計(jì)算機(jī)控制課程設(shè)計(jì)報(bào)告---數(shù)字pid控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　題 目： 數(shù)字PID控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（I） </p><p>　　課 程： 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì) </p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　班

2、 級(jí)： 　 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p><b>　　第 一 部 分</b></p><p><b>　　任</

3、b></p><p><b>　　務(wù)</b></p><p><b>　　書</b></p><p>　　《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p><b>　　一、課題名稱</b></p><p>　　數(shù)字PID控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（I）</

4、p><p><b>　　二、課程設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　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。</p><p>　　《計(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

5、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(guò)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(guò)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)。</p><p><b>　　三、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容&

6、lt;/b></p><p>　　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)。</p><p>　　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。</p><p>　　2. 控制算法：增量型的PID控制。</p

7、><p>　　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。</p><p><b>　　四、課程設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　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）。</p><p>　　2. 模入電路用兩個(gè)通

8、道分別采集被控對(duì)象的輸出和給定信號(hào)。</p><p>　　3. 選擇的被控對(duì)象：</p><p>　　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。</p><p>　　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。</p><p>　　6. 濾波

9、方法可選擇平均值法，中值法等。</p><p>　　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。</p><p>　　五、課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果</p><p>　　1. 控制系統(tǒng)能正確運(yùn)行。</p><p>　　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。</p><p><

10、;b>　　六、進(jìn)度安排</b></p><p>　　七、課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容：</p><p>　　總結(jié)設(shè)計(jì)過(guò)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：</p><p>　　1．課程設(shè)計(jì)目的和設(shè)計(jì)的任務(wù)。</p><p>　　2．課程設(shè)計(jì)的要求。</p><p>　　3．控制系統(tǒng)總框圖及系統(tǒng)工作原理。&

11、lt;/p><p>　　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。 </p><p>　　5．軟件設(shè)計(jì)流程圖及其說(shuō)明。</p><p>　　6．電路設(shè)計(jì)，軟件編程、調(diào)試中遇到的問(wèn)題及分析解決方法。</p><p>　　7．實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析。</p><p><b>　　8．體會(huì)。</b>

12、</p><p><b>　　第 二 部 分</b></p><p><b>　　課</b></p><p><b>　　程</b></p><p><b>　　設(shè)</b></p><p><b>　　計(jì)</b>

13、;</p><p><b>　　報(bào)</b></p><p><b>　　告</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 課題簡(jiǎn)介6</b></p><p>　　1.1 課程設(shè)計(jì)的目的6&

14、lt;/p><p>　　1.2 課題任務(wù)和要求6</p><p>　　2 數(shù)字PID控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.1 控制系統(tǒng)總體介紹6</p><p>　　2.2 系統(tǒng)閉環(huán)工作原理7</p><p>　　3 數(shù)字PID控制硬件電路設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.1 A/

15、D轉(zhuǎn)換單元7</p><p>　　3.2 D/A轉(zhuǎn)換單元8</p><p>　　3.3 被控對(duì)象的實(shí)現(xiàn)8</p><p>　　4 數(shù)字PID控制算法設(shè)計(jì)9</p><p>　　4.1 數(shù)字PID增量型控制算法9</p><p>　　4.2 采樣周期的選擇9</p><p>　　5

16、數(shù)字PID控制軟件編程設(shè)計(jì)10</p><p>　　5.1 主程序設(shè)計(jì)10</p><p>　　5.2 定時(shí)中斷程序設(shè)計(jì)10</p><p>　　5.3 外部中斷程序設(shè)計(jì)11</p><p>　　5.4 濾波程序設(shè)計(jì)12</p><p>　　6實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析12</p><p>　　

17、6.1 湊試法確定PID參數(shù)12</p><p>　　6.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析14</p><p>　　7 小結(jié)與體會(huì)14</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)15</b></p><p><b>　　1 課題簡(jiǎn)介</b></p><p>　　1.1 課程設(shè)計(jì)的目的<

18、;/p><p>　　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。</p><p>　　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(guò)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。</p><p><b&

