教学用PID参数调节实验装置的研究

摘要

随着智能建筑和楼宇自控技术的不断发展，建筑设备自动化已经成为建筑环境与设备工程学生应该掌握的基本内容。为了更好的让学生深入理解自动控制原理中PID参数的抽象概念和控制规律，本课题以Visual Basic为开发工具，自行研制开发出了一套PID参数调节原理的教学演示软件系统。 本文首先分析了实验装置的软件设计基础，阐明了软件工程、数据库设计的基本理论以及PID控制的基本概念和基本规律。然后在控制理论的基础上结合实验要求进行了机械设计、空调系统设计以及实现温度测量与控制功能的单片机系统设计。文章不仅研究了基本的PID控制算法也研究了改进型的PID控制算法，在引入软件工程和数据库理论的基础之上，利用可视化的Visual Basic软件编制上位机程序，运用计算机实现数字式PID控制算法。最后在该实验装置软件硬件基础之上，给出了在一定的阶跃干扰信号下利用PID数字控制器调节的比例控制、比例积分控制、比例积分微分控制的过渡响应曲线，并根据这些实验的结果作出相应的分析，从而深刻理解PID控制算法中各参数的作用。 本软件系统在教学实践中的应用不仅对培养学生的创造性思维能力，提高教学质量起着积极的促进作用，而且对深化教育改革、加速教学手段的现代化也会产生积极的推动作用。

目录

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声明

第一章绪论

1.1教学用PID参数调节实验装置研制的背景和意义

1.1.1建筑设备自动化系列课程的基本教学要求

1.1.2建筑设备自动化系列课程的教学内容

1.2本课题研究方向及内容

第二章软件设计理论基础

2.1软件工程的基本理论

2.1.1软件工程的基本原理

2.1.2软件工程的常用模型

2.1.3软件体系结构和工具的选择

2.1.4软件开发方法

2.1.5小项目的开发与研究

2.2数据库设计理论基础

2.2.1数据库设计内容

2.2.2数据库的设计的过程

2.2.3数据库逻辑设计

2.2.4数据库物理设计

2.2.5数据库的实现、运行和维护

2.3 PID控制基础理论

2.3.1基本PID控制规律

2.3.2 PID参数整定方法

第三章实验装置的硬件系统设计

3.1实验装置控制系统整体设计

3.2实验装置单片机系统设计

3.2.1温度采集硬件电路

3.2.1温度控制硬件电路

3.2.3温度显示模块

3.3温控装置空调系统设计

3.3.1制冷系统设计

3.3.2风系统设计

3.4通讯设计

3.5单片机系统软件设计

3.5.1主程序

3.5.2子程序

第四章实验装置的软件设计

4.1 Visual basic面向对象的编程基础

4.1.1面向对象程序设计

4.1.2 Visual Basic中的对象和类

4.2系统分析与设计

4.2.1系统功能分析

4.2.2系统功能结构图

4.3主程序设计

4.3.1登陆窗体设计

4.3.2系统主界面设计

4.3.3主程序运行界面

4.4数据库模块设计

4.5控制模块的设计

4.5.1基本PID控制算法的实现

4.5.2改进PID控制算法的实现

4.6通讯模块设计

第五章实验测试及结果分析

5.1试验装置制冷系统的调试过程

5.2硬件调试与校验步骤

5.3实验操作过程示例

5.3.1系统登录窗体

5.3.2主界面窗体

5.3.3基本设置窗体

5.3.4主程序运行界面

5.3.5基本PID算法设定

5.4实验测试结果与分析

5.4.1 PID参数的整定

5.4.2测试结果分析

第六章结论与展望

6.1本文结论

6.2几点建议

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