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课程设计报告( 2018 -- 2018 年度第 2 学期>名称：计算机控制系统题目：嵌入式处理器技术及其应用发展院系：班级：学号：学生姓名：指导教师：设计周数：成绩：日期：年月日《计算机控制系统》课程设计任务书一、目的与要求1．通过本课程设计教案环节，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软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《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．答辩时回答问题情况。
成绩以五级分制综合评定分为优、良、中、及格、不及格五个等级。
指导教师：学生姓名：年月日一、目的与要求1．通过本课程设计教案环节，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。
计算机控制系统课程设计报告班级：热自 111学号：207110638姓名：周经鹏2014年12月11日目录一、课程设计的目的和任务 (2)1.1设计目的 (2)1.2设计任务 (2)二、控制对象喷雾干燥塔简介 (2)三、控制系统画面设计 (3)3.1喷雾干燥塔控制要求 (3)3.2控制系统画面设计 (5)3.3创建报警 (7)四、NT6000分散控制系统(DCS) (8)4.1熟悉NT6000上位机软件 (9)4.2水箱PID调节组态 (11)4.3主汽温监控系统设计 (13)4.3.1绘制主汽温监控系统画面 (13)4.3.2编辑系统功能 (14)五、心得体会 (16)一、课程设计的目的和任务1.1设计目的1.掌握计算机控制系统人机界面在本专业上具体应用的设计过程和实现方法；2.结合《可编程控制器》课程内容，掌握人机界面和控制器之间的通讯的原理、通讯的方式；3.加深对计算机控制系统组成原理、应用、编程的进一步理解；4.结合对喷雾干燥塔控制系统的需求分析，加深对有关热工控制系统、保护控制系统的理解；5.拓展计算机控制系统和其在相关行业中应用的相关知识。
1.2设计任务本次设计的主要任务是在熟悉喷雾干燥塔系统的工艺流程的基础上，基于Vijeo Citect编写喷雾干燥塔控制系统上位机控制系统画面，并对控制系统进行调试。
之后利用NT6000实现上位机、下位机通讯，调试监控系统。
二、控制对象喷雾干燥塔简介喷雾干燥塔将液态的料浆经喷枪雾化后喷入干燥塔内，干燥塔利用燃料燃烧的能量将鼓风机送入的空气进行加热;热空气在干燥塔内将雾化的料浆干燥为超细颗粒粉态成品。
粉状成品在塔内利用旋风分离原理从热空气中分离出来，有塔的底部翻版阀定期排入收集袋中的合格原料。
热空气则通过布袋除尘器除尘后排除。
喷雾干燥塔控制系统主要由燃烧、干燥、投料、除尘等几个主要部分组成。
主要用于把液态原料制备成固体粉末原料的设备。
在很多行业作为原料制备或成品制备的系统设备。
计算机控制技术综合课程设计方案清晨的阳光透过窗帘，洒在键盘上，伴随着一杯热咖啡的香气，我开始构思这个“计算机控制技术综合课程设计方案”。
这个方案不仅要体现计算机控制的精髓，还要让学生在实践中掌握核心技能，下面是我的思路。
一、课程目标我们要明确课程目标。
这不仅仅是教会学生一些编程语言和算法，更重要的是让他们理解计算机控制系统的设计理念、工作原理和应用场景。
简单来说，我们要培养的是未来的计算机控制系统设计师。
二、课程内容1.基础理论课程的前半部分，我们会重点讲解计算机控制的基础理论，包括控制系统的基本概念、数学模型、控制器设计等。
这部分内容虽然枯燥，但却是后续实践的基础。
我会用生动的例子和实际应用场景来引导学生，让他们对这些理论产生兴趣。
2.编程实践是编程实践环节。
我们会教授学生如何使用C/C++、Python等编程语言来设计计算机控制系统。
在这个过程中，学生将学会如何将理论应用到实际项目中，如何处理各种复杂问题。
3.硬件接口除了编程，我们还会教授学生如何使用各种硬件接口，如串口、网络接口等。
这部分内容会让学生了解到计算机控制系统与外部设备之间的通信方式，为后续的实践项目打下基础。
4.项目实践在课程的我们会安排一系列项目实践。
这些项目将涵盖不同的应用领域，如智能家居、工业自动化等。
学生将分组进行项目设计，从需求分析、系统设计到编程实现，全方位锻炼自己的能力。
三、教学方法1.案例教学我会采用案例教学的方法，通过分析经典的计算机控制系统案例，让学生理解理论知识在实际中的应用。
同时，案例教学也能激发学生的兴趣，让他们主动参与到课程中来。
2.实践教学实践教学是本课程的核心。
我会安排大量的实验和项目实践，让学生在实践中掌握计算机控制技术的应用。
还会鼓励学生参加各种比赛和项目，提升他们的实际操作能力。
