栗硕的Arduino PID控制实验报告：单片机与PC模型联动

栗硕同学的2018G05050211实验报告主要关注于浙江理工大学机械与自动控制学院的计算机控制系统与接口技术课程，针对的是一个结合Arduino UNO单片机与PC端虚拟模型的PID控制项目。该报告旨在演示如何在实际硬件（Arduino）上运用PID算法来控制PC上的模拟设备，如电机或加热器，并通过串口通信将数据传输至上位机进行实时监控。 首先，报告的背景是基于机械工程专业，18级（4）班的课程作业，由栗硕本人负责完成。在项目的初始阶段，栗硕配置了硬件环境，使用Arduino UNO作为下位机，其通信波特率设置为9600 bit/s，通过串口调试助手进行数据交互。上位机则是在PC端使用C#语言和Visual Studio 2012开发的虚拟模型。 PID控制算法的核心部分在单片机程序中体现，分为`void setup()`和`void loop()`两个函数。`void setup()`函数主要用于初始化，包括设置电机运行标志、目标速度、PID参数（比例P、积分I、微分D），以及一些其他变量，如补偿值、串口数据存储字符串等。`void loop()`则是主循环函数，它持续监听串口数据并处理接收到的信息。 在`void loop()`函数中，通过`while`循环和`Serial.available()`检查，一旦接收到上位机的数据，就进行解析。当找到特定的包头时，程序会切换到处理模式，将接收到的数据添加到`comdata`字符串中。这表明栗硕同学正在实现一种闭环控制，通过实时读取和处理PC发送的指令，调整Arduino的PWM信号，从而控制电机或加热器的速度，使其达到预设的目标值。 此外，报告可能还涉及PID参数的调整和优化，以确保系统的稳定性。通过对误差、积分项和微分项的计算，PID算法能够动态调整输出，抵消系统偏差，使得设备运动更加平滑和精确。在调试和实验过程中，可能会对PID参数进行迭代，以找到最佳的控制性能。 最后，上位机绘制波形的功能可能是为了可视化控制效果，让研究人员或教师能直观地看到系统的响应，以便于理解和评估PID控制的性能。通过这个实验，栗硕不仅锻炼了单片机编程技能，也深入理解了PID控制器在实际应用中的作用和优化策略。 栗硕的这份实验报告展示了如何利用Arduino UNO单片机和PC端的虚拟模型进行PID控制，涉及硬件连接、软件编程、数据通信和控制算法的实践应用，是一次综合性的系统设计与实施项目。