19、gt;　　本課程設(shè)計(jì)目的是：</b></p><p>　　1. 加深對(duì)控制算法設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)，學(xué)會(huì)控制算法的應(yīng)用。</p><p>　　2. 了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成，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。</p><p>　　3. 學(xué)習(xí)編程調(diào)試方法，為從事計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試工作打下基礎(chǔ)。</p><p>　　1

20、.2 課題任務(wù)和要求</p><p><b>　　本課題的任務(wù)：</b></p><p>　　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)。</p><p>　　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

21、對(duì)象。</p><p>　　2. 控制算法：增量型的PID控制。</p><p>　　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</p><p><b>　　本課題的要求</b></p><p>　　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

22、性電壓（-5V~+5V）。</p><p>　　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)。</p><p>　　3.被控對(duì)象為： </p><p>　　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。</p><p>　　5. 定時(shí)中

23、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。</p><p>　　6. 濾波方法可選擇平均值法，中值法等。</p><p>　　2 數(shù)字PID控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 控制系統(tǒng)總體介紹</p><p>　　圖2.1 數(shù)字PID控制系統(tǒng)方框圖</p>&

24、lt;p>　　圖2.1是數(shù)字PID控制的系統(tǒng)框圖。其中，被控對(duì)象傳遞函數(shù)： ，由兩個(gè)慣性環(huán)</p><p><b>　　節(jié)串聯(lián)而成。</b></p><p>　　首先利用上拉電阻電路實(shí)現(xiàn)雙極性輸入，即給定輸入值R。誤差E=R-Y即被控量Y和給定值構(gòu)成雙通道經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換?？刂破鞑捎玫氖窃隽啃蛿?shù)字PID控制，由比例（P）、積分（D）和微分（I）疊加而成。

25、經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)再通過(guò)PID程序進(jìn)行增量型計(jì)算，輸出的信號(hào)值經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換得到控制信號(hào)，在D/A轉(zhuǎn)換器中利用雙運(yùn)放實(shí)現(xiàn)雙極性輸出，經(jīng)過(guò)被控對(duì)象得出被控量Y。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)閉環(huán)工作原理</p><p>　　由圖2.1可知，被控對(duì)象的響應(yīng)Y(t)經(jīng)采樣電路離散為Y(K)。偏差E(K)=R(K)-Y(K)，作為PID調(diào)節(jié)的輸入，經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算輸出，得到控制輸出U(K)

26、。控制輸出U(K)經(jīng)采樣保持器產(chǎn)生連續(xù)的控制輸出信號(hào)U(t)，作用于控制對(duì)象，使控制輸出值U(t)達(dá)到給定值R，消除偏差E(K)。 </p><p>　　3 數(shù)字PID控制硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 A/D轉(zhuǎn)換單元</p><p>　　模數(shù)單元采用ADC0809芯片，主要包括多路模擬開(kāi)關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換器兩部分。其主要特點(diǎn)為：?jiǎn)坞娫垂╇?/p>

27、、工作時(shí)鐘CLOCK最高可達(dá)到1200KHz、8位分辨率、8個(gè)單端模擬輸入端（IN0~IN7）、TTL電平兼容等，可以很方便地和微處理器接口。</p><p>　　圖3.1 A/D轉(zhuǎn)換單元</p><p>　　如圖3.1，通過(guò)三端地址譯碼A、B、C多路開(kāi)關(guān)可選通8路模擬輸入的任何一路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。其中IN0對(duì)地接500歐電阻，構(gòu)成溫度控制實(shí)驗(yàn)中的溫度傳感器專用輸入通道；IN1~IN5的

28、模擬量輸入允許范圍；0V~4.98v，對(duì)應(yīng)數(shù)字量00H~FFH，2.5V對(duì)應(yīng)80H； IN6、IN7兩路由于接上了上拉電阻，所以模擬輸入允許范圍-5V~+4.96V，對(duì)應(yīng)的數(shù)字量為00H~FFH，0V對(duì)應(yīng)80H。這樣就實(shí)現(xiàn)了雙極性電壓的輸入。本課程設(shè)計(jì)中采用的ADC0809，其輸出8位數(shù)據(jù)線已連接到計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)線。由于89C51外部時(shí)鐘為12 MHz，其ALE端輸出6分頻時(shí)鐘（2 MHz），再經(jīng)過(guò)D觸發(fā)器分頻得到所需的應(yīng)用時(shí)鐘1

