梯形積分PID控制課程設(shè)計(jì)

PAGEPAGE16課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：數(shù)字PID控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（II）課程：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：

第一部分任務(wù)書

《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、課題名稱數(shù)字PID控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（II）二、課程設(shè)計(jì)目的課程設(shè)計(jì)是課程教學(xué)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，是達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)，是綜合性較強(qiáng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，它對(duì)幫助學(xué)生全面牢固地掌握課堂教學(xué)內(nèi)容、培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐和實(shí)際動(dòng)手能力、提高學(xué)生全面素質(zhì)具有很重要的意義?！队?jì)算機(jī)控制技術(shù)》是一門理論性、實(shí)用性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)占有更加重要的地位。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的課程設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合運(yùn)用知識(shí)的過程，它需要控制理論、程序設(shè)計(jì)、硬件電路設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)融合。通過課程設(shè)計(jì)，加深對(duì)學(xué)生控制算法設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)，學(xué)會(huì)控制算法的實(shí)際應(yīng)用，使學(xué)生從整體上了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)際組成，掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)步驟，編程調(diào)試，為從事計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的調(diào)試工作打下基礎(chǔ)。三、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)以89C51單片機(jī)和ADC、DAC等電路、由運(yùn)放電路實(shí)現(xiàn)的被控對(duì)象構(gòu)成的計(jì)算機(jī)單閉環(huán)1.硬件電路設(shè)計(jì)：89C51最小系統(tǒng)加上模入電路（用ADC0809等）和模出電路（用TLC7528和運(yùn)放等）；由運(yùn)放實(shí)現(xiàn)的被控對(duì)象。2.控制算法：梯形積分型的PID控制。3.軟件設(shè)計(jì)：主程序、中斷程序、A/D轉(zhuǎn)換程序、濾波程序、PID控制程序、D/A輸出程序等。四、課程設(shè)計(jì)要求1.模入電路能接受雙極性電壓輸入（-5V~+5V），模出電路能輸出雙極性電壓（-5V~+5V）。2.模入電路用兩個(gè)通道分別采集被控對(duì)象的輸出和給定信號(hào)。3.每個(gè)同學(xué)選擇不同的被控對(duì)象：[我選擇的控制對(duì)象是G(s)=EQ\F(4,s(0.2s+1))] 4.PID參數(shù)整定，根據(jù)情況可用擴(kuò)充臨界比例度法，擴(kuò)充響應(yīng)曲線法等。5.定時(shí)中斷時(shí)間可在10-50ms中選取，采樣周期取定時(shí)中斷周期的整數(shù)倍，可取30-150ms，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定。6.濾波方法可選擇平均值法，中值法等。有關(guān)的設(shè)計(jì)資料可參考《計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》的相關(guān)內(nèi)容。五、課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果1.控制系統(tǒng)能正確運(yùn)行。2.正確整定PID參數(shù)后，系統(tǒng)階躍響應(yīng)超調(diào)<10%，調(diào)節(jié)時(shí)間盡量短。六、進(jìn)度安排序號(hào)內(nèi)容天數(shù)1布置任務(wù)，熟悉課題要求0.52總體方案確定，硬件電路設(shè)計(jì)1.53熟悉實(shí)驗(yàn)箱及C語言開發(fā)環(huán)境，研讀范例程序，14控制算法設(shè)計(jì)15軟件編程，調(diào)試16實(shí)驗(yàn)17總結(jié)，撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告1七、課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容：總結(jié)設(shè)計(jì)過程，寫出設(shè)計(jì)報(bào)告，設(shè)計(jì)報(bào)告具體內(nèi)容要求如下：1．課程設(shè)計(jì)的目和設(shè)計(jì)的任務(wù)。2．課程設(shè)計(jì)的要求。3．控制系統(tǒng)總框圖及系統(tǒng)工作原理。4．控制系統(tǒng)的硬件電路連接圖（含被控對(duì)象），電路的原理。5．軟件設(shè)計(jì)流程圖及其說明。6．電路設(shè)計(jì)，軟件編程、調(diào)試中遇到的問題及分析解決方法。7．實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析。8．體會(huì)。

