软件综合设计（分散）报告
姓名：丘瑶瑶
班级：自动化1001班
学号：100900404
目录
一．设计目的…………………………….3
二．设计内容………………………….....3
三．设计思想
1.数字PID及其算法…………………………………….3
2.离散控制系统的数学描述…………………………….5
四．界面简介……………………………6
五．各模块程序介绍及调试结果
1.程序介绍……………………………………………….7
2.调试结果展示…………………………………………11
3.调试中遇到的问题……………………………………14
六．心得体会…………………………14
七．程序代码…………………………15
一．设计目的
通过本课程设计实习，使学生在下列方面有所了解和提高：
1、 掌握Visual Basic进行程序设计的基本思路和方法
2、 能利用Visual Basic编程实现简单的任务
3、 结合控制系统理论用VB进行计算机控制仿真
二．设计内容
1、 对一阶系统实现PID算法控制并进行仿真，具体功能如下：
1） 基本要求：实现PID算法和一阶系统差分方程仿真，PID算法中的四个参数和一阶系统的参数都可以通过菜单进行设定，系统对阶越函数的响应以图形方式实时显示在窗口中。
2） 附加功能：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。将系统的历史响应重现。使用Teechart控件作为显示输出。
三．设计思想
1、数字PID及其算法
在模拟系统中，PID算法的时域表达式为
（1） 式中
P(t)：调节器的输出信号
e(t)：调节器的偏差信号，等于给定值与测量值之差
：调节器的比例系数
：调节器的积分时间
：调节器的微分时间
计算机控制是一种采样控制，只能根据采样时刻的偏差来计算控制量。因此，在计算机控制系统中，必须对上进行离散化处理，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可用求和及增量式表示：
（2）
（3）
将式（2）、（3）代入式（1），则可得到离散的PID表达式：
（4）
式中
：采样周期。若使系统的精度足够高，则T应该尽量小。
：第k次采样时的偏差值；
：第（k－1）次采样时的偏差值；
k：采样序号，
：第k次采样时调节器的输出
由于（4）的输出值与阀门开度的位置一一对应，因此，通常（4）称为位置型PID的位置控制算式。
由（4）可以看出，要想计算，不仅需要本次与上次的偏差信号和，而且还要在积分项中把历次的偏差信号
进行相加，即
，这样，不仅计算繁琐，而且为保存还要占用很多内存。为此，作如下改动。
根据递推原理，可写出（k-1）次的PID输出表达式：
（5）
用式（5）减去（4），可得：
（6）
式中
：积分系数
：微分系数
式（6）称为增量式PID控制算式。
增量型PID算法的算式为：
（7）
设
所以：
2.离散控制系统的数学描述
设系统为一阶惯性环节，系统的传递函数为：
其微分方程为：
（9）
差分方程和微分方程在形式上有一定的相似之处，设时间间隔T足够小，当
时，可有：
于是式（9）可写成：
经整理后，得：
（10）
在T足够小的条件下，微分方程（9）可以近似成差分方程（10），T值越小，则近似得越好。
四．界面简介
1.TeeChar控件的使用
TeeChar是第三方插入控件，用来绘画图形。点击
就可在工程界面显示一个如上图所示的TeeChar界面
2.参数设定.yy
可在参数设定.yy模块中输入PID参数KP、KI、KD以及一阶系统参数T、T1，按“SURE”键则可将参数导入工程。
3.查询状态模块
在查询状态模块中的“起始时间”、“终止时间”输入图像显示的范围。
五．各模块程序介绍及调试结果
1）各模块程序介绍
1.离散PID表达式：将其用VB语言表示为：
Private Function PIDCalc(ByRef pp As PID, ByVal NextPoint As Double) ;ByRef是引用参数,ByVal是传递值。
Dim dError As Double
Dim Error As Double ；定义dError、Error两个变量为Double型
Error = pp.SetPoint - NextPoint '偏差
pp.SumError = Error + pp.SumError '积分
dError = pp.LastError - pp.PrevError '当前微分
pp.PrevError = pp.LastError
pp.LastError = Error
PIDCalc = pp.Proportion * Error + pp.Integral * pp.SumError + pp.Derivative * dError
End Function
2.离散控制系统的数学描述
设系统为一阶惯性环节，则将其离散化为
用VB语言描述如下，其中u=x(nT),c=y(nT)
Private Function OneLevel(ByRef c As Double, ByVal u As Double, ByRef Param As OneLevelSys)
c = Param.T / Param.T1 * u - (Param.T / Param.T1 - 1) * c
OneLevel = c
End Function
设置了显示3D和非3D效果，以及是否显示背景色。通过下列语句实现
Private Sub Check1_Click()
TChart1.Aspect.View3D = Check1.Value
End Sub
Private Sub Check2_Click()
TChart1.Panel.Gradient.Visible = Check2.Value
End Sub
初始参数设定：
Private Sub Form_Load()
sPID.Proportion = 168
sPID.Integral = 0.5
sPID.Derivative = 0.5
sPID.SetPoint = 30
SysPar.T = 0.0002
SysPar.T1 = 35
End Sub
3.PID参数设定
Private Sub OKButton_Click()
sPID.Proportion = Val(Form1.Text2.Text)
sPID.Integral = Val(Form1.Text3.Text)
sPID.Derivative = Val(Form1.Text5.Text)
sPID.SetPoint = 30
SysPar.T1 = Val(Form1.Text6.Text)
SysPar.T = Val(Form1.Text7.Text)
'Form1.TChart1.Series(0).Clear
Form1.Cls
End Sub
4.时域模拟模块：将程序写入数据库，
Private Sub simulate_Click()