29、MCLK(1 MHz)，輸入CLOCK端。</p><p>　　在本課程設(shè)計(jì)中要求模入電路用兩個(gè)通道分別采集被控對(duì)象的輸出和給定信號(hào)，并且要雙極性電壓輸入，所以選擇ADC0809的IN6、IN7兩個(gè)通道采集輸入模擬信號(hào)。 </p><p>　　3.2 D/A轉(zhuǎn)換單元</p><p>　　數(shù)模轉(zhuǎn)換單元采用TLC7528芯片，它是8位、并行、兩路、電壓型輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器。

30、其主要參數(shù)如下：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，輸入邏輯電平與TTL兼容。輸入數(shù)字范圍為00H~0FFH，80H對(duì)應(yīng)0V，輸出電壓為-5V~+4.96V。本課程設(shè)計(jì)中采用的TLC7528，其輸入數(shù)字量的八位數(shù)據(jù)線、寫線和通道選擇控制線已接至控制計(jì)算機(jī)的總線上。片選線預(yù)留出待實(shí)驗(yàn)中連接到相應(yīng)的I/O片選上，具體接線圖如下：</p><p>　　圖3.

31、2 D/A轉(zhuǎn)換單元</p><p>　　3.3被控對(duì)象的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　本課程設(shè)計(jì)中選取的被控對(duì)象為:</p><p><b>　　（3.3.1）</b></p><p>　　由運(yùn)放及阻容元件搭建，電路如圖3.3。</p><p>　　圖3.3 控制對(duì)象</p><

32、;p>　　4 數(shù)字PID控制算法設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 數(shù)字PID增量型控制算法</p><p>　　對(duì)于連續(xù)系統(tǒng)，PID控制規(guī)律為：</p><p><b>　　(4.1.1)</b></p><p>　　其中，KP為比例增益，KP與比例帶δ成倒數(shù)關(guān)系即KP=1/δ，TI為積分時(shí)間常數(shù)，TD為微分時(shí)間常

33、數(shù)，u(t)為控制量，e(t)為偏差。</p><p>　　在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，PID控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)必須用數(shù)值逼近的方法。當(dāng)采樣周期相當(dāng)短時(shí)，用求和代替積分、后向差分代替微分，使模擬PID離散化為差分方程，得數(shù)字PID位置型控制算式：</p><p><b>　　(4.1.2)</b></p><p>　　為了便于編寫程序，避免積分累加占用過(guò)多

34、的存儲(chǔ)單元，我們需對(duì)式（4.1.2）進(jìn)行改進(jìn)。</p><p>　　由式（4.1.2）易寫出u(k-1)的表達(dá)式，即</p><p><b>　　(4.1.3)</b></p><p>　　將式（4.1.2）和式（4.1.3）相減，即得數(shù)字PID增量型控制算式為</p><p>　　(4.1.4)其中：KP稱為比例增益；

35、KI=KPT/TI稱為積分系數(shù)；KD=KPTD/T稱為微分系數(shù)。</p><p>　　為了編程方便，可將式（4.1.4）整理成如下形式：</p><p><b>　　(4.1.5)</b></p><p>　　其中： ，， (4.1.6)</p><p><b&

36、gt;　　最后輸出為：</b></p><p><b>　　(4.1.7)</b></p><p>　　4.2 采樣周期的選擇</p><p>　　（1）首先，香農(nóng)采樣定理給出了采樣周期的上限。根據(jù)采樣定理，采樣周期應(yīng)滿足</p><p><b>　　T≤π/ωmax</b></p

37、><p>　　其中，ωmax為被采集信號(hào)的上限角頻率。采樣周期的下限為計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序和輸入輸出所耗的時(shí)間，系統(tǒng)的采樣周期只能在Tmax與Tmin之間選擇。</p><p>　　（2）其次，要綜合考慮給定值的變化頻率、被控對(duì)象的特性、執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型和控制回路等因素。</p><p>　　具體就本次課程設(shè)計(jì)的課題來(lái)說(shuō)，一方面，給定方波的周期為10~20s間可調(diào)，且控制對(duì)象時(shí)間

