实验四 温度PID控制实验概要

1、实验目的

通过实验了解简单反馈系统的组成，掌握简单调节系统“手动-自动”无扰动切换投运方法以及用临界比例度法对调节器参数进行工程整定。

2、实验原理

温度控制系统实验原理框图如图4所示，图中电/气转换器、可控硅控制器和容器温度组成广义被控对象。容器温度为系统控制对象，记为Ty。温度变送器检测得到输出的4-20mA的电流反馈信号Tfy，由数据采集卡经A/D转换成数字信号，输入计算机。再与给定值Tr（从键盘输入）比较，得到偏差信号。计算机根据偏差信号，执行相应的控制算法程序，例如，数字PID控制算法、自校正控制算法、模糊控制算法或者其它控制算法等，计算出控制量经D/A转换成1-5V的电压，再经电压-电流转换器转换成4-20mA的电流控制信号Tu。控制广义对象的输出Ty，使其跟踪给定值Tr。 计算机 f2 f1 Tr + Te Tu 可控硅控制Ty 容器温度 D/A PID 电加热器 - Tfy 温度变送器 A/D

图4 被控对象为容器温度，操作变量为可控硅电压输出的温度控制系统

该实验装置组成闭环控制系统时，计算机都采用增量式PID算式：

u(k)u(k1)Kc(e(k)e(k1))其中： u(k)：当前时刻的控制量

TTe(k)d(e(k)2e(k1)e(k2)) TiT

（2-1）

u(k1)：上一时刻的控制量

Ti：积分常数，对应控制参数“I”

Kc：放大倍数，对应控制参数“P” Td ：微分常数，对应控制参数“D”

T：控制周期

e(k)：当前时刻的给定量和检测量的偏差 e(k1)：上一时刻的给定量和检测量的偏差

e(k2)：两个时刻前的给定量和检测量的偏差

3、接线说明

模拟信号端子板和测量信号以及控制信号的接线简图如图5所示

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图5 温度实验中模拟信号端子板和测量信号以及控制信号的接线简图

注意： 1、电压-电流转换器需要的24V工作电源从仪表控制柜上+24V接入

仪表控制柜和模拟信号端子板的连接：只允许改变仪表控制柜的面板插座孔一侧的接线，模拟信号端子板一侧的接线不允许变动。仪表控制柜的输出信号TT1，TT2，FT1，FT2的“+”分别连至端子板上的“1”、“5”、“20”、“24”端子；TT1，TT2，FT1，FT2的“-”分别连至端子板上的“9”、“10”、“28”、“29”端子，电压-电流转换器I的输入“+”“-”端分别连到信号端子板的“30”、“14”端子，仪表控制柜的控制输入信号ZK的“+”“-”分别连到电压-电流转换器I的输出“+”“-”端，电压-电流转换器II的输入接到数据采集卡的“32”“14”端子， VL1的“+”和“-”端或者VL2的“+”和“-”端可以作为扰动输入信号连到电压-电流转换器II的输出“+”“-”端子。

4、实验画面使用说明

该实验由三个不同的画面组成：“实时监控”画面如上图6所示：“工艺流程图”如上图8所示；“响

应曲线”画面如下图9所示。

图9 温度数字PID实验响应曲线画面

该画面实时显示了数字PID实验的动态响应曲线。在“实验状态”档中可以设置实验方式，“手动”或者“自动”方式。“手动”方式下，设定“手动输出”值、“时间轴”以及一些其它参数，实验信息中的“对象温度”一档对应的是采集的实时数据。图的右上方的X，Y坐标值显示鼠标点击曲线的对应值。在实验开始的“自动”方式下，改变P、I、D、控制周期四个参数后，需要按下“参数投运”按键，参数设置才可有效。在线改变其它参数，按下回车键参数修改有效。

5、实验内容及步骤

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1）进入温度数字PID实验画面，系统的默认方式是手动方式。 2）“手动”方式时：手动设定“手动输出”的电流值和“自动”方式运行时的P、I、D、控制周期、控制死区、扰动输出等参数。

3）系统输出基本接近给定值时，将“手动”方式无扰切换到“自动”方式进行控制。

4）然后观察控制量和被控量的变化曲线，调整PID控制参数值，最终的PID参数调整值将写入数据库以备今后作数据分析使用，也可以从实验监控画面观察水温的变化。

5）可以点击波形上的任一点，从右上方的坐标得到任一点的时间点（X）和对应的温度值（Y）。

6、实验要求

分析不同参数设置下的温度响应波形并说明原因。

7、实验注意事项

1）实验进行时改变P、I、D和控制周期完毕，要单击“参数投运”按键，参数才能有效。

2）写入数据库中的PID参数值以实验结束时的为准，如果不退出整个系统，PID参数值会自动进入下一次实验。

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