3.互动教学在教学过程中，我会鼓励学生提问和发表自己的观点。
通过互动，我可以及时了解学生的掌握情况，调整教学进度和难度。
计算机控制系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解计算机控制系统的基本原理，掌握控制系统的数学模型和性能指标；2. 学会分析控制系统的稳定性、快速性和准确性，并运用相关理论知识对实际控制系统进行优化；3. 掌握计算机控制系统的设计方法和步骤，能结合实际案例进行控制系统设计。
技能目标：1. 能够运用所学知识，对简单的控制系统进行建模、分析和设计；2. 掌握使用计算机辅助设计软件（如MATLAB/Simulink）进行控制系统仿真的基本技能；3. 培养团队协作和沟通能力，通过小组合作完成课程设计任务。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对计算机控制系统课程的兴趣，激发他们探索未知、解决问题的热情；2. 培养学生严谨的科学态度，注重理论与实践相结合，提高他们的工程素养；3. 增强学生的创新意识，鼓励他们在课程设计中勇于尝试新方法，培养创新精神和实践能力。
课程性质分析：本课程为专业核心课程，旨在使学生掌握计算机控制系统的基本理论、方法和技能，培养具备实际控制系统设计与分析能力的高级技术人才。
学生特点分析：学生处于本科高年级阶段，已具备一定的控制系统基础知识和实践能力，具有较强的求知欲和自主学习能力。
教学要求：结合课程性质和学生特点，注重理论与实践相结合，强调动手能力和创新意识的培养。
通过本课程的学习，使学生能够将所学知识应用于实际控制系统设计，提高解决实际问题的能力。
在教学过程中，将课程目标分解为具体的学习成果，以便进行教学设计和评估。
二、教学内容1. 计算机控制系统概述：介绍计算机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 计算机控制系统引论2. 控制系统数学模型：讲解控制系统的微分方程、传递函数、状态空间模型等数学描述方法。
教材章节：第二章 控制系统数学模型3. 控制系统性能分析：分析控制系统的稳定性、快速性、准确性等性能指标。
教材章节：第三章 控制系统性能分析4. 计算机控制系统设计方法：讲解控制系统设计的基本方法，包括PID控制、状态反馈控制、观测器设计等。
计算机控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握计算机控制系统的基础理论知识，包括控制系统的组成、工作原理和性能指标；2. 使学生了解常见传感器的工作原理，并能运用所学知识分析传感器的选用原则；3. 让学生掌握计算机控制算法的基本原理，如PID控制、模糊控制等。
技能目标：1. 培养学生运用计算机编程软件（如MATLAB）进行控制系统仿真的能力；2. 培养学生设计简单的计算机控制系统硬件电路，并进行调试的能力；3. 提高学生运用所学知识解决实际计算机控制问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对计算机控制技术产生浓厚的兴趣，激发学生的学习热情；2. 培养学生具备团队协作精神，学会与他人共同探讨、分析和解决问题；3. 增强学生的创新意识，培养学生在面对实际问题时敢于尝试、勇于突破的精神。
分析课程性质、学生特点和教学要求：本课程为计算机控制技术的实践性课程，旨在培养学生的实际操作能力和创新能力。
学生处于高年级阶段，已具备一定的专业基础知识和实践能力。
教学要求注重理论与实践相结合，强调学生的动手实践能力和解决实际问题的能力。
二、教学内容1. 计算机控制系统概述- 控制系统基本概念- 控制系统发展历程- 计算机控制系统的优势与应用2. 控制系统硬件组成- 控制器硬件结构- 传感器及其接口技术- 执行器及其接口技术3. 计算机控制算法- PID控制算法原理- 模糊控制算法原理- 其他先进控制算法介绍4. 控制系统仿真与设计- MATLAB/Simulink软件介绍- 控制系统仿真模型搭建- 控制系统硬件设计及调试5. 实际案例分析与讨论- 典型计算机控制系统案例分析- 学生分组讨论实际控制问题- 创新性控制系统设计实践教学内容安排与进度：第一周：计算机控制系统概述第二周：控制系统硬件组成第三周：计算机控制算法第四周：控制系统仿真与设计第五周：实际案例分析与讨论教材章节及内容列举：第一章：计算机控制系统概述（涵盖教学内容1）第二章：控制系统的硬件与接口技术（涵盖教学内容2）第三章：计算机控制算法（涵盖教学内容3）第四章：控制系统的仿真与设计（涵盖教学内容4）第五章：计算机控制系统应用案例（涵盖教学内容5）三、教学方法本课程采用以下多样化的教学方法，以充分激发学生的学习兴趣和主动性：1. 讲授法：用于讲解计算机控制系统的基本概念、原理和算法等理论知识。