38、常數(shù)接近1s，變化較慢；另一方面，A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間在100μs左右，D/A轉(zhuǎn)換時(shí)間在100ns左右，而程序執(zhí)行時(shí)間估計(jì)在100μs左右。故綜合考慮上述因素，對(duì)于我的控制對(duì)象，我選擇的采樣周期為60ms。</p><p>　　5 數(shù)字PID控制軟件編程設(shè)計(jì)</p><p><b>　　5.1 主程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　主程序流程圖如圖

39、5.1。其中，變量初始化包括定時(shí)器賦初值、設(shè)置外部中斷、啟動(dòng)定時(shí)器、D/A清零及變量清零等。 同時(shí)，根據(jù)式（4.1.6），計(jì)算q0、q1和q2。主程序部分程序如下：</p><p>　　M=N=0; //濾波變量</p><p>　　q0=kp*(1+TK/ti+td/TK);</p><p>　　q1=-kp*(

40、1+2*td/TK);</p><p>　　q2=kp*td/TK;</p><p>　　TC = 1; </p><p>　　DAC_1= 0x80; //D/A清零</p><p>　　EK = EK_1 =EK_2= 0;

41、 //偏差變量清零</p><p>　　UK = 0; //控制輸出清零</p><p>　　str = 1; //STR口置0</p><p>　　EA = 1; //開(kāi)總中斷</p&

42、gt;<p>　　圖5.1主程序流程圖</p><p>　　5.2 定時(shí)中斷程序設(shè)計(jì)</p><p>　　定時(shí)中斷程序流程圖如圖5.2所示。定時(shí)中斷程序主要完成定時(shí)器賦初值和采樣IN6通道的RK（給定值）兩項(xiàng)任務(wù)。其部分程序如下：</p><p>　　TH0 = t0_h; //重新裝入初值

43、 </p><p>　　TL0 = t0_l;</p><p>　　EX1=0; //關(guān)外部中斷</p><p>　　DIN1=0; //切換到IN6口</p><p><b>　　str = 0;&

44、lt;/b></p><p>　　str = 1; //產(chǎn)生A/D啟動(dòng)信號(hào)</p><p><b>　　EOC=1;</b></p><p>　　while(!EOC) ; //查詢EOC口看A/D轉(zhuǎn)換有沒(méi)完成 </p>&l

45、t;p>　　RK=(ADC_7-128+N)/2;</p><p>　　N=ADC_7-128; //濾波程序完成輸入濾波</p><p>　　DIN1=1; //切換到IN7口</p><p><b>　　str = 0;</b></p&g

46、t;<p>　　str = 1; //啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換</p><p>　　EX1=1; //開(kāi)外部中斷

47、 </p><p>　　圖5.2定時(shí)中斷程序流程圖 </p><p>　　5.3 外部中斷程序設(shè)計(jì)</p><p>　　外部中斷程序流程圖如圖5.3所示。其主要功能是完成給定為零時(shí)變量初始化、讀取IN7通道YK（控制響應(yīng)）和給定為高電平時(shí)PID控制運(yùn)算及其結(jié)果D/A輸出。</p><p>　　圖5.3外部中斷程序流程

48、圖 圖5.4 PID子程序流程圖</p><p>　　其中，PID算法采用增量型PID算法，其程序流程圖如圖5.4所示，PID程序部分如：下</p><p>　　if(TC == 0)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　YK = (ADC

49、_7 - 128+M)/2; </p><p>　　M=ADC_7-128; //IN7通道轉(zhuǎn)化完成讀入YK（控制響應(yīng)）并對(duì)其濾波</p><p>　　EK=RK-YK; //計(jì)算偏差</p><p>　　AUK=q0*EK+q1*EK_1+q2*EK_2

50、; </p><p>　　TEMP=AUK+TEMP;</p><p>　　if(TEMP > 0) //判控制量是否溢出，溢出賦極值</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(TEMP >= 127)</p>

51、<p>　　UK = 127; </p><p><b>　　else</b></p><p>　　UK = (char)TEMP; </p><p><b>　　}</b></p><p><b&g

52、t;　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(TEMP <- 128)</p><p>　　UK = -128;</p><p><b>　　else</b></p><p>　　UK = (char)TEMP;

