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c#制作pid仿真.docx
1设计任务及指标要求
对一阶系统实现PID算法控制并进行仿真，具体功能如下：
2 总体方案
3.运行与调试
4.软件的功能及使用说明
5.收获与体会
6.参考文献
软件分散课程设计 沈中皓 120900715
软 件 课 程 设 计
一阶系统 PID 算法控制及仿真
自动化 1203 沈中皓
120900715
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软件分散课程设计 沈中皓 120900715
内容目录
1．设计任务及要求...........................................................................................................................2
2．总体方案.......................................................................................................................................2
2.1 设计思路...........................................................................................................................2
2.2 数字 PID 及其算法...........................................................................................................2
2.3 离散控制系统的数学描述...............................................................................................3
2.4 各控件的使用...................................................................................................................3
2.5 方案选定...........................................................................................................................5
3．运行与调试...................................................................................................................................5
3.1 出现的问题.......................................................................................................................5
3.2 改进措施...........................................................................................................................5
4．软件的功能及使用.......................................................................................................................5
4.1 主界面...............................................................................................................................5
4.2 功能键...............................................................................................................................6
4.3 效果图.......................................................................................................................................6
5．心得体会.......................................................................................................................................7
6．参考文献.......................................................................................................................................7
1
软件分散课程设计 沈中皓 120900715
1 设计任务及指标要求
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。
2 总体方案
2.1 设计思路
设计本软件需要克服两点问题。第一是对于自动控制原理中的概念从连续到离散，从书
面到电子、程序的转化过程，但是这个过程在老师给的资料里面已经有了很好的提示，正如
下文中的两项内容，稍做整理规划即可以成为代码使用。
其次，便是编写一个可以作为我们可观可控的载体，老师推荐使用 VB，同时还可以使
用的有 MFC，MATLAB，C++，Java，C#，HTML4 等等，这些与以往编程相关的课程不同的是，
涉及到了图形界面，又是一次全新的挑战，需要我们在短时间内学习并且掌握一些基础的概
念和应用方法，涉及到了一下诸如窗体，控件，事件的编程概念供以使用。
2.2 数字 PID 及其算法
模拟的 PID 表达式
)(
tP
)([
teK
P
1
T
I
)(
te
dt
T
D
])(
tde
dt
离散的 PID 表达式
)(
kP
)({
kEK
P
T
T
I
k
j
0
)(
jE
T
D
T
[
)(
kE
(
kE
})]1
根据递推原理，可写出（k-1）次的 PID 输出表达式：
增量型 PID 算法的算式为：
2
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)(