第二部分課程設(shè)計(jì)報(bào)告

目錄（宋體2號(hào)加粗）

1課題簡介（宋體4號(hào)加粗）課題的目的，任務(wù)，要求（格式：宋體5號(hào)，首行縮進(jìn)2格，單倍行距，下同）1.1課程設(shè)計(jì)目的課程設(shè)計(jì)是課程教學(xué)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，是達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)，是綜合性較強(qiáng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，它對(duì)幫助學(xué)生全面牢固地掌握課堂教學(xué)內(nèi)容、培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐和實(shí)際動(dòng)手能力、提高學(xué)生全面素質(zhì)具有很重要的意義?！队?jì)算機(jī)控制技術(shù)》是一門理論性、實(shí)用性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)占有更加重要的地位。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的課程設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合運(yùn)用知識(shí)的過程，它需要控制理論、程序設(shè)計(jì)、硬件電路設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)融合。通過課程設(shè)計(jì)，加深對(duì)學(xué)生控制算法設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)，學(xué)會(huì)控制算法的實(shí)際應(yīng)用，使學(xué)生從整體上了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)際組成，掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)步驟，編程調(diào)試，為從事計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的調(diào)試工作打下基礎(chǔ)。1.2課程設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)以89C51單片機(jī)和ADC、DAC等電路、由運(yùn)放電路實(shí)現(xiàn)的被控對(duì)象構(gòu)成的計(jì)算機(jī)單閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。1.硬件電路設(shè)計(jì)：89C51最小系統(tǒng)加上模入電路（用ADC0809等）和模出電路（用TLC7528和運(yùn)放等）；由運(yùn)放實(shí)現(xiàn)的被控對(duì)象。2.控制算法：梯形積分型的PID控制。3.軟件設(shè)計(jì)：主程序、中斷程序、A/D轉(zhuǎn)換程序、濾波程序、PID控制程序、D/A輸出程序等。1.3課程設(shè)計(jì)要求1.模入電路能接受雙極性電壓輸入（-5V~+5V），模出電路能輸出雙極性電壓（-5V~+5V）。2.模入電路用兩個(gè)通道分別采集被控對(duì)象的輸出和給定信號(hào)。3.每個(gè)同學(xué)選擇不同的被控對(duì)象：我選擇的被控對(duì)象是G(s)=EQ\F(4,s(0.2s+1))4.PID參數(shù)整定，根據(jù)情況可用擴(kuò)充臨界比例度法，擴(kuò)充響應(yīng)曲線法等。5.定時(shí)中斷時(shí)間可在10-50ms中選取，采樣周期取定時(shí)中斷周期的整數(shù)倍，可取30-150ms，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定。6.濾波方法可選擇平均值法，中值法等。有關(guān)的設(shè)計(jì)資料可參考《計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》的相關(guān)內(nèi)容。2梯形積分型的PID控制方案設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)總體介紹,框圖，閉環(huán)工作原理。2.1控制系統(tǒng)介紹PID控制器（比例-積分-微分控制器），由比例單元P、積分單元I和微分單元D組成。通過Kp，Ti和Td三個(gè)參數(shù)的設(shè)定。PID控制器主要適用于基本線性和動(dòng)態(tài)特性不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)。PID控制器是一個(gè)在工業(yè)控制應(yīng)用中常見的反饋回路部件。