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。
课程设计报告学生姓名:学号：学院: 自动化工程学院班级:题目: 计算机控制系统1 题目背景与意义1.1 设计背景在自动控制系统的实际工程中，经常需要检测被测对象的一些物理参数，如温度、流量、压力、速度等，这些参数都是模拟信号的形式。
它们要由传感器转换成电压信号，再经A/D转换器变换成计算机能够处理的信号。
同样，计算机控制外设，如电动调节阀、模拟调速系统时，就需要将计算机输出的数字信号经过D/A转换器变换成外设能接受的模拟信号。
本次《计算机控制系统》课程设计的目的就是让同学们在理论学习的基础上，通过完成一个涉及单片机A/D和D/A多种资源应用并具有综合功能的小系统目标板的设计与编程应用，使我们不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，而且能够对电子电路、电子元器件、等方面的知识进一步加深认识，同时在系统设计、软件编程、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。
帮助同学们增进对单片机的感性认识，加深对单片机理论方面的理解，从而更好的掌握单片机的内部功能模块的应用以及A/D和D/A功能的实现。
使学生了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现，为以后设计和实现单片机应用系统打下良好基础。
1.2 设计意义通过设计此测控装置，加深对控制系统的理解，达到活学活用的目的。
理论结合实践，锻炼综合运用能力。
2 设计题目介绍2.1设计题目设计一个基于单片机的具有A/D和D/A功能的信号测控装置。
要求该信号测控装置能够接入典型传感器、变送器信号，同时可输出标准电压/电流信号。
并满足抗干扰、通用性、安全性、性价比等原则性要求。
标准电压/电流信号此处定为：0～5V/4～20mA2.2设计要求2.2.1 基本要求设计一个基于单片机的具有A/D和D/A功能的信号测控装置。
要求该信号测控装置能够接入典型传感器、变送器信号，同时可输出标准电压/电流信号。
并满足抗干扰、通用性、安全性、性价比等原则性要求。
内蒙古工业大学课程设计任务书学院（系）：能源与动力工程课程名称：计算机控制系统课程设计专业班级：学生姓名：学号：指导教师（签名）：第一章 计算机控制系统的离散化设计计算机控制系统的设计，是指在给定系统性能指标的条件下，设计出数字调节器，使系统达到要求的性能指标。
本章介绍的离散化设计是在Z 平面上设计的方法，对象可以用离散模型表示，或者用离散化模型表示的连续对象。
1.1 有限拍设计概述有限拍设计的要求是在系统在典型的输入作用下，经过尽可能少的采样周期后系统达到稳定。
并且，在采样点之间没有波纹。
有限拍无波纹设计其实是一种时间的最优控制。
图1-1中D （z ）是数字调节器模型，由计算机实现，)(0s H 是零阶保持器的传递函数。
图1-1 有限拍随动系统G(s)是控制对象的传递函数，零阶保持器和控制对象离散化以后，成为广义对象的Z 传递函数HG(z)HG(z)=Z[)()(0s G s H ] （1-1） 有限拍随动系统的闭Z 环传递函数[])()(1)()(z HG z D z HG z D G c +=（1-2）有限拍随动系统的误差Z 传递函数)(1)()()(z G z R z E z G c e -===)]()(1[1z HG z D + （1-3）有限拍随动系统的调节器由（1-2）和（ 1-3）可得：)()()()(z HG z G z G z D e c（1-4）随动系统的调节时间也就是系统的误差e(kT)达到恒定值或趋于零所需要的时间，根据Z 变换的定义： kk z kT e z E -∞=∑=0)()(=++++++----k z kT e z T e z T e z T e e )()3()2()()0(321（1-5）由式（1-5）就可知道 ),(,),2(),(),0(kT e T e T e e 。
有限拍系统就是要求系统在典型的输入作用下，当k ≥N 时，)(kT e 为恒定值或)(kT e 等于零。
计算机控制系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解计算机控制系统的基本原理和概念，掌握控制系统的数学模型；2. 掌握常见控制算法，如PID控制、模糊控制等，并能运用至实际控制系统中；3. 了解计算机控制系统在不同领域的应用，如工业控制、智能家居等。
技能目标：1. 能运用所学知识对简单的控制系统进行建模和分析；2. 掌握利用计算机编程实现对控制系统的仿真和优化；3. 能设计简单的计算机控制系统，具备初步的控制系统调试和故障排查能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对计算机控制系统及自动化技术的兴趣，激发其探索精神和创新意识；2. 培养学生的团队协作能力和沟通能力，使其在项目实践中学会合作与分享；3. 增强学生的社会责任感，使其认识到计算机控制系统在国民经济发展中的重要作用。