kP
)(
kEK
[
P
(
kE
)]1
)(
kEK
I
kEK
(2)(
kE
[
D
)1
(
kE
)]2
对应程序中如下代码
Error1 = SetPoint - Now;
u = Error1 - Error2;
u = u + Error1 * T / PID_I;
u = u - PID_D * (Error1 - 2 * Error2 + Error3) / T;
u = u * PID_P;
Error3 = Error2;
Error2 = Error1;
2.3 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：
)(
sY
)(
sX
)(
sG
1
sT
1
1
[(
nyT
1
])1
T
T
(
nTy
)
(
nTy
)
(
nTx
)
[(
ny
])1
T
(
T
T
1
()1
nTy
)
T
T
1
(
nTx
)
上式可写成：
整理得
对应程序中如下代码
u += PID(Gs_Y);
Gs_X = u;
Gs_Y = (T / Gs_T1) * Gs_X - (T / Gs_T1 - 1) * Gs_Y;
2.4 C#中各控件的使用
2.2.1 button
当按钮被单击将触发事件，相应的代码如下：
private void button_XXXX_Click(object sender, EventArgs e)
{
/*
your code
*/
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}
2.2.2 lable
主要作为显示，提示
2.2.3 textBox
作为不同变量的输入输出，发挥着重要的作用，同时在其数据的转化上面，也是费了一些事
情
将textBox里面的数字转化为DEC的函数自己写
PID_P = ChangeToU16(tBox_P.Text);
将内容输出到 textBox 里面，即为赋值一个字符串
tBox_Value.Text = "0";
2.2.4 AxTeeChart
TeeChart 控件是经久不衰的图形控件，多年以来深受大家喜爱。
使用此控件需要先从下载一个 ocx 文件开始，进行注册，导入，才可以使用，其过程颇有一
番波折 ，但是最终还是受益良多。Teechart 可以画折线曲线，柱形图，饼形图，2D 和 3D
之间的切换也是非常的方便。但是在本次设计中，仅仅使用最简单的几个功能。
2.2.5 Form
主窗体，相当于画板
2.2.6 Timer
用于在计算相应数值的时候，精准定时
myTime.Elapsed += new ElapsedEventHandler(OnTimer);
myTime.Interval = 5;
myTime.Enabled = false;
当按下开始按钮时候，使能值 Enable 被赋值为 true。
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2.4 Access 数据库
使用
using System.Data.OleDb;
链接 Access 数据库，并利用 SQL 语句进行写入和读取
OleDbConnection thisConnection = new
OleDbConnection(@"provider=Microsoft.Jet.OLEDB.4.0;Data
Source=PID.mdb;Persist Security Info=False");
string sql = "";
OleDbCommand cmd = new OleDbCommand();
。。。。。。
cmd.CommandText = sql;
cmd.Connection = thisConnection;
cmd.Parameters.AddWithValue("@mytime", (5 * time).ToString());
cmd.Parameters.AddWithValue("@mydata", u.ToString());
sql = "insert into myTB(myTime,myData) values(@mytime,@mydata)";
cmd.ExecuteNonQuery();
。。。。。。
2.5 方案选定
基于 C#背后强大的.net 类库和最近走向开源的良好发端，我选择了 C#作为本次设计的开发
语言，VisualStdio2010 作为开发环境，AxTeeChart 作为附加使用的控件。
PID 的实现方式多种多样，有位置式的 PID 算法和增量式的 PID 算法，其中又包括微分先行，
带死区的 PID 控制等等，由于增量式的算法一直的离散的控制系统发挥中重要的作用，各方
面性能均衡优良，故选择此种控制器。
3.运行与调试
3.1 设计题目出现的问题
具体调试的过程中出现了两个问题。
第一个问题是，在反复确定原理的计算值之后，仍然看不到完美的整定 PID 波形，不适过冲
太多，恢复过慢，就是阻尼环节太过严重，良久无法到达稳定状态；
第二个问题，在设计 TeeChart 界面的时候，定死了横纵坐标的个数和比例，使得波形就算
式计算的准确无误了，也不像是能够说明问题自控波形，没有太大参考价值和研究价值。
3.2 改进措施
对于第一个问题，发现实际上是忽略对于采样时间 T 已经一阶系统特性 T1 二者一个协调的
比例，只有二者匹配，甚至更多，才能使系统的灵敏性更高，才能对于不同的 PID 参数，可
以看出明显的控制现象。
针对第二个问题，横轴使用了动态增添点的办法，使得整体凸显出一种动起来的感觉。而纵
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轴则是使能了自动调整变量，在上下幅值有变动的时候，控件自己做出调整。
4.软件的功能及使用说明
4.1 主界面
主界面十分简单，没有再打开的菜单，几个按钮几个文本框。主体是图形控件。
4.2 功能键
功能说明：
1.在左侧有两排按钮，是用来整定 PID 三个参数用的。相对靠左边分别是使 P、I、D 参数增
加，步长为 0.01-0.1，而相应的靠右边的是减少。
2.文本框的设计，使得参数的整定不仅仅可以靠单击来改变数值，同时也可以人工输入，最
终确定只需要停止掉当前状态并且重新开始，即可载入参数。
3.T 与 T1 分别是采样时间和系统特性阻尼参数。在 PID 算式和一阶系统算式中，这两个时间
值起到了至关重要的最有，二参数的好坏直接关系系统是否稳定，PID 三个变量的整定方向
等等。
4.SetPoint 目标值可以改动，这样出来的波形，更加可以看到相应曲线跟踪阶跃曲线的效果。
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4.3 效果图
读取数据库，并使用DATAGRIDVIEW控件进行显示
4.4 所用控件列表
序号
1
2
3
4
名称
button
lable
textBox
TeeChar
7
数量（个）
10
6
6
1
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