這個(gè)控制器把收集到的數(shù)據(jù)和一個(gè)參考值進(jìn)行比較，然后把這個(gè)差別用于計(jì)算新的輸入值，這個(gè)新的輸入值的目的是可以讓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)達(dá)到或者保持在參考值。和其他簡單的控制運(yùn)算不同，PID控制器可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和差別的出現(xiàn)率來調(diào)整輸入值，這樣可以使系統(tǒng)更加準(zhǔn)確，更加穩(wěn)定?？梢酝ㄟ^數(shù)學(xué)的方法證明，在其他控制方法導(dǎo)致系統(tǒng)有穩(wěn)定誤差或過程反復(fù)的情況下，一個(gè)PID反饋回路卻可以保持系統(tǒng)的穩(wěn)定。PID是以它的三種糾正算法而命名的。這三種算法都是用加法調(diào)整被控制的數(shù)值。而實(shí)際上這些加法運(yùn)算大部分變成了減法運(yùn)算因?yàn)楸患訑?shù)總是負(fù)值。這三種算法是：比例-來控制當(dāng)前，誤差值和一個(gè)負(fù)常數(shù)P（表示比例）相乘，然后和預(yù)定的值相加。P只是在控制器的輸出和系統(tǒng)的誤差成比例的時(shí)候成立。比如說，一個(gè)電熱器的控制器的比例尺范圍是10°C，它的預(yù)定值是20°C。那么它在10°積分-來控制過去，誤差值是過去一段時(shí)間的誤差和，然后乘以一個(gè)負(fù)常數(shù)I，然后和預(yù)定值相加。I從過去的平均誤差值來找到系統(tǒng)的輸出結(jié)果和預(yù)定值的平均誤差。一個(gè)簡單的比例系統(tǒng)會(huì)振蕩，會(huì)在預(yù)定值的附近來回變化，因?yàn)橄到y(tǒng)無法消除多余的糾正。通過加上一個(gè)負(fù)的平均誤差比例值，平均的系統(tǒng)誤差值就會(huì)總是減少。所以，最終這個(gè)PID回路系統(tǒng)會(huì)在預(yù)定值穩(wěn)定下來。微分-來控制將來，計(jì)算誤差的一階導(dǎo)，并和一個(gè)負(fù)常數(shù)D相乘，最后和預(yù)定值相加。這個(gè)導(dǎo)數(shù)的控制會(huì)對(duì)系統(tǒng)的改變作出反應(yīng)。導(dǎo)數(shù)的結(jié)果越大，那么控制系統(tǒng)就對(duì)輸出結(jié)果作出更快速的反應(yīng)。這個(gè)D參數(shù)也是PID被稱為可預(yù)測的控制器的原因。D參數(shù)對(duì)減少控制器短期的改變很有幫助。一些實(shí)際中的速度緩慢的系統(tǒng)可以不需要D參數(shù)。用更專業(yè)的話來講，一個(gè)PID控制器可以被稱作一個(gè)在頻域系統(tǒng)的濾波器。這一點(diǎn)在計(jì)算它是否會(huì)最終達(dá)到穩(wěn)定結(jié)果時(shí)很有用。如果數(shù)值挑選不當(dāng)，控制系統(tǒng)的輸入值會(huì)反復(fù)振蕩，這導(dǎo)致系統(tǒng)可能永遠(yuǎn)無法達(dá)到預(yù)設(shè)值。該閉環(huán)控制系統(tǒng)的被控對(duì)象為二階控制對(duì)象。G(s)=EQ\F(4,s(0.2s+1))首先利用模數(shù)轉(zhuǎn)換單元對(duì)兩路信號(hào)（給定和輸出）進(jìn)行采樣，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后輸入到單片機(jī)中，由單片機(jī)計(jì)算偏差，在進(jìn)行PID計(jì)算，然后輸出給D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成為模擬量后，最后對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制。2.2下圖是一個(gè)典型的PID閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖，被控對(duì)象傳遞函數(shù)G(s)=EQ\F(4,s(0.2s+1))下圖為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，系統(tǒng)給定信號(hào)為階躍信號(hào)。通過零階保持器對(duì)輸出進(jìn)行采樣。2.3閉環(huán)工作原理閉環(huán)控制系統(tǒng)(closed-loop

control

system)的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對(duì)象的輸出(被控制量)會(huì)反送回來影響控制器的輸出，形成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋，若反饋信號(hào)與系統(tǒng)給定值信號(hào)相反，則稱為負(fù)反饋(