课程性质：本课程为实践性较强的学科，注重理论联系实际，通过课程设计，使学生在实践中掌握计算机控制系统的相关知识和技能。
学生特点：学生具备一定的计算机基础和控制理论知识，具有较强的动手能力和求知欲。
教学要求：结合学生特点，注重启发式教学，引导学生主动探究，提高其解决实际问题的能力。
将课程目标分解为具体的学习成果，以便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 计算机控制系统概述- 控制系统基本原理- 计算机控制系统的组成与分类- 控制系统性能指标2. 控制系统数学模型- 线性系统数学模型- 非线性系统数学模型- 系统建模方法3. 常见控制算法- PID控制算法- 模糊控制算法- 其他先进控制算法简介4. 计算机控制系统应用案例分析- 工业控制应用案例- 智能家居应用案例- 其他领域应用案例5. 控制系统设计与实践- 控制系统设计方法- 基于计算机的控制系统仿真- 控制系统编程与调试- 故障排查与优化6. 课程项目实践- 项目任务书与要求- 项目实施步骤与方法- 项目成果展示与评价教学内容安排和进度：第1-2周：计算机控制系统概述、控制系统数学模型第3-4周：常见控制算法第5-6周：计算机控制系统应用案例分析第7-8周：控制系统设计与实践第9-10周：课程项目实践与成果展示教材章节关联：第1章：计算机控制系统概述第2章：控制系统数学模型第3章：常见控制算法第4章：计算机控制系统应用案例分析第5章：控制系统设计与实践第6章：课程项目实践与评价三、教学方法1. 讲授法：- 对于计算机控制系统的基本原理、数学模型和控制算法等理论知识，采用讲授法进行教学，使学生在短时间内掌握课程核心内容；- 讲授过程中注重启发式教学，引导学生主动思考问题，提高课堂互动效果。
计算机控制系统课程设计一、教学目标本课程旨在让学生掌握计算机控制系统的基本原理、方法和应用，培养学生运用计算机技术分析和解决控制问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）了解计算机控制系统的基本概念、分类和特点；（2）掌握控制系统的数学模型建立和仿真方法；（3）熟悉常见控制器的设计方法和性能分析；（4）掌握计算机控制系统的实现技术和应用领域。
2.技能目标：（1）能够运用数学模型分析和解决计算机控制系统问题；（2）具备使用控制系统仿真软件进行仿真分析的能力；（3）能够根据实际需求设计合适的控制器，并分析其性能；（4）具备计算机控制系统设计和调试的基本技能。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对计算机控制系统的兴趣和好奇心；（2）培养学生勇于探索、创新的精神，提高自主学习能力；（3）培养学生团队协作意识和沟通能力；（4）培养学生关注社会热点，将所学知识应用于实际问题的意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.计算机控制系统概述：计算机控制系统的定义、分类、特点和应用领域；2.控制系统的数学模型：控制系统数学模型的建立、仿真和分析；3.控制器设计方法：PID控制、模糊控制、神经网络控制等控制器设计方法；4.计算机控制系统实现技术：硬件选型、软件设计、系统调试等；5.计算机控制系统应用案例：工业生产、航空航天、生物医学等领域的应用实例。
三、教学方法为实现教学目标，本课程将采用以下教学方法：1.讲授法：系统地传授理论知识，引导学生掌握基本概念和原理；2.案例分析法：通过分析实际案例，使学生了解计算机控制系统的应用和设计方法；3.实验法：学生进行实验，提高学生的动手能力和实际问题解决能力；4.讨论法：学生分组讨论，培养学生的团队协作和沟通能力。
四、教学资源为实现教学目标，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的教材，为学生提供系统、全面的学习资料；2.参考书：提供相关领域的参考书籍，丰富学生的知识体系；3.多媒体资料：制作课件、视频等多媒体资料，提高课堂教学效果；4.实验设备：配置合适的实验设备，为学生提供实践操作的机会。
计算机控制系统基础课程设计
一、项目概述
本项目是一款基于计算机控制系统的物流小车，通过对传感器数据的采集，完
成对小车的自动化运行控制与监控，具体功能如下：
1.小车通过Infrared接收和红外线传感器感应来检测前方是否有障碍，
在检测到障碍物后，小车会自动制动或绕路行驶；
2.小车通过控制电机和驱动器来实现前进、后退、左转、右转的操作；
3.针对物流小车的场景，本项目还添加了货物进行的操作，可以通过按