Dim i As Integer
Dim c As Double
Dim u As Double
Dim sOUT(20000) As Double
Dim rOUT As Double
Dim rIn As Double
'将数据库清空
Data1.Recordset.MoveFirst
Do While Not Data1.Recordset.EOF
Data1.Recordset.Delete
Data1.Recordset.MoveNext
Loop
c = 0
u = 0
For i = 1 To 20000 Step 1
u = PIDCalc(sPID, c)
sOUT(i - 1) = OneLevel(c, u, SysPar)
'写入数据库
Data1.Recordset.AddNew
Data1.Recordset.Fields("time") = i
Data1.Recordset.Fields("value") = sOUT(i - 1)
Data1.Recordset.Update
Next i
'Add Series at runtime
TChart1.AddSeries (scLine)
TChart1.Series(0).Clear
'TChart1.Axis.Left.SetMinMax 1, 20000
'TChart1.Axis.Top.SetMinMax 1, 40
5. '绘制系统的时间响应
'Form1.Circle (0, 0), 20, vbRed
For i = 1 To 20000 Step 1
If i Mod 20 = 0 Then
TChart1.AutoRepaint = True
TChart1.Series(0).Add sOUT(i - 1), i, vbBlue
TChart1.AutoRepaint = True
TChart1.Repaint
End If
'TChart1.Visible = false
Text1.Text = i
Text4.Text = sOUT(i - 1)
Text1.Refresh
Text4.Refresh
Call Sleep(0.01)
Next i
End Sub
6.查询模块数据保存于数据库
Private Sub OKButton1_Click()
Dim i As Integer
Dim j As Integer
Dim start As Integer
Dim endpoi As Integer
Dim sOUT(20000) As Double
start = Val(Text8.Text)
endpoi = Val(Text9.Text)
Form1.Cls
Form1.Data1.Recordset.MoveFirst
For i = 1 To start Step 1
Form1.Data1.Recordset.MoveNext
Next i
For i = 1 To (endpoi - start) Step 1
'读出数据库
sOUT(i) = Form1.Data1.Recordset.Fields("value")
Form1.Data1.Recordset.MoveNext
Next i
'Add Series at runtime
Form1.TChart1.AddSeries (scLine)
Form1.TChart1.Series(0).Clear
7. '绘制系统的时间响应
'Form1.Circle (0, 0), 20, vbRed
For i = 1 To endpoi - start Step 1
j = i + start
Form1.Line -(j / 60, sOUT(i - 1)), vbBlack
If i Mod 20 = 0 Then
Form1.TChart1.AutoRepaint = False
Form1.TChart1.Series(0).Add sOUT(i - 1), j, vbBlue
Form1.TChart1.AutoRepaint = True
Form1.TChart1.Repaint
End If
'TChart1.Repaint
'TChart1.Visible = True
Form1.Text1.Text = j
Form1.Text4.Text = sOUT(i - 1)
Form1.Text1.Refresh
Form1.Text4.Refresh
Call Sleep(0.01)
Next i
End Sub
8.定义模块
Declare Sub Sleep Lib "kernel32" (ByVal dwMilliseconds As Long)
Public Type OneLevelSys
T As Double
T1 As Double
End Type
Public Type PID
SetPoint As Double '设定目标
Proportion As Double '比例常数
Integral As Double '积分常数
Derivative As Double '微分常数
LastError As Double 'Error[-1]
PrevError As Double 'Error[-2]
SumError As Double 'Sums of Errors
End Type
Public sPID As PID
Public SysPar As OneLevelSys
2）调试结果：
程序运行界面如下：
设定参数如下，进行时域模拟：
模拟结果如下：
查询10000瘩20000的结果：
设定参数，时域模拟：
模拟结果如下：
查询100到10000的结果
3）调试中遇到的问题：
由于初次使用VB软件，在调试中遇到很多问题，比如说simulink模块命名的重复性，在end模块后添加注释的时候没有加“’”
，名字定义和模块程序中的不符合，插入TeeChar空间的时候属性设置不正确。
六．心得体会
在没有任何基础的情况下，能把VB的基本功能以及基本的语法弄清楚，感觉收获已经很大了。在程序运行和调试的时候遇到很多问题都无从下手，后来通过翻阅书籍、上网百度和同学讨论将问题解决了。软件综合设计这门课设没有安排课程，也没有安排时间，在紧凑的时间中将其功能以及程序读懂，以及会编写基础的VB程序，这已经是这次课程设计中最大的收获了。
七．程序代码：
Private Function PIDCalc(ByRef pp As PID, ByVal NextPoint As Double)
Dim dError As Double
Dim Error As Double
Error = pp.SetPoint - NextPoint '偏差
pp.SumError = Error + pp.SumError '积分
dError = pp.LastError - pp.PrevError '当前微分
