扬州大学
水利与能源动力工程学院
课程设计报告
题 目： 数字PID控制系统设计（I）
课 程： 计算机控制技术课程设计
专 业： 电气工程及其自动化
班 级： 电气1102
姓 名： 印莹
学 号： 111704235
第 一 部 分
任务书
《计算机控制技术》课程设计任务书
一、课题名称
数字PID控制系统设计（I）
二、课程设计目的
课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达到教学目标的重要环节，是综合性较强的实践教学环节，它对帮助学生全面牢固地掌握课堂教学内容、培养学生的实践和实际动手能力、提高学生全面素质具有很重要的意义。
《计算机控制技术》是一门理论性、实用性和实践性都很强的课程，课程设计环节应占有更加重要的地位。计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它需要控制理论、程序设计、硬件电路设计等方面的知识融合。通过课程设计，加深对学生控制算法设计的认识，学会控制算法的实际应用，使学生从整体上了解计算机控制系统的实际组成，掌握计算机控制系统的整体设计方法和设计步骤，编程调试，为从事计算机控制系统的理论设计和系统的调试工作打下基础。
三、课程设计内容
设计以89C51单片机和ADC、DAC等电路、由运放电路实现的被控对象，构成的计算机单闭环反馈控制系统。
1. 硬件电路设计：89C51最小系统加上模入电路（用ADC0809等）和模出电路（用TLC7528和运放等）；由运放实现的被控对象。
2. 控制算法：增量型的PID控制。
3. 控制算法仿真：在simulink中建立控制系统仿真图，编写S-function, 对算法进行仿真。
四、课程设计要求
1. 模入电路能接受双极性电压输入（-5V~+5V），模出电路能输出双极性电压（-5V~+5V）。
2. 模入电路用两个通道分别采集被控对象的输出和给定信号。
3. 每个同学选择不同的被控对象：
4. PID参数整定，带有积分环节的对象用扩充临界比例度法，无积分环节的对象用扩充响应曲线法。
5. 对象输出端加上扰动：扰动可选择小幅度正弦信号、小幅度阶跃信号、小幅度的脉冲信号。
扰动的出现时刻选择在系统进入稳态后的适当时刻。
6. 对采样信号加上滤波算法。算法可选择滑动平均值法，复合滤波，惯性滤波等。
7. simulink仿真采用ode4定步长，仿真步长可取0.1-1ms。采样周期可取20-100ms，由实验结果确定。
8. S-function的函数名由各人姓名拼音缩写+学号后3位数组成。
有关的设计资料可参考《计算机控制实验指导书》的相关内容。
五、课程设计实验结果
1. simulink控制系统仿真能正确运行。
2. 正确整定PID参数后，系统阶跃响应超调<10%，调节时间尽量短。
3. 对比有滤波与无滤波时，扰动对系统的影响。
六、进度安排
七、课程设计报告内容：
总结设计过程，写出设计报告，设计报告具体内容要求如下：
1．课程设计的目的和设计的任务。
2．课程设计的要求。
3．控制系统总框图及系统工作原理。
4．控制系统的硬件电路原理图（含被控对象），电路的工作原理。
5．控制算法原理与控制器设计。
6. Simulink仿真图及S-function的算法实现说明。
7．实验结果及其分析。
8．电路设计、仿真调试中遇到的问题及解决方法。
9．体会。
第 二 部 分
课程设计报告
目 录（宋体2号加粗）
（另起一页）正文
1 课题简介（宋体4号加粗）
课题的目的，任务，要求
1.1 ***********
（格式：宋体5号，首行缩进2格，单倍行距，下同）
1.2 ***********
2 ***** 方案设计
控制系统总体介绍, 系统框图，闭环工作原理。
2.1 ***********
2.2 ***********
3 ***** 硬件电路设计
重点介绍A/D采样电路，双极性电压输入的实现原理；D/A输出双极性的实现原理；A/D和D/A的端口地址；给定被控对象的电路实现。
3.1 ***********
3.2 ***********
4 ***** 控制算法设计
重点介绍控制算法的原理，控制器设计，控制算法计算机实现的公式推导，采样周期选择。
4.1 ***********
4.2 ***********
5 ***** Simulink仿真设计
重点介绍Simulink仿真图的设计及其说明，对S-function程序清单自己添加的部分加注释及说明（变量及语句的作用）。
5.1 ***********
5.2 ***********
6 实验与结果分析