钮进行货物的提起、放下和转动操作。
二、系统结构
本系统采用了常见的单片机系统设计，主要包括以下三部分：
1.控制层：主控芯片采用STC89C52单片机进行控制。
该单片机有8位
数据总线，11KB的存储器空间和频率可以达到40Mhz，能够较好地满足本项
目的功能需求。
2.传感层：系统集成了红外线传感器和Infrared接收器，可以对车辆
行驶过程中的前方情况进行监测。
3.动力层：车辆的驱动采用高效电机和驱动器，能够实现准确的前进、
后退、左转、右转等行使操作。
三、系统实现
1. 控制层设计
控制层是整个系统的核心部分，主要完成对小车的控制和监控。
在本项目中包
含以下主要模块：
1。
计算机控制系统分析与设计课程设计一、课程设计的背景与意义计算机控制技术已成为现代工业自动化的核心技术之一，与机械、电子、电气、仪器等学科紧密结合，对提高生产效率、优化生产过程、降低成本、提高产品质量、增强企业竞争力等发挥着巨大的作用。
计算机控制系统分析与设计课程是工科类计算机专业的重要基础课程，其主要内容包括计算机系统基础、控制系统的建模和设计、控制算法的选择和实现等内容。
对于学生深入理解计算机控制系统的原理和方法，提高工程实践能力、解决实际问题具有重要的指导意义。
本课程设计通过课程设计，旨在帮助学生深入理解和掌握计算机控制系统分析与设计的相关知识，提高学生工程设计和实践能力，使学生能够在工程实践中灵活地应用所学知识，解决实际控制工程问题。
二、课程设计的教学目标•掌握计算机控制系统基本原理和方法；•能够熟练使用MATLAB等软件进行控制系统的建模和仿真；•能够基于PID控制算法，设计出满足控制要求的控制系统；•能够解决实际控制工程中的问题。
三、教学内容和方法1. 教学内容1.计算机控制系统基础–信号与系统–连续时间与离散时间系统–系统的稳定性分析2.控制系统建模–系统的时域建模–系统的传递函数建模–系统的状态空间建模3.控制系统性能分析–稳态性能分析–暂态性能分析4.控制系统设计–经典控制理论，如PID控制器–现代控制理论，如模型预测控制–控制系统非线性问题分析5.控制系统实现–MATLAB等仿真软件的使用–控制系统硬件实现2. 教学方法本课程设计采用理论教学和实验操作相结合的方式，注重培养学生的实际操作能力和问题解决能力：1.理论课程，通过讲授理论知识和示例，阐述计算机控制系统的基本原理和方法。
2.模拟仿真实验，将各种控制系统建模方法、控制算法应用于MATLAB软件进行仿真分析；3.案例分析，将所学知识与工程实践相结合，分析解决实际问题，帮助学生理解和掌握课程设计的理论知识。
四、课程设计的评分办法1.实验报告；2.组织思路、掌握的技能、解决问题的能力；3.清晰的思路表达、文本规范；五、总结计算机控制系统分析与设计是一门综合性强的课程，正是因为如此，这门课程的重要性也就与日俱增。
课程设计(综合实验)报告（2011 -- 2012 年度第学期）名称：计算机控制技术与系统题目：数字控制系统I/O通道方案设计与实现院系：自动化班级：学号：学生姓名：指导教师：设计周数： 1成绩：日期：2012 年月日《计算机控制技术与系统》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任务的要求，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、设计正文（一）、相关基础知识回顾：1、DA转换功能定义：随着数字技术，特别是计算机技术的飞速发展与普及，在现代控制、通信及检测等领域，为了提高系统的性能指标，对信号的处理广泛采用了数字计算机技术。
由于系统的实际对象往往都是一些模拟量（如温度、压力、位移、图像等），要使计算机或数字仪表能识别、处理这些信号，必须首先将这些模拟信号转换成数字信号；而经计算机分析、处理后输出的数字量也往往需要将其转换为相应模拟信号才能为执行机构所接受。
这样，就需要一种能在模拟信号与数字信号之间起桥梁作用的电路--模数和数模转换器。
将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器（简称A/D转换器）；将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器（简称D/A转换器）；A/D转换器和D/A转换器已成为计算机系统中不可缺少的接口电路。
本报告中采用的设计是51单片机与4个DAC0832组成一个4路同步D/A转换输出电路，可以将4组不同的数字信号进行同步转换输出，再将小信号通过放大器进行放大输出，得到所需要的可以观察的模拟信号。
2、D/A器件性能参数：⑴分辨率。
分辨率是指最小输出电压（对应于输入数字量最低位增1所引起的输出电压增量）和最大输出电压（对应于输入数字量所有有效位全为1时的输出电压）之比，例如，4位DAC的分辨率为1/(24-1)=1/15=6.67%（分辨率也常用百分比来表示）。
