《计算机控制》课程设计任务书
专业学生题目设计时间
电气工程及其自动化
班级
指导教师
数字PID控制器设计
2011年6月25日至2011年7月1日共1周
设计任务
数字PID控制器设计一
设单位反馈系统的开环传递函数为G0s

s
1s
K1
s
，设
1
530
计数字PID控制器，使系统的稳态误差不大于01，超调量不大于20，调节
时间不大于05s。并采用位置算法实现该PID控制器。
设计要求
方案设计：1采用Matlab完成控制系统的建立、分析、设计和模拟仿真；2选择元器件完成电路设计，控制器采用MCS51系列单片机传感器、功率接口以及人机接口等可以暂不涉及，使用Protel绘制原理图；3控制算法采用单片机汇编语言编程实现（应通过编译，无语法错误）。
报告内容1控制系统仿真和设计步骤，应包含Matlab仿真的性能曲线、采样周期T的选择、数字控制器脉冲传递函数和差分方程形式；2元器件选型过程，电路设计过程，绘制的Protel原理图；3算法流程图，含有详细注释的源程序；4设计工作总结及心得体会；5列出所查阅的参考资料。
指导教师签字：
系（教研室）主任签字：2011年6月29日
f数字PID控制器设计
一、设计目的
采用位置算法实现PID控制器
二、设计要求
熟练掌握MATLAB设计仿真、protel绘图以及单片机汇编语言编程
三、设计任务
G0s

s
1s
K1
s
1
设单位反馈系统的开环传递函数为
530，设计数字
PID控制器，使系统的稳态误差不大于01，超调量不大于20，调节时间不大于05s。并采用位置算法实现该PID控制器。
四、设计原理：
位置式PID控制算法：
由于计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量，需要进行离散化处理。现以一系列的采样时刻点kT代表连续时间t，以和式代替积分，以增量代替微分，则可以作近似变换离散的PID表达式为
使用模拟控制器离散化的方法将理想模拟PID控制器Ds转化为响应的理想数字PID控制器Dz采用后向差分法得到数字控制器的脉冲传递函数
Uz
T
1z1
DzEzDss1z1KpKi1z1KdT
T
Kp
EzeKT
KI
1z1

Uz


KD1z1
数字PID调节器原理方框图
f令KI

KiT

KPTTI
为积分系数
KD
KdT
KPTDT
为微分系数T
为采样周期
由
11z1
1
z1

z2

zk
则可得
UzKPEzKI1z1z2zkEzKD1z1Ez
上式化为差分方程可得
ukKPekKIekjKDekek1j0
令ikj由初始条件i0时ej0则可将上式写成标准数字控制算法
ukKPekKIeiKDekek1i0
上式给出的r