Negative

Feedback)，若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋，又稱負(fù)反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。比如人就是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當(dāng)反饋，人體系統(tǒng)能通過不斷的修正最后作出各種正確的動(dòng)作。如果沒有眼睛，就沒有了反饋回路，也就成了一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)。另例，當(dāng)一臺(tái)真正的全自動(dòng)洗衣機(jī)具有能連續(xù)檢查衣物是否洗凈，并在洗凈之后能自動(dòng)切斷電源，它就是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制是指控制的過程中有反饋回路，是一種控制結(jié)構(gòu)，與之相反的是開環(huán)控制。PID控制是典型的自動(dòng)控制方法，它需要有偏差量的輸入，偏差量的取得需要有反饋回路，所以PID控制需要閉環(huán)結(jié)構(gòu)，亦所以可以說PID控制是閉環(huán)控制。除了PID控制之外，還有其他控制方法，但是PID控制簡單、實(shí)用、調(diào)節(jié)方便，應(yīng)用很廣泛。PID控制器又是一個(gè)概念，它只是控制系統(tǒng)里的一個(gè)控制單元。所以PID控制與閉環(huán)控制是不能劃等號(hào)的，不是一個(gè)意思。對(duì)于PID閉環(huán)控制來說，首先是要明白什么是被控對(duì)象，那些是與它有關(guān)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和擾動(dòng)；既然是閉環(huán)那必須要有反饋來構(gòu)成回路。就是按這個(gè)思路把那些對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù)填入即可。如果單回路PID控制的效果不是很理想，也可以考慮其他方式，如串級(jí)。即內(nèi)回路和外回路。內(nèi)回路即快速克服擾動(dòng)，外回路細(xì)調(diào)差值。該閉環(huán)控制系統(tǒng)的被控對(duì)象為二階控制對(duì)象。G(s)=EQ\F(4,s(0.2s+1))首先利用模數(shù)轉(zhuǎn)換單元對(duì)兩路信號(hào)（給定和輸出）進(jìn)行采樣，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后輸入到單片機(jī)中，由單片機(jī)計(jì)算偏差，在進(jìn)行PID計(jì)算，然后輸出給D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成為模擬量后，最后對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制。 3梯形積分型的PID控制硬件電路設(shè)計(jì)重點(diǎn)介紹A/D采樣電路，雙極性電壓輸入的實(shí)現(xiàn)原理；D/A輸出雙極性的實(shí)現(xiàn)原理；給定被控對(duì)象的電路實(shí)現(xiàn)。3.1A/D采樣電路模數(shù)單元采用ADC0809芯片，主要包括多路模擬開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換器兩部分。通過三端地址碼A、B、C多路開關(guān)可選通8路模擬輸入的任何一路進(jìn)行A/D變換。IN0對(duì)地接500歐電阻，構(gòu)成溫度傳感器專用輸入通道；IN1—IN5輸入允許范圍：0V—4.98V，對(duì)應(yīng)數(shù)字量00H—FFH，2.5V對(duì)應(yīng)80H；IN6和IN7接上拉電阻，輸入允許范圍：-5V—+4.96V，對(duì)應(yīng)數(shù)字量00H—FFH，0V對(duì)應(yīng)80H。課程設(shè)計(jì)中，TD-ACC+中的ADC0809芯片輸出8位數(shù)據(jù)線及CLOCK線接控制計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)線及系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)鐘1MCLK上。3.2D/A輸出雙極性的實(shí)現(xiàn)原理數(shù)模轉(zhuǎn)換單元采用TLC7258芯片，它是8位、并行、兩路、電壓型輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器。主要參數(shù)：轉(zhuǎn)換時(shí)間100ns，滿量程誤差1/2LSB，參考電壓-10V—+10V，供電電壓5V—15V。輸入數(shù)字范圍為00H—FFH，80H對(duì)應(yīng)0V，輸出電壓-5V—+4.96V。TD-ACC+中的TLC7258芯片的輸入數(shù)字量八位數(shù)據(jù)線、寫線和通道選擇控制線接控制計(jì)算機(jī)總線。片選線接相應(yīng)I/O片選上。3.3給定被控對(duì)象的電路實(shí)現(xiàn)如圖4梯形積分型的PID控制控制算法設(shè)計(jì)重點(diǎn)介紹控制算法的原理，計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的計(jì)算公式推導(dǎo)，采樣周期選擇。4.1控制算法的原理首先必須明確PID算法是基于反饋的。