基于单片机实现的电子密码锁一:电子密码锁的特点电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子产品。
它的种类很多，有简易的电路产品，也有基于芯片的性价比较高的产品。
现在应用较广的电子密码锁是以芯片为核心，通过编程来实现的。
其性能和安全性已大大超过了机械锁，主要特点如下： 1.保密性好，编码量多，远远大于弹子锁。
随机开锁成功率几乎为零。
2.密码可变。
用户可以经常更改密码，防止密码被盗，同时也可。
3.以避免因人员的更替而使锁的密级下降。
4.误码输入保护。
当输入密码多次错误时，报警系统自动启动，防止试探密码。
二.设计目标本次设计使用ATMEL公司的AT89C51实现一基于单片机的电子密码锁的设计，其主要具有如下功能：1.设置6位密码，密码通过键盘输入，若密码正确，则将锁打开。
2.密码可以由用户自己修改设定（只支持6位密码），锁打开后才能修改密码。
修改密3.码之前必须再次输入旧密码，在输入新密码。
4.报警、锁定键盘功能。
密码输入错误数码显示器会出现错误提示，若密码输入错误次数超过3次，蜂鸣器报警并且锁定键盘。
三.设计的具体体现1.系统概述电子密码锁的设计主要由三部分组成：4×4矩阵键盘接口电路、密码锁的控制电路、输出八段显示电路。
另外系统还有LED 提示灯，报警蜂鸣器等。
密码锁设计的关键问题1.密码输入功能：按下一个数字键，一个“－”就显示在最右边的数码管上，同时将先前输入的所有“－”向左移动一位。
2.密码清除功能：当按下清除键时，清除前面输入的最后一位值，并清对应显示。
3.密码更改功能：将输入的值作为新的密码。
4.开锁功能：当按下开锁键，系统将输入与密码进行检查核对，如果正确锁打开，否则不打开。
系统结构图一系统组成如图二所示系统主要由AT89C51(51系列)、六位位数码管、蜂鸣器、LED、4×4矩阵键盘、复位电路等组成。
系统可行性分析系统工作原理分析：使用AT59C51单片机、4×4矩阵键盘、LED、蜂鸣器等。
大学计算机控制系统教案教案名称：大学计算机控制系统教学内容：该教学内容主要包括计算机控制系统的基础概念、PID控制系统原理、因果关系模型、模糊控制系统及其应用实例、控制系统稳定性分析等。
教学目标：1、了解计算机控制系统概念。
2、掌握PID控制系统原理。
3、熟悉因果关系模型，掌握应用方法和技巧。
4、了解模糊控制系统及其应用实例。
5、掌握控制系统稳定性分析方法。
6、实践运用所学知识，解决实际问题。
教学过程：1、授课法：首先给学生讲述控制系统的基本概念，比如说控制系统本质、开状系统和闭状系统、系统性能指标、系统组成结构等知识点，让学生对控制系统进行整体了解。
2、案例法：告诉学生一些业界典型的控制系统案例，比如载人飞行器控制、工业过程控制、机器人控制等。
通过案例的讲解，让学生能够理解控制系统的实际应用场景。
3、问题解决法：针对PID控制系统原理和因果关系模型进行详细讲解，让学生掌握相关的基本原理、数学模型和计算方法。
在讲解的过程中，教师不时出现问题以帮助学生理解和巩固所学知识点。
4、实例演练法：举例讲解模糊控制系统及其应用实例，通过实际运用案例演练的形式，让学生更加深入地了解模糊控制系统的原理和应用。
5、互动讨论法：针对控制系统稳定性分析，要求学生独立思考、分析，让其发表自己的观点和分析结果，教师再对学生们的分析结果进行深入讲解，并给学生提供一些思路性的问题，引导学生加深思考。
6、课堂练习法：在学完理论知识后，通过课堂练习巩固学生所学的控制系统知识，并进而运用所学知识解决实际问题。
教学方式：1、理论讲解：通过课堂授课的形式，讲解计算机控制系统的基本概念、PID控制系统原理、因果关系模型、模糊控制系统及其应用实例、控制系统稳定性分析等内容，使学生对该知识领域有一个全面的认识。
2、案例分析：选取典型的业界案例，让学生从实际应用中感受控制系统的作用和应用范围，从而使学生更好地理解所学知识。
3、互动讨论：通过引导学生进行互动讨论，相互交流所学知识和掌握方法，从而帮助学生更好地理解和巩固所学知识。
计算机控制系统课程设计报告选题加热炉温度控制系统学院工学院专业名称自动化班级11-1学号111044108姓名陈曦指导教师阚江明职称副教授计算机控制系统课程设计报告选题：电阻加热炉温度控制系统实验小组成员：王军、陈曦一、题目内容介绍：1. 工业用电阻加热炉用电炉丝提供功率，实验中采用PLC-18温度的控制和传送实验挂箱，使其在预定的时间内将玻璃管内空气温度稳定到给定的温度值。
本控制对象脉宽变送部分输入电压为0~10V控制加热装置，内部温度传感器输出信号后由挂箱内电路转变为电压输出0~10V，对应0~100摄氏度，采用双向可控硅进行控制。
2. 以MSP430F149处理器作为控制中心，独立完成控制系统硬件部分设计。