53、</p><p><b>　　}</b></p><p>　　DAC_1=UK+128; //D/A輸出控制量</p><p>　　TC=TK; //采樣周期變量恢復(fù)</p><p>　　EK_2=EK_1

54、; </p><p><b>　　EK_1=EK;</b></p><p>　　}

55、 </p><p>　　5.4 濾波程序設(shè)計(jì) </p><p>　　濾波程序主要完成輸入

56、值的程序?yàn)V波。相對(duì)于模擬濾波 ，數(shù)字濾波有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： </p><p>　?、贁?shù)字濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)的，不需要增加硬件設(shè)備，所以可靠性高，穩(wěn)定性好；</p><p>　?、跀?shù)字濾波可以實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率很低的信號(hào)的濾波，克服了模擬濾波的缺陷； </p><p>　?、蹟?shù)字濾波可以根據(jù)

57、信號(hào)的不同，采用不同的濾波參數(shù)，具有靈活、方便、功能強(qiáng)的特點(diǎn)。 </p><p>　　由于數(shù)字濾波器具有以上優(yōu)點(diǎn)，所以數(shù)字濾波在控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。 </p><p>　　在我們的課題中，我們對(duì)A/D轉(zhuǎn)換輸入到單片機(jī)的給定和控制響應(yīng)分別進(jìn)行濾波，采用的是滑動(dòng)窗口平均值濾波。其部分程序如下：</p><p>　　char M，N;

58、 //滑動(dòng)窗口大小為2</p><p><b>　　M=N=0; </b></p><p>　　YK= (ADC_7 - 128+M)/2; //取平均值</p><p>　　M=ADC_7 - 128;

59、 //“滑動(dòng)”</p><p>　　N=ADC_7 - 128; //取平均值</p><p>　　RK= (ADC_7 - 128+N)/2; //“滑動(dòng)”。 </p><p><b>　　6實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析</b><

60、;/p><p>　　6.1 湊試法確定PID參數(shù)</p><p>　　增大比例系數(shù)KP一般能將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，在有靜差的情況下有利于減小靜差。但過(guò)大的比例系數(shù)會(huì)是系統(tǒng)有較大的超調(diào)，產(chǎn)生振蕩，使系統(tǒng)穩(wěn)定性變壞。增大積分時(shí)間TI有利于減少超調(diào)，減少振蕩，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，但系統(tǒng)靜差的消除將隨之減慢。增大微分時(shí)間TD也有利于加快系統(tǒng)的響應(yīng)，使超調(diào)減小，穩(wěn)定性增加，但系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的抑制減弱，對(duì)擾動(dòng)有較敏感

61、的響應(yīng)。</p><p>　　綜上，采用湊試法的整定步驟為：</p><p>　?、偈紫戎徽ū壤糠?。即將比例系數(shù)由小變大，并觀察相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)，直到得到反應(yīng)快，超調(diào)小的</p><p><b>　　響應(yīng)曲線。</b></p><p>　?、谌绻壤{(diào)節(jié)響應(yīng)曲線的靜差不滿足要求，則需加入積分環(huán)節(jié)。積分時(shí)間TI由大往小調(diào)

62、，同時(shí)略為減</p><p>　　小比例系數(shù)KP，直到消除靜差。</p><p>　?、廴舻玫降那€的動(dòng)態(tài)性能不滿足要求，需加入微分環(huán)節(jié)。微分系數(shù)TD初值為0，逐漸調(diào)大TD，同時(shí)</p><p>　　相應(yīng)地改變積分時(shí)間和比例系數(shù)，逐步湊試，以獲得滿意的調(diào)節(jié)效果和控制參數(shù)。</p><p>　　采用上述步驟，對(duì)于我的控制對(duì)象（傳遞函數(shù)見(jiàn)式3.3

63、.1），得到的參數(shù)為：KP取0.7，ti取200，td取0，</p><p>　　用虛擬示波器觀察到的未加濾波程序的響應(yīng)曲線如圖6.1，控制輸出曲線如圖6.2。加濾波程序后，響應(yīng)曲線如圖6.3所示，控制輸出曲線如圖6.4所示。</p><p>　　圖6.1未加濾波時(shí)的響應(yīng)曲線</p><p>　　圖6.2未加濾波時(shí)的控制輸出曲線</p><p&g