PID是一種用偏差控制應(yīng)用對(duì)象達(dá)到控制目的的算法。簡單地說，就是運(yùn)用比例、積分、微分算法，來對(duì)回路中的偏差進(jìn)行修正，通過執(zhí)行器調(diào)節(jié)參數(shù)，使測量值穩(wěn)定在設(shè)定值附近，，達(dá)到控制某一參數(shù)的目的。在PID控制器中，積分項(xiàng)的作用是消除穩(wěn)態(tài)誤差。為了保證積分作用，應(yīng)積分項(xiàng)的運(yùn)算精度。為此，可將矩形積分改為梯形積分。梯形積分計(jì)算公式：EQ\I(0,t,)edt≈∑EQ\F(e(i)+e(i-1),2)T4.2計(jì)算公式推導(dǎo)PID控制器由比例單元（P）、積分單元（I）和微分單元（D）組成。其輸入e(t）與輸出u(t）的關(guān)系為u(t)=kp[e(t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt]式中積分的上下限分別是0和t。因此它的傳遞函數(shù)為：G(s)=U(s)/E(s)=kp[1+1/(TI*s)+TD*s]其中kp為比例系數(shù)；TI為積分時(shí)間常數(shù)；TD為微分時(shí)間常數(shù)PID算法表達(dá)式：u(t)=Kp[e(t)+EQ\F(1,Ti)EQ\I(0,t,)e(t)dt+TDEQ\F(de(t),dt)]梯形積分計(jì)算公式：EQ\I(0,t,)edt≈∑EQ\F(e(i)+e(i-1),2)T梯形積分PID控制算式：u(k)=Kp[e(k)+EQ\F(T,Ti)∑EQ\F(e(i)+e(i-1),2)+TDEQ\F(e(k)-e(k-1),T)]T：采樣周期k:采樣序號(hào)u(k):第k次控制器輸出e(k):第k次采樣誤差值e(k-1):第k-1次采樣誤差值Kp:比例增益TI:積分時(shí)間TD:微分時(shí)間4.3采樣周期選擇計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，采樣周期T是一個(gè)重要參數(shù)，它的選擇將直接影響到系統(tǒng)的控制效果。當(dāng)被控對(duì)象不存在純滯后或純滯后時(shí)間比較小時(shí)，在計(jì)算機(jī)字長足夠的情況下，為取得好的控制效果采樣周期應(yīng)選得適當(dāng)小些。charTK=5; //聲明采樣周期變量,//采樣周期＝TK*10ms5梯形積分型的PID控制軟件編程設(shè)計(jì)重點(diǎn)介紹程序的功能與實(shí)現(xiàn)：主程序，定時(shí)中斷程序，外中斷程序各自完成哪些任務(wù)？主程序與兩個(gè)中斷程序的流程圖（自己畫）。A/D轉(zhuǎn)換程序，PID程序，濾波程序的源碼與介紹。報(bào)告不要附上全部源碼。5.1程序的功能與實(shí)現(xiàn)由模擬電路實(shí)現(xiàn)在模擬控制系統(tǒng)中,從信號(hào)迭加的角度看,控制器由比例放大器、微分器、積分器組成,它是一種線形控制器。比例放大器、微分器、積分器可以由集成運(yùn)算放大器、微分電路、積分電路組合實(shí)現(xiàn)。由數(shù)字控制程序?qū)崿F(xiàn)在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中,使用的是數(shù)字控制器。數(shù)字控制器根據(jù)相應(yīng)的算法,經(jīng)過編程,由執(zhí)行程序?qū)崿F(xiàn)。確定算法的思路是將控制器的輸出與輸入根據(jù)函數(shù)關(guān)系式表示成的數(shù)字關(guān)系式編程。5.2主程序與兩個(gè)中斷程序的流程圖5.3AA/D轉(zhuǎn)換程序：voidTimer0()interrupt1using1{ TH0=t0_h; //重新裝入初值 TL0=t0_l; EX1=0; str=0; str=1; //產(chǎn)生A/D啟動(dòng)信號(hào)DIN1=0; EOC=1;while(!EOC); RK=(ADC_7-128+N)/2; N=ADC_7-128;str=0; str=1; //產(chǎn)生A/D啟動(dòng)信號(hào)DIN1=1; EOC=1; while(!EOC);str=0; str=1;EX1=1;}PID程序：if(abs(EK)>IBAND)I=0; //判積分分離值 else { ZEK=SEK/2+ZEK; //計(jì)算積分項(xiàng) I=ZEK*TK; I=I/ti; } P=EK; D=AEK*td; //計(jì)算微分項(xiàng) D=D/TK; TEMP=(P+I+D)*kp; //計(jì)算比例項(xiàng) if(TEMP>0) //判控制量是否溢出，溢出賦極值 { if(TEMP>=127) UK=127; else UK=(char)TEMP; } else { if(TEMP<-128) UK=-128; else UK=(char)TEMP; }濾波程序：YK=(ADC_7-128+M)/2; M=ADC_7-128;EK=RK-YK;RK=(ADC_7-128+N)/2; N=ADC_7-128; 6實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析 重點(diǎn)介紹系統(tǒng)的調(diào)試。6.1程序修改改變參數(shù)硬件接線修改分部進(jìn)行調(diào)試，先調(diào)試雙通道采樣，看有沒有D/A對(duì)應(yīng)的輸出。PID調(diào)節(jié)。我們主要用的是湊試法。用Protel畫出系統(tǒng)電路圖PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：1.理論計(jì)算整定法

