89C51单片机数字PID控制系统设计详解

本篇文档是扬州大学能源与动力工程学院的一份关于"数字PID控制系统设计(I)"的课程设计报告，针对电气工程及其自动化专业学生。课程设计旨在深化理解计算机控制技术，提升学生的实践能力和综合素质。 核心知识点包括： 1. **课程设计目的**：通过这次设计，学生能够将课堂所学的控制理论、程序设计和硬件电路设计等知识结合起来，实际操作计算机单闭环反馈控制系统的设计。设计的目标不仅是巩固理论知识，还着重于培养学生设计、编程和调试的能力，以便他们在未来的工作中能够独立进行计算机控制系统的理论设计和调试。 2. **设计内容**： - **硬件电路设计**：使用89C51单片机作为控制器，配合ADC（如ADC0809）进行模拟输入，TLC7528和运放等用于模拟输出，构建被控对象的模拟系统。 - **控制算法**：采用了增量型PID控制算法，这是一种常用的自动控制系统控制策略，通过调整比例（P）、积分（I）和微分（D）参数来优化系统的性能。 3. **设计要求**： - 硬件电路需具备双极性电压输入和输出功能，范围在-5V到+5V。 - 模拟输入通道需要同时采集被控对象的输出信号和设定值，以便实时比较和调节。 - 学生需选择不同的数学模型来设计被控对象，例如不同类型的传递函数G(s)，如多项式或滞后网络，这涉及到系统动态特性的选择和分析。 - PID参数整定是关键环节，可能采用临界比例度法或扩充响应曲线法等方法，以确保系统稳定性和快速响应。 4. **软件仿真**：学生需要在Simulink环境下搭建系统仿真模型，并编写S-function，通过仿真验证PID控制算法的效果，以便在实际硬件上进行调整优化。 通过这份课程设计，学生不仅会掌握PID控制器的设计和实现，还会锻炼其问题解决、团队协作和项目管理的能力，为未来在计算机控制系统领域发展打下坚实的基础。