按要求收录仿真过程的相关波形图，对实验结果（图）做出说明与分析。
6.1 ***********
6.2 ***********
7 小结与体会
（另起一页）参考文献
（列出你所利用的参考文献。格式参见下面。）
[1] 于海生主编，微型计算机控制技术（第2版），北京：清华大学出版社，2009
[2] 张艳兵等编著，计算机控制技术，北京：国防工业出版社，2008
[3] 张毅刚主编，单片机原理及应用，北京：高等教育出版社，2004
[4] 陈涛编著，单片机应用及C51程序设计，北京：机械工业出版社，2008
[5] 楼然苗, 李光飞编著, 单片机课程设计指导, 北京: 北京航空航天大学出版社, 20##
[7] 控制、电子技术类杂志、报刊 （这条需要你自己填写）
第二篇：计算机控制技术课程设计任务书(电子)
《Computer Control Technology》
课程设计任务书
课题名称： 计算机控制系统方案设计
系 别：电子与信息工程学院 电子工程系
专 业： 电子信息工程
班 级： 10电子①②
时 间：20##年6月17日至20##年6月28日
指导教师：王丽蓉， 李善寿，张鸿恺，伍超，谢陈磊
系主任（签字）：
20##年 6 月 15 日
课程设计任务书
一．课题名称：计算机控制系统方案设计
二．课程设 计目的和要求
1．设计目的
本课程设计是本门课程课堂教学的延伸和发展，是理论知识与工程实践之间的衔接。通过本课程设计，使学生进一步学习与理解计算机控制系统的构成原理、接口电路与应用程序，进一步巩固与综合专业基础知识和相关专业课程知识，提高学生运用理论知识解决实际问题的实践技能；培养学生独立自主、综合分析的思维与创新能力，最终使学生初步具有设计小型计算机控制系统的硬件及软件的能力。同时，通过资料搜集、方案分析、系统设计与报告撰写的一系列过程，使学生得到一次科学研究工作的初步训练。从而，在专业知识与研究方法方面为日后的毕业设计乃至毕业后的工作奠定良好的基础。
2．设计要求
（1）初步掌握计算机控制系统的分析和设计的基本方法。完成系统电气原理图的绘制，主要程序流程框图的绘制。
（2）要求电气原理图设计可行，基本能够实现课题要求的功能。程序流程框图绘制规范。
（3）算法仿真程序设计完整，程序可以运行。
（4）完成一份课程设计报告, 要求将设计内容及设计工作需要注意的事项写成一份设计报告，要求文字通畅、字迹工整，3000---5000 字。
三．课程设计内容及步骤
1、设计子课题 见附录
2、设计内容 见附录子课题说明
3. 步骤 (1)系统方案的确定
(2)硬件系统设计
(3)软件系统设计
(4)撰写设计报告
a.设计题目、目录；b.任务要求；c.系统总体方案；
d.各个硬件模块设计和原理图；e.各个软件模块设计和流程图；
f.心得体会和参考资料
四．课程设计时间分配
课程设计时间为两周，将其分为三个阶段。
第一阶段：阅读研究课程设计指导书与任务书，复习有关知识，收集文献资料，设计系统框图。此阶段约占总时间的20%。（提交查阅的资料，总体方案设计）
第二阶段：对装置、器件、芯片作好选型，细划与设计、绘出各部分接口电路图，完成主要程序框图绘制。约占总时间的60%。 （提交原理图，包括元器件选型）
第三阶段：整理、汇总、撰写课程设计报告。约占总时间的20%。
（6月28号交课程设计报告）
五．考核方式及成绩评定
1、 考核方式
由平时检查、提问抽查、课程考试成绩与说明书质量（答辩）等几方面结合起来考虑：学习与设计态度的认真性，课堂知识理解掌握的深入程度，画图软件应用的熟练程度，设计方案的正确性或合理性，图文的质量效果，是否独立完成，是否具有独立分析解决问题的能力和创新精神等。
2、 考核成绩评定标准
成绩按优、良、中、及格、不及格五级分制评定。
优：学习与设计态度很认真，设计方案正确， 图文质量好，独立完成。
良：学习与设计态度认真，设计方案基本正确， 图文质量较好，独立完成。
中：学习与设计态度较认真，设计方案基本正确，图文质量一般，独立完成。
及格：学习与设计态度一般，设计方案有错误， 图文质量一般，或有抄袭行为。
不及格：学习与设计态度很不认真，设计方案有原则错误，图文质量差，或抄袭行为严重。
六．参考文献
电路分析类书籍；信号检测类书籍；计算机程序设计类书籍；工业设计类书籍；互连网相关资源。
附录
课题一：温度控制系统(电炉)的设计
1、课题目的
（1）掌握温度控制系统的特点、组成和接口电路。
（2）掌握微机与温度控制器、电加热器的接口电路。
（3）选择控制算法，实现电炉的闭环控制。
2、设计说明
（1）最佳控制PID参数的测定。