3. 基本功能要求：（1）选择适当的传感器和控制执行部件，计算机输出的控制信号控制可控硅的工作状态，从而控制炉内温度；（2）要求控制温度范围0~100摄氏度，控制精度±1摄氏度；（3）具有键盘和LED/LCD显示功能，便于进行设定温度等参数的设定和系统工作状态显示；（4）控制算法采用标准/改进数字PID算法，进行控制性能比较。
4.主要任务：（1）在MATLAB/Simulink环境下完成控制系统建模和数字控制器设计工作，控制算法采用标准/改进数字PID算法，进行控制性能比较；（2）在Protel环境下完成控制系统硬件部分设计；（3）完成控制软件程序的设计，要求编译通过即可，注意软件设计中的模块化设计方法。
二、硬件模块设计方案1、单片机开发板硬件资源介绍如下:01.主芯片MSP430F149 最小板,可拨插,方便更换;02.板载USB 下载器,一根USB 线就可以下载程序;对于笔记本电脑客户不需要一定要购买仿真器才能下载.此模块也可能通过杜邦线连接单片机实现USB 转串口通讯; 03.电源模块,输入电源为直流8~12V 或者USB 的5V电源,可输出5V 和3.3V 电压,电源引脚都已出来,方便实验时外扩;04.8 位LED 发光管,可做流水灯实验及灯指示实验; 05.8 位数码管显示模块,可实验数码管显示和指示实验;06.用MAX232 实现两路串口通讯,可做串口通讯,实现上位机和下位机的通讯及控制;07.MAX485 芯片,实现485 通讯实验;08.4*4 点阵按键,实现点阵扫描实验;09.4 位独立按键,实现普通按键IO 输入及中断实验;10.ULN2003 芯片,实现步进电机和直流电机驱动控制实验;11.SN74LVC4245 芯片,实验 3.3V 电平向5V 电平的转换实验;12.DS1302 芯片,实现实时钟实验,板载有给DS1302 供电的电池,保正DS1302 的时间连续性,不随主板的断电而停止了工作; 13.A T24C02 芯片,实现E2PROM 的存储和读取,通过I2C 总线去实验;14.DSC5571 芯片,实验DA 转换实验;15.两路AD 输入,实验AD 转换实验;16.一体化红外接收头,实验红外接收解码实验;17.一个复位按键,可给单片机复位;18.一路可接入高压控制的继电器,实现继电器控制实验;19.一路蜂鸣器实验,可实现发声.报警实验20.板载四路常用的无线模块接口,包括NRF905,CC1100,NRF24L01.NRF2401A 无线模块.可实验无线数传,无线控制等实验;21.PS2 键盘输入接口,可实现键盘输入实验;22.板载有1602 和12864 液晶接口,可实验1602 和12864 液晶显示实验;23.万能扩展接口,可接本店开发的点阵汉字显示模块,语音模块,彩屏模块,传感器扩展模块等;24.标准的JTAG 接口,可实现仿真器通过此接口对主芯片实现在线调试和下载;25.主芯片的所有引脚IO 都已外引,焊好了排针,方便扩展实验及自己DIY 实验;本开发板的所有模块都是独立设计的,和主芯片相互之间都是通过跳线帽来连接;它的电路图如图还有阚老师借给我们的温度检测与控制模块，实物图如下：由于单片机电压为0~3.23V，挂箱电压为0~10V，故中间还需要电压变换电路。
其电路图如下：具体实物连接如下图：三、实验所需软件介绍我们编程时使用的IAR软件全称IAR Electronic Workbench for MSP430 3.42A这个软件是一款非常优秀的IED 开发环境，具有强大的编译能力和调试功能，用熟用好这个软件，这对我们有效开发MSP430 单片机是十分必须的。
更多的关于IAR 软件的使用资料可以参考软件自身Help中的帮助文档，这些资料是学习这个软件的最好素材。
比较实用的一点是主界面左下角有个Function虚拟按键，可以通过列表方便的查找到对应标签处的功能程序，在一些比较长的程序修改和阅读中很有作用。
BSL下载器主要用于烧录文件。
使用方法如下：打开IAR，找到编译好的工程文件，在属性中生成他的对应txt文件，再打开BSL下载器下载对应txt文件，选择正确串口和芯片类型，点击执行就可以了。
四、编程中遇到的难点与解决办法编程主要由王军同学负责，我在旁协助。
刚开始连接好电路，设置串口，遇到最大的一个问题是键盘、显示、蜂鸣器在一起编程，如何避免时钟混乱，如何确保键盘按键和显示的实时反应。
我们逐个分析各个串口的作用，避免混用。
另外，我们将按键的扫描提前到显示刷新程序之前，确保了按键有动作，显示会立马跟上反应。
在单片机板的显示上，我们编程实现了8位数码管的左三位显示的是设定值，右三位显示的是实际测量温度值，中间加入两个分隔符，如图。
最终，我们的程序流程图如下：五、控制算法仿真及分析1、开环系统仿真测量并绘制出开环系统的阶跃响应曲线，求出开环传递函数，使用Matlab 里的Simulink 工具进行建模仿真。
