写使用HY-6060进行定时采样、定时输出的接口程序，并在微机中调试实现；4.由D/A输出阶跃信号，同时由A/D采集模拟的被控对象的响应，绘制并打印出采集获得的飞升曲线，并初步计算出对象模型；y5.由模拟计算机搭接的二阶惯性环节作为系统中的被控对象，用计算机作为DDC控制器，通过HY-6060接口板实现对模拟机的实时控制。

仿真实验系统的框图如下：r+uPID模拟机D/A-A/D6．整定控制器PID参数，在设定值阶跃情况下，打印控制量u和被控量y的曲线。

三、进度计划序号设计内容完成时间备注1编写数字PID控制算法模块本设计开始前在课程要求的8学时课外上机时间完成2本设计其它内容按小组分工协作完成设计周五3验收、答辩设计周末前四、设计（实验）成果要求1.根据个人在设计小组中的分工，完成设计内容；2．分析实时仿真结果，每人完成设计报告。

ddc控制系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解DDC控制系统的基本原理和组成，掌握其工作流程。

2. 学生能掌握DDC控制系统的编程与调试方法，了解其在智能建筑中的应用。

3. 学生能了解DDC控制系统在我国的发展现状及趋势。

技能目标：1. 学生能运用所学知识对DDC控制系统进行简单编程与调试。

2. 学生具备分析DDC控制系统故障并进行排查的能力。

3. 学生能运用DDC控制系统进行简单的自动化控制项目设计。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对DDC控制系统及智能建筑领域的兴趣，激发学习热情。

2. 培养学生团队合作精神，提高沟通协调能力。

3. 增强学生环保意识，认识到DDC控制系统在节能减排方面的重要性。

课程性质：本课程为专业选修课，旨在让学生了解并掌握DDC控制系统的基础知识，提高实际操作能力。

学生特点：学生为高年级本科生，具备一定的电子、电气和控制理论基础，对实际操作有较高的兴趣。

教学要求：注重理论与实践相结合，强调实际操作能力的培养，结合案例分析，提高学生的应用能力。

通过本课程的学习，使学生能够具备从事DDC控制系统相关领域工作的基本技能。

二、教学内容1. DDC控制系统概述：介绍DDC控制系统的基本概念、发展历程、应用领域及发展趋势。

教材章节：第一章2. DDC控制系统组成与原理：讲解DDC控制系统的硬件组成、软件结构、工作原理及性能指标。

教材章节：第二章3. DDC控制系统的编程与调试：学习DDC控制系统的编程方法、调试技巧及在实际项目中的应用。

教材章节：第三章4. DDC控制系统在智能建筑中的应用：分析DDC控制系统在建筑自动化、能源管理等方面的应用案例。

教材章节：第四章5. DDC控制系统故障分析与排查：介绍DDC控制系统常见故障现象、原因及排查方法。

教材章节：第五章6. DDC控制系统项目实践：设计实际项目，让学生动手操作，提高实践能力。

教材章节：第六章教学内容安排与进度：第1周：DDC控制系统概述第2周：DDC控制系统组成与原理第3-4周：DDC控制系统的编程与调试第5周：DDC控制系统在智能建筑中的应用第6周：DDC控制系统故障分析与排查第7-8周：DDC控制系统项目实践三、教学方法针对DDC控制系统课程的特点，采用以下多样化的教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1. 讲授法：用于讲解DDC控制系统的基本概念、原理和组成等理论知识。

课程设计(综合实验)报告( 2011-- 2012 年度第二学期)名称：过程计算机控制系统题目：DDC单回路PID闭环控制系统的设计及实时仿真院系：控制与计算机工程学院班级：学号：学生姓名：指导教师：朱耀春设计周数：一周成绩：日期：2012 年 6 月20 日一、 课程设计的目的与要求1.设计目的在计算机控制系统课程学习的基础上，加强学生的实际动手能力，通过对DDC 直接数字闭环控制的仿真加深对课程内容的理解。

2.设计要求本次课程设计通过多人合作完成DDC 直接数字闭环控制的仿真设计，学会A/D 、D/A 转换模块的使用。

通过手动编写PID 运算式掌握数字PID 控制器的设计与整定的方法，并做出模拟计算机对象飞升特性曲线，熟练掌握DDC 单回路控制程序编制及调试方法。

二、 设计正文1.设计思想本课程设计利用Turboc2.1开发环境，通过手动编写C 语言程序完成PID 控制器的设计，A/D 、D/A 转换，绘出PID 阶跃响应曲线与被控对象动态特性曲线。