它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。2.工程整定方法

它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。現(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1)首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；

(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；

(3)在一定的控制度下通過公式計(jì)算得到PID控制器的參數(shù)。PID調(diào)試一般原則a.在輸出不振蕩時(shí)，增大比例增益P。

b.在輸出不振蕩時(shí)，減小積分時(shí)間常數(shù)Ti。

c.在輸出不振蕩時(shí)，增大微分時(shí)間常數(shù)Td。PID調(diào)試一般步驟a.確定比例增益P確定比例增益P時(shí)，首先去掉PID的積分項(xiàng)和微分項(xiàng)，一般是令Ti=0、Td=0（具體見PID的參數(shù)設(shè)定說明），使PID為純比例調(diào)節(jié)。輸入設(shè)定為系統(tǒng)允許的最大值的60%~70%，由0逐漸加大比例增益P，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；再反過來，從此時(shí)的比例增益P逐漸減小，直至系統(tǒng)振蕩消失，記錄此時(shí)的比例增益P，設(shè)定PID的比例增益P為當(dāng)前值的60%~70%。比例增益P調(diào)試完成。b.確定積分時(shí)間常數(shù)Ti比例增益P確定后，設(shè)定一個(gè)較大的積分時(shí)間常數(shù)Ti的初值，然后逐漸減小Ti，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，之后在反過來，逐漸加大Ti，直至系統(tǒng)振蕩消失。記錄此時(shí)的Ti，設(shè)定PID的積分時(shí)間常數(shù)Ti為當(dāng)前值的150%~180%。積分時(shí)間常數(shù)Ti調(diào)試完成。c.確定積分時(shí)間常數(shù)Td積分時(shí)間常數(shù)Td一般不用設(shè)定，為0即可。若要設(shè)定，與確定P和Ti的方法相同，取不振蕩時(shí)的30%。d.系統(tǒng)空載、帶載聯(lián)調(diào)，再對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，直至滿足要求。