.113219.1)(,132,6.353.56632.0)(632.0,19.16.334.163.56)0()(K )(632.00+====⨯=∞=-=-∞=∞s s G s T T h x h h h以上求出的是开环传递函数，利用Simulink 仿真，将一个33.6的阶跃信号加到该对象上，然后根据仿真与实际所测得曲线整定实际开环传递函数得 128019.1)(G +=s s 。
根据实际传递函数建立仿真图，进行仿真对比。
2、闭环负反馈仿真：阶跃为20时如下图：阶跃为40时如下图：阶跃为60时如下图：3、标准PID仿真kp=3时如图：kp=3,ti=600时如图：六、实验具体过程以及实验结果在这个过程主要介绍PID+开关控制调节对系统控制产生的影响及其实验步骤。
main程序PID控制程序段中，将比例环节参数kp调整为3，其他不变即ti=9999,td=0。
编译程序通过后打开BSL软件，设置为正确串口,装在烧录文件即main.c文件，与单片机连接后点击执行，等待单片机烧录文件。
在文件烧录过程中，单片机板左上角LED等会闪烁，表示正在烧录，若灯不闪烁则表示烧录出现错误，则需要重启单片机再次连接电脑。
烧录完成后，用手机对准实验挂箱显示数码管开始录像，此时数码管显示的此时室温。
这时需要快速用键盘录入温度设定值（70摄氏度，设定方式：连续按最左上角键盘7次）。
设定完后数码管显示值就开始从室温开始上升，大约三分三十秒后上升到70摄氏度左右，然后显示值会在70摄氏度左右波动，大约六分钟时停止实验，关闭试验箱和单片机，结束录像。
制作表格如图为了出图效果更好，我们在温度上升过程中设定每30秒采样一次，在达到设定值70摄氏度后，每6秒采样一次，如果波动特别频繁且变化幅度小则适当缩短采样时间。
因为实验挂箱显示的电压值0~10V对应的是0~100摄氏度，所以在Excl表格中测量温度一列中可以直接编写程序，使这一列的数据直接由读得电压显示值乘以10得到。
将手机视频通过USB导入电脑后，定格在刚开始录入设定值的画面，调节快进幅度为每次快进30秒，每快进一次，填入对应读数一次。
在温度达到设定值70摄氏度后，调节快进幅度为每次快进6秒，同样对应填入数据。
最终得到一个采样的温度随时间变化表格，再由Excl自带功能选择横坐标为时间，纵坐标为温度，设定值和测量值随时间变化的曲线。
注重观察表格中测量值的偏离幅度，观察曲线在达到设定值后的变化曲线。
此时可以看出，无论是系统控制速度还是精度都已经达到了要求，但是在这之前我们小组是付出了很多努力的。
按照上面介绍的这种实验方法我们进行了许多试验。
1、开环控制可以看出开环控制是完全达不到控制要求的，最终稳态偏离了6.3摄氏度，没有达到控制精度。
2、闭环负反馈控制此时阶跃为20，精度方面基本能达到要求，但是控制时间过长，导致温度很慢才能达到设定值。
下面分别为阶跃40和60的情况：均远远不能达到实验要求。
3、标准PID控制在这里我们根据经验法求出的比例、积分、微分系数范围，逐个尝试不同数值，以下是系统控制状况较好的系数取值和所得控制曲线图。
首先是kp=3,ti=9999,td=0的情况：同样，精度要求可以满足，但是控制调节时间过长，以至于温度很难达到设定值。
而下面两种情况，第一个是增加了I调节和IP调节，取值分别为ti=600,td=150,。
可见在添加I调节后，温度控制曲线得到明显改善，精度也控制在0.3摄氏度，调节速度也很快，只是曲线有明显的震荡，周期较长，不能很好地吻合曲线。
而再增加D调节后，温度上升很慢，不满足实际需求。
4、PID+开关控制在程序中表现为当测量温度与设定温度偏差在一摄氏度之内，采用PID调节；当测量温度小于设定温度超过一摄氏度，则电炉丝全开尽快加热；当测量温度大于设定温度超过一摄氏度则电炉丝全关，以尽快降温。
首先取kp=3,ti=9999,td=0，实验数据及表格如图：此时，实验效果基本达到要求，加热速度足够快，基本消除超调量，实验精度也控制在±0.4摄氏度。
其次，我们还增加了I调节，使kp=3,ti=600，td=150，实验曲线如图：这是我们小组所有实验中数据和曲线最好的一组，已经完全达到要求。
最后我们还尝试了一下增加了D调节，下面是使系数kp=3,ti=600,td=150时所得的数据和图像：图像又产生了变化，又完全不符合实验要求。
综上，通过一系列手段修改控制方法和PID调节参数，再通过比较各组数据和温度曲线图的情况，最终我们得出：用PID调节+开关控制时，kp=3,ti=600,td=0时，控制效果最好。
七、总结在本次课设中，我的感悟颇深。
由于自己在前阶段单片机知识学习的不够深入，编程熟练度比较差，因此在编程时难度比较大。
此次课设锻炼了我的单片机知识和编程能力。
在实验过程中，我也学会了录像记录数据和处理数据的这种方法，在其中还锻炼了我的制作表格能力和数据统计能力，让我知道了处理实验数据需要细心和耐心的品质。