64、t;　　圖6.3 加濾波時(shí)的響應(yīng)曲線</p><p>　　圖6.4加濾波時(shí)的控制輸出曲線</p><p>　　6.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析</p><p>　　由上四圖對(duì)比可得，加濾波后控制輸出變得平穩(wěn)了許多。相對(duì)于不加濾波時(shí)，在相同的參數(shù)（KP取0.7，ti取200，td取0）下，加濾波后的超調(diào)較小。加濾波和不加濾波的曲線的超調(diào)量都小于10%滿足要求。</p>

65、<p><b>　　7 小結(jié)與體會(huì)</b></p><p>　　轉(zhuǎn)眼間，為期一周半的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)很快就結(jié)束了，我們已經(jīng)進(jìn)入到撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告的階段。在做課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我學(xué)到了很多有用的東西。</p><p>　　在聽(tīng)完xx老師對(duì)任務(wù)的分配和課題的講解后，我們就著手進(jìn)行數(shù)字PID系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)，首先開(kāi)始的是編程。由于編程是難點(diǎn)，也是我們的軟肋，

66、因此大家對(duì)程序的設(shè)計(jì)都是十分的頭疼，為此，我們決定先采用原來(lái)的程序。然而，使用原來(lái)的程序，下載后輸出結(jié)果十分的不理想。之后，我們就開(kāi)始調(diào)試程序。在通過(guò)請(qǐng)教老師和上一組的同學(xué)，最終，我們完成了程序這一大難點(diǎn)。</p><p>　　然后，就是硬件接線，這部分是比較簡(jiǎn)單的。在這之后，我們把主要的精力放在PID調(diào)節(jié)上。由于在這個(gè)環(huán)節(jié)，我還是花了一定的時(shí)間的，最后得到的響應(yīng)曲線還是比較理想的。盡管PID調(diào)節(jié)并不是很難，但這

67、是一個(gè)比較需要時(shí)間和耐心的過(guò)程。</p><p>　　在最后的幾天時(shí)間里，我主要是在準(zhǔn)備寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。由于報(bào)告里要求有系統(tǒng)電路圖，因此我不得不現(xiàn)學(xué)Protel軟件。我上網(wǎng)找了一些相關(guān)的教學(xué)視頻，經(jīng)過(guò)不斷地練習(xí)，終于能夠獨(dú)立的運(yùn)用Protel軟件畫電路圖了。</p><p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我的理論知識(shí)掌握得更扎實(shí)，動(dòng)手能力明顯提高。同時(shí)，通過(guò)網(wǎng)上搜索等多方面的查詢資料，我學(xué)到許多在

68、書本上沒(méi)有的知識(shí)，也認(rèn)識(shí)到理論聯(lián)系實(shí)踐的重要。</p><p>　　為期一個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束，這一星期的學(xué)習(xí)讓我對(duì)抽象的理論有了具體的認(rèn)識(shí)。這次課程設(shè)計(jì)提高了我的團(tuán)隊(duì)合作水平，是小組成員的默契配合，讓我們能夠很快很好的完成設(shè)計(jì)。在試驗(yàn)中我也遇到了不少困難，有一些問(wèn)題弄不明白，最終都在老師和同學(xué)的幫助下解決了，這讓我感受到了團(tuán)隊(duì)合作的重要性以及自身的不足。最后我想說(shuō)檢驗(yàn)自己所學(xué)缺陷的最好方法就是實(shí)踐，這不僅可

69、以加深對(duì)已學(xué)知識(shí)的理解更可以加強(qiáng)自己的動(dòng)手能力在實(shí)踐中找到自己的不足。</p><p>　　在這里我要衷心的感謝兩位指導(dǎo)老師在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中給予我們的指導(dǎo)與幫助。正是在他們，尤其是夏老師的嚴(yán)格要求和耐心指導(dǎo)下，我們才能按要求完成課程設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 于海生主編，微型計(jì)算機(jī)控制

70、技術(shù)，北京：清華大學(xué)出版社，1999</p><p>　　[2] 張艷兵等編著，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2008</p><p>　　[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</p><p>　　[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</p><p>　　[5]