pp.PrevError = pp.LastError
pp.LastError = Error
PIDCalc = pp.Proportion * Error + pp.Integral * pp.SumError + pp.Derivative * dError
End Function
Private Function OneLevel(ByRef c As Double, ByVal u As Double, ByRef Param As OneLevelSys)
c = Param.T / Param.T1 * u - (Param.T / Param.T1 - 1) * c
OneLevel = c
End Function
Private Sub CancelButton_Click()
Form1.Hide
Form1.Cls
End Sub
Private Sub Cancelbutton2_Click()
Form1.Cls
End Sub
Private Sub Check1_Click()
TChart1.Aspect.View3D = Check1.Value
End Sub
Private Sub Check2_Click()
TChart1.Panel.Gradient.Visible = Check2.Value
End Sub
Private Sub Form_Load()
sPID.Proportion = 200
sPID.Integral = 1
sPID.Derivative = 1
sPID.SetPoint = 30
SysPar.T = 0.0003
SysPar.T1 = 50
End Sub
Private Sub OKButton_Click()
sPID.Proportion = Val(Form1.Text2.Text)
sPID.Integral = Val(Form1.Text3.Text)
sPID.Derivative = Val(Form1.Text5.Text)
sPID.SetPoint = 30
SysPar.T1 = Val(Form1.Text6.Text)
SysPar.T = Val(Form1.Text7.Text)
'Form1.TChart1.Series(0).Clear
Form1.Cls
End Sub
Private Sub OKButton1_Click()
Dim i As Integer
Dim j As Integer
Dim start As Integer
Dim endpoi As Integer
Dim sOUT(20000) As Double
start = Val(Text8.Text)
endpoi = Val(Text9.Text)
Form1.Cls
Form1.Data1.Recordset.MoveFirst
For i = 1 To start Step 1
Form1.Data1.Recordset.MoveNext
Next i
For i = 1 To (endpoi - start) Step 1
'读出数据库
sOUT(i) = Form1.Data1.Recordset.Fields("value")
Form1.Data1.Recordset.MoveNext
Next i
'Add Series at runtime
Form1.TChart1.AddSeries (scLine)
Form1.TChart1.Series(0).Clear
'绘制系统的时间响应
'Form1.Circle (0, 0), 20, vbRed
For i = 1 To endpoi - start Step 1
j = i + start
Form1.Line -(j / 60, sOUT(i - 1)), vbBlack
If i Mod 20 = 0 Then
Form1.TChart1.AutoRepaint = False
Form1.TChart1.Series(0).Add sOUT(i - 1), j, vbBlue
Form1.TChart1.AutoRepaint = True
Form1.TChart1.Repaint
End If
'TChart1.Repaint
'TChart1.Visible = True
Form1.Text1.Text = j
Form1.Text4.Text = sOUT(i - 1)
Form1.Text1.Refresh
Form1.Text4.Refresh
Call Sleep(0.01)
Next i
End Sub
Private Sub simulate_Click()
Dim i As Integer
Dim c As Double
Dim u As Double
Dim sOUT(20000) As Double
Dim rOUT As Double
Dim rIn As Double
'将数据库清空
Data1.Recordset.MoveFirst
Do While Not Data1.Recordset.EOF
Data1.Recordset.Delete
Data1.Recordset.MoveNext
Loop
c = 0
u = 0
For i = 1 To 20000 Step 1
u = PIDCalc(sPID, c)
sOUT(i - 1) = OneLevel(c, u, SysPar)
'写入数据库
Data1.Recordset.AddNew
Data1.Recordset.Fields("time") = i
Data1.Recordset.Fields("value") = sOUT(i - 1)
Data1.Recordset.Update
Next i
'Add Series at runtime
TChart1.AddSeries (scLine)
TChart1.Series(0).Clear
'TChart1.Axis.Left.SetMinMax 1, 20000
'TChart1.Axis.Top.SetMinMax 1, 40
'绘制系统的时间响应
'Form1.Circle (0, 0), 20, vbRed
For i = 1 To 20000 Step 1
If i Mod 20 = 0 Then
TChart1.AutoRepaint = True
TChart1.Series(0).Add sOUT(i - 1), i, vbYellow
TChart1.AutoRepaint = True
TChart1.Repaint
End If
'TChart1.Visible = false
Text1.Text = i
Text4.Text = sOUT(i - 1)
Text1.Refresh
Text4.Refresh
Call Sleep(0.01)
Next i
End Sub