整个设计程序模块包含了PID 配置模块，PLCD-780定时采样、定时输出模块，PID 手/自动切换模块（按键控制）及绘图显示模块。

设计中，通过设定合理的PID 参数，控制PLCD-780完成模拟计算机所搭接二阶惯性环节数据的采集，并通过绘图程序获得对象阶跃响应曲线。

2. 设计步骤（1）前期准备工作(1.1)配备微型计算机一台，系统软件Windows 98或DOS (不使用无直接I/O 能力的NT 或XP 系统), 内装Turbo C 2.0/3.0集成开发环境软件；(1.2)配备模拟计算机一台(XMN-1型), 通用数据采集控制板一块（PLCD-780型）； (1.3)复习Turboc2.0并参照说明书学习PLCD-780的使用（2） PID 的设计(2.1)PID 的离散化理想微分PID 算法的传递函数形式为：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=s T s T K s G d i p 11)( 采用向后差分法对上式进行离散，得出其差分方程形式为：u[k]=u[k-1]+q0*e[2]+q1*e[1]+q2*e[0];其中各项系数为：q0=kp*(1+T/Ti+Td/T);q1=-kp*(1+2*Td/T);q2=kp*Td/T;实际微分PID 算法的传递函数形式为：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++=s T s T s T K s G d i f p 111)( 采用向后差分法对上式进行离散化，写成差分方程的形式为：u[k]=c0*(Δu[k-1])+c1*e[k]+c2*e[k-1]+c3*e[k-2]+u[k-1];其中各项系数为：c0=Tf/(T+Tf);c1=kp*T/(T+Tf)*(1+T/Ti+Td/T);c2=-kp*T/(T+Tf)*(1+2*Td/T);c3=kp*Td/(T+Tf);(2.2)数字PID 算法的改进○1积分分离算法积分分离算法通过控制PID 输入偏差e 达到优化目的，当偏差较大时停止积分作用，只有当偏差较小时才投入积分，算法如下表示：当|e(k)|>β时，采用PD 控制；当|e(k)|<β时， 采用PID 控制；β的值根据具体对象及要求确定。

DCS单回路控制系统设计资料讲解DCS（Distributed Control System）单回路控制系统是指由多个控制器组成的系统，每个控制器负责一个回路的控制。

本文将对DCS单回路控制系统的设计资料进行讲解，包括系统结构、硬件配置、软件设计等。

一、系统结构DCS单回路控制系统的基本结构包括控制器、输入/输出（I/O）模块、通信网络和上位机。

控制器是系统的核心部分，负责接收传感器输入信号、控制执行器输出信号，并根据设定值和反馈信号进行控制。

每个回路对应一个控制器，回路之间相互独立。

I/O模块用于与外部设备进行数据交换，包括接收传感器信号、控制执行器、报警、人机界面等功能。

通信网络用于连接各个控制器和上位机，实现数据的共享和交互。

上位机用于监控、配置和管理整个系统。

二、硬件配置DCS单回路控制系统的硬件配置包括控制器、I/O模块和传感器/执行器。

控制器通常由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出接口等组成，其性能和规模决定了系统的处理能力和扩展性。

I/O模块负责将外部设备的数据转换为数字信号，并通过通信网络传输给控制器。

传感器用于采集控制对象的状态信息，执行器用于对控制对象施加控制信号。

三、软件设计DCS单回路控制系统的软件设计包括控制算法、通信协议和用户界面。

控制算法按照系统的要求，如PID控制算法、模糊控制算法等，对控制器进行程序设计。

通信协议用于控制器之间和上位机之间的数据交换。

用户界面提供操作界面和显示功能，以便用户能够实时监控和操作系统。

在软件设计中，需要考虑到系统的稳定性、可靠性和实时性。

稳定性是指系统在受到扰动时能够恢复到稳态的能力；可靠性是指系统能够按照要求工作，不出现故障；实时性是指系统能够对输入信号进行及时响应，使控制效果更好。

四、设计资料要求DCS单回路控制系统的设计资料需要包括系统的拓扑结构图、硬件配置表、控制算法程序、通信协议、用户界面设计以及相关参数的设置。

拓扑结构图描述了系统各组成部分之间的连接关系；硬件配置表包括了控制器、I/O模块、传感器/执行器的型号、数量和安装位置；控制算法程序描述了对控制器的编程要求；通信协议用于实现不同组成部分之间的数据交互；用户界面设计根据实际需求进行设计，以方便用户使用和操作；相关参数的设置是指对系统各项参数进行设定，如控制周期、采样周期等。

控制系统中的PID控制器设计PID控制器是控制系统中常用的一种控制算法，它通过对系统的误差进行反馈调节，使系统的输出稳定在期望值附近。

在本文中，我们将详细讨论PID控制器的设计原理和方法。

一、引言在控制系统中，PID控制器被广泛应用于工业自动化、机器人控制、电力系统等领域。

PID是Proportional、Integral、Derivative的英文缩写，分别表示比例、积分和微分三个控制参数。

二、PID控制器的基本原理PID控制器的基本原理是根据系统的误差信号来调节输出信号，达到对系统进行控制的目的。

具体来说，PID控制器通过以下三个控制参数来决定输出信号：1. 比例项（Proportional）比例项是指根据误差信号的大小直接调节输出信号的大小。

比例增益参数Kp决定了比例项的作用程度，当Kp增大时，输出信号的变化速度更快。

2. 积分项（Integral）积分项是指根据误差信号的累积值来调节输出信号的大小。

积分增益参数Ki决定了积分项的作用程度，当Ki增大时，输出信号对误差的累积值更敏感。

3. 微分项（Derivative）微分项是指根据误差信号的变化率来调节输出信号的大小。

微分增益参数Kd决定了微分项的作用程度，当Kd增大时，输出信号对误差的变化率更敏感。

根据PID控制器的原理，可以得到PID控制器的数学表达式为：u(t) = Kp * e(t) + Ki * ∫e(t)dt + Kd * de(t)/dt其中，u(t)为控制器的输出信号，e(t)为系统的误差信号，Kp、Ki和Kd分别为比例增益、积分增益和微分增益。

三、PID控制器的设计方法PID控制器的设计需要根据具体的控制系统和要求进行调节。

通常的设计方法如下：1. 确定系统模型首先需要了解被控对象的数学模型，包括其输入、输出关系以及参数。

根据系统模型可以确定PID控制器的结构和参数范围。

2. 初始参数设定根据经验或理论分析，给出初始的PID控制器参数。