（2）温度控制算法的设计与比较。
3.设计要求
（1）系统方案的确定
按系统功能实现要求，决定控制系统的实现方案，选择芯片，作出系统框图。
（2）硬件系统设计
按控制系统的实现方案，作出硬件原理图。
（3）系统程序设计
采用模块化设计，设计实时钟管理模块，温度采集、校正及状态检测模块，温度控制模块，系统初始参数设定模块，报警模块，键盘、显示接口模块。
4、总结报告：写出完成整个设计的详细步骤和系统性能分析。
课题二：运用8051、ADC0809设计一个8路数据采集系统
1、课题目的
（1）掌握数据采集系统的设计方法。
（2）结合8051设计一个8路数据采集系统。
2、设计说明
（1）A/D转换器采用查询方式。
（2）把A/D转换结果显示在6为LED显示器上，显示方法为静态、软译码方式，且第一位显示通道号，后4位显示采样值。
3、设计要求
（1）方案论证
按系统功能实现要求，决定控制系统的实现方案，选择芯片，作出系统框图。
（2）硬件电路设计
按控制系统的实现方案，作出硬件原理图。
（3）系统程序设计
采用模块化设计方法，作出初始化程序、主程序、显示子程序和模/数转换子程序。
4、总结报告：写出完成整个设计的详细步骤和系统性能分析。
课题三：直流电动机的脉宽调速控制系统的设计
1、课题目的
（1）掌握直流电动机调速方法。
（2）掌握脉宽调速控制系统的设计方法。
（2）设计一个直流电动机脉宽调速控制系统。
2、设计说明
（1）要求实现直流电机的启动，加减速，正反转等功能。
（2）绘制直流电机的驱动电路，要有光电隔离单元。
（3）具有停/起功能键、正/反向控制键。
3、设计要求
（1）方案论证
按系统功能实现要求，决定控制系统的实现方案，选择芯片，作出系统框图。
（2）硬件电路设计
按控制系统的实现方案，作出硬件原理图。
（3）系统程序设计
采用模块化设计方法，作出初始化程序、主程序、脉宽调速控制程序。
4、总结报告：写出完成整个设计的详细步骤和系统性能分析。
课题四：步进电动机控制系统的设计
1、课题目的
（1）熟悉步进电机的结构，熟悉步进电机启动，停止，加速，减速，细分控制原理。
（2）设计一个基于单片机的步进电机调速控制系统。
2、设计说明
（1）选择一款步进电动机，描述其电气参数。
（2）要求能够实现对步进电机的调速、细分等控制，具有控制转动方向功能。
（3）具有光电隔离单元。
（4）具有停/起功能键、正/反向控制键。
3、设计要求
（1）方案论证
按系统功能实现要求，决定控制系统的实现方案，选择芯片，作出系统框图。
（2）硬件电路设计
按控制系统的实现方案，作出硬件原理图。
（3）系统程序设计
采用模块化设计方法，作出初始化程序、主程序、控制程序。
4、总结报告：写出完成整个设计的详细步骤和系统性能分析。
课题五：基于单片机的数字式超声波测距仪设计
1、课题目的
（1）掌握超声波测距的基本原理。
（2）设计一个超声波测距仪的程序。
2、设计说明
（1）设计超声波发射电路，超声波接收电路。
（2）完成距离检测的程序设计，实现距离的LED显示。
3、设计要求
（1）方案论证
按超声波测距的基本原理，设计检测系统的实现方案，
（2）系统程序设计
采用模块化设计方法，作出程序。
4、总结报告：写出完成整个设计的详细步骤和系统性能分析。
课题六：基于PID算法或大林算法的软件仿真系统设计
1、课题目的
（1）掌握PID算法的基本原理。
（2）掌握PID算法各种改进方法。
（2）设计一个实现变速积分的PID算法的程序。
2、设计说明
（1）被控对象为一电阻加热炉，其数学模型为 ，
设计PID算法实现系统在220V电源供电，8 kW电阻加热时的温度控制，温度控制的稳态误差范围为±1度。
（2）分析PID算法的特性。对PID算法的改进方法进行分析。
（2）设计PID算法的程序。利用matlab软件进行系统仿真。
3、设计要求
（1）方案论证
按PID控制的基本原理，决定系统程序的实现方案，
（2）系统程序设计
采用模块化设计方法，作出程序。
4、总结报告：写出完成整个设计的详细步骤和系统性能分析。
课题七：基于智能交通信号灯系统方案设计与仿真
1、课题目的
（1）熟悉交通灯的控制原理。
（2）设计一个交通灯控制程序。
2、设计说明
（1）设计交通灯控制系统电路。
（2）完成红、绿、黄交通灯的切换，各方向灯的同步切换等功能。
（3）设计交通灯控制软件并用PROTEUS软件仿真实现交通灯系统。
3、设计要求
（1）方案论证
按交通信号灯控制的基本原理，设计系统的实现方案，
（2）系统程序设计
采用模块化设计方法，作出程序。
4、总结报告：写出完成整个设计的详细步骤和系统性能分析。