软件课程设计报告
2010/3/8
一．课程设计的目的
通过课程设计的实习，使学生在两方面有所了解，有点提高：
1.结合控制系统理论，用软件作为工具，进行计算机控制仿真，
进一步了解控制理论和计算机软件的应用技术
2.掌握利用软件工具进行图形界面应用程序设计的基本思路和方
法，提高软件开发的能力。
二．课程设计的内容
1、设计一个控制模拟系统：用计算机模拟一阶系统，并实现理想
PID算法控制，具体功能如下：
1）基本要求：
a) 利用所学的自动控制理论，工程数学、计算机控制技术、数学
建模等知识，进行理论分析，写出一阶系统和理想PID算法差分方程，作为系统模拟的基础。
b)利用可开发图形界面程序工具软件（推荐使用Visual basic），
开发软件项目，实现一阶系统仿真和PID控制算法
c)在软件项目中设计用户的操作面板，实现PID算法中的四个
参数（比例增益Kp、积分时间Ki、微分时间Kd，设定值sv）和一阶系统的参数（静态增益K和时间常数T1）都可以通过对话框进行设定，系统可利用菜单选择所需的设置对话框。
d)设计系统的输出功能，以图形和表格方式实时显示一阶系统输
出在PID 运算的设定值发生阶跃变化的响应。
2） 附加功能：
a) 将系统的时间响应数据保存到数据库中，具体应包括下列属性：时间，输出值，设定值。（数据库结构自己设计）
b) 设计查询功能，将数据库保存的系统响应的历史数据以图形和表格方式重现。
c) 使用Teechart 控件作为显示输出。
三、课程设计报告关键内容：
1、 数学模型设计过程及结果
关于控制模拟系统的设计，我们有必要研究数字PID 的增量式算法和离散控制系统的数学描述。
<1>在模拟系统中，PID 算法的表达式为：
])()(1)([)(⎰++=dt t de T dt t e T t e K t P D I P ( 1） 式中 P(t)：调节器的输出信号
e(t)：调节器的偏差信号，等于测量值与给定值之差
P K ：调节器的比例系数
I T ：调节器的积分时间
D T ：调节器的微分时间
对(1)式进行离散化处理，用数字形式的差分方程代替连续系统的微分方程，此时积分项和微分项用求和和增量式表示：
∑⎰∑===∆=n j n
n j j E T t j E dt t e 000)()()(
T k E k E t k E k E dt t de )1()()1()()(--=∆--≈
将以上两式代入式（1），可得到离散的PID 表达式：
})]1()([)()({)(0∑=--++=k j D I P k E k E T T j E T T k E K k P （2）
由于（2）的输出值与阀门开度的位置一一对应，因此通常把（2）式成为位置型PID 的位置控制算式。
将（2）式做如下改动，根据递推原理，写出(k-1)次的PID 输出表达式：
})]2()1([)()1({)(0∑=---++-=k j D I P k E k E T
T j E T T k E K k P （ 3） 用式（3）减去（2）,可得：
)]2()1(2)([)()]1()([)1()(-+--++--+-=k E k E k E K k E K k E k E K k P k P D I P （4）
式中 I P
I T T K K =：积分系数 T
T K K D P D =：微分系数 式（4）称为增量式PID 控制算式。
增量型PID 算法的算式为：
)]2()1(2)([)()]1()([)(-+--++--=∆k E k E k E K k E K k E k E K k P D I P
（5）
设
)]1()([)(--=∆k E k E K k P P P
)()(k E K k P I I =∆
)]2()1(2)([)(-+--=∆k E k E k E K k P D D
所以：
)()()()(k P k P k P k P D I P ∆+∆+∆=∆
<2>离散控制系统的数学描述 系统传递函数：1
)()()(1+==s T k s X s Y s G 将其写成微分方程且离散化
)()()1(])1[(11nT kx T T nT y T T T n y =-++
其中，T 越小时，近似的越好，精度越好。
2、 整个工程的结构：（以VB 为例）
有四个窗体文件：TeeChart 显示，PID 算法模拟，设定参数（Dialog Caption ），查询窗口。
3、 程序运行的主要界面和操作功能简介。
图一
图一是用TeeChart 控件显示模拟波形。
图二
图二是当系统开始模拟的时候，所运算的数据存储在数据库里
图一和图二是本次设计的重点,它们展示的是在X轴上在区间[1,20000]上模拟一阶系统的动态过程.
图三
图三是PID参数设定的界面。其中Kp越大，曲线的振荡频率越小；Ki越大，系统响应得越慢；Kd越大，误差就越小。
图四
图四是查询窗口，在起始时间和终止时间对应方框内输入值（注：终止时间不能超过10000），系统就调用数据库，即可查询。
图五
图五即是在[5000，10000] 的查询图。
4.在设计中遇到的主要问题和解决方法
主要问题和解决方法
1）数学模型设计过程中对PID算法的理解，对离散控制系统传递函数的认识。