變速積分的基本思想是，設(shè)法改變積分項(xiàng)的累加速度，使其與偏差大小相對(duì)應(yīng)：偏差越大，積分越慢；反之則越快，有利于提高系統(tǒng)品質(zhì)。6.2圖7小結(jié)與體會(huì)進(jìn)入了大四下學(xué)期，我們已經(jīng)結(jié)束了課程的學(xué)習(xí)，開始了我們最后的兩門課程設(shè)計(jì)。學(xué)期開始的第一天夏揚(yáng)老師和李敏艷老師作為我們的指導(dǎo)老師進(jìn)行了計(jì)算機(jī)控制的課程設(shè)計(jì)。在一周半的計(jì)算機(jī)控制的課程設(shè)計(jì)過程中，我受益匪淺。第一天夏老師先就我們上學(xué)期計(jì)算機(jī)控制的學(xué)習(xí)情況及掛科的同學(xué)該如何復(fù)習(xí)做了簡短的指導(dǎo)，然后進(jìn)行小組和課題的分配，我們第二小組所做的課題是數(shù)字PID程序控制設(shè)計(jì)（梯形積分型）。上學(xué)期我們做過了位置式PID控制程序?qū)嶒?yàn)，這次的設(shè)計(jì)課題多少有些相似的地方，但是對(duì)于梯形積分我們不太了解。我們小組6人各自選擇了不同的控制對(duì)象。我選擇的控制對(duì)象是G(s)=EQ\F(4,s(0.2s+1))

參考文獻(xiàn)[1]于海生主編，微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，北京：清華大學(xué)出版社，1999[2]張艷兵等編著，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，北京：國防工業(yè)出版社，2008[3]張毅剛主編，單片機(jī)原理及應(yīng)用，北京：高等教育出版社，2004[4]陳濤編著，單片機(jī)應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008[5]樓然苗,李光飛編著,單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo),北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2007[7]控制、電子技術(shù)類雜志、報(bào)刊基于C8051F單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對(duì)良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機(jī)的自動(dòng)找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機(jī)的液壓動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗(yàn)臺(tái)控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動(dòng)器的研究和設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實(shí)時(shí)內(nèi)核設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度自動(dòng)檢測儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號(hào)檢測儀基于單片機(jī)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Pico專用單片機(jī)核的可測性設(shè)計(jì)研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計(jì)基于雙單片機(jī)的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實(shí)踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時(shí)控和計(jì)數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動(dòng)低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測量儀的研制基于單片機(jī)的紅外測油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究與設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的電梯門機(jī)控制器的研制基于單片機(jī)的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機(jī)的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機(jī)和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機(jī)的膛壁溫度報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于AVR單片機(jī)的低壓無功補(bǔ)償控制器的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)船舶電力推進(jìn)電機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的振動(dòng)信號(hào)的采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機(jī)的疊圖機(jī)研究與教學(xué)方法實(shí)踐基于單片機(jī)嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實(shí)現(xiàn)基于AT89S52單片機(jī)的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的多道脈沖幅度分析儀研究機(jī)器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機(jī)控制系統(tǒng)基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究基于單片機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機(jī)的莫爾斯碼自動(dòng)譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機(jī)的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機(jī)的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機(jī)與Internet互聯(lián)的研究與實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機(jī)控制器的研究基于單片機(jī)γ-免疫計(jì)數(shù)器自動(dòng)換樣功能的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)嵌入式以太網(wǎng)防盜報(bào)警系統(tǒng)基于51單片機(jī)的嵌入式Internet系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)在擠壓機(jī)上的應(yīng)用MSP430單片機(jī)在智能水表系統(tǒng)上的研究與應(yīng)用基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)中TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用單片機(jī)在高樓恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用基于ATmega16單片機(jī)的流量控制器的開發(fā)