实验七---炉温控制实验

实验七炉温控制实验一、实验目的1．了解温度控制系统的特点。2．研究采样周期T对系统特性的影响。3．研究大时间常数系统PID控制器的参数的整定方法。二、实验仪器1．EL-AT-III型计算机控制系统实验箱一台2．PC计算机一台3．炉温控制实验对象一台三、炉温控制的基本原理1．系统结构图示于图7－1。图7－1系统结构图图中Gc（s）=Kp（1+Ki/s+Kds）Gh（s）=（1－e-TS）/sGp（s）=1/（Ts+1）2．系统的基本工作原理整个炉温控制系统由两大部分组成，第一部分由计算机和A/D&D/A卡组成，主要完成温度采集、PID运算、产生控制可控硅的触发脉冲，第二部分由传感器信号放大，同步脉冲形成，以及触发脉冲放大等组成。炉温控制的基本原理是：改变可控硅的导通角即改变电热炉加热丝两端的有效电压，有效电压的可在0～140V内变化。可控硅的导通角为0～5CH。温度传感是通过一只热敏电阻及其放大电路组成的，温度越高其输出电压越小。外部LED灯的亮灭表示可控硅的导通与闭合的占空比时间，如果炉温温度低于设定值则可控硅导通，系统加热，否则系统停止加热，炉温自然冷却到设定值。第二部分电路原理图见附录一。3．PID递推算法：如果PID调节器输入信号为e（t），其输送信号为u（t）,则离散的递推算法如下：Uk=Kpek+Kiek2+Kd(ek-ek-1),其中ek2是误差累积和。四、实验内容：1．设定炉子的温度在一恒定值。2．调整P、I、D各参数观察对其有何影响。五、实验步骤1．启动计算机，双击桌面“计算机控制实验”快捷方式，运行软件。2．测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。3．20芯的扁平电缆连接实验箱和炉温控制对象，检查无误后，接通实验箱和炉温控制的电源。开环控制4．在实验项目的下拉列表中选择实验七[七、炉温控制],鼠标单击按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果。测量系统响应时间Ts和超调量p。5．重复步骤4，改变参数设置，观测波形的变化，记入下表：性能指标占空比阶跃响应曲线δ%Tp（秒）Ts（秒）40%如图1无无67.26870%如图2无无63.12920%如图3无无80.21160%如图4无无75.340图1图2图3图4闭环控制6.在实验项目的下拉列表中选择实验七[七、炉温控制]鼠标单击按钮，弹出实验课题参数设置对话框，选择PID，在参数设置窗口设置炉温控制对象的给定温度以及Ki、Kp、Kd值，点击确认在观察窗口观测系统响应曲线。测量系统响应时间Ts和超调量p。7.重复步骤6，改变PID参数，观测波形的变化，记入下表中：性能指标参数阶跃响应曲线δ%Tp（秒）Ts（秒）KpKiKd1.000.021.00如图586%146.597440.7211.000.401.00如图6无52.886115.0511.000.301.00如图752%47.319267.6801.000.501.00如图854%205.515440.257图5图6图7图8六、实验报告1、过渡过程为最满意时的Kp,Ki,Kd及其响应曲线:最满意时的Kp=0.5,Ki=3.5,Kd=6.5.响应曲线如图5。2、温度控制系统有效的选择Kp,Ki,Kd方法：本实验我们采用的是控制变量法来做的，即在初始数值的基础上改变（变大或者变小都行）一个数值，观察炉温曲线的变化趋势，并初步得出这个变量对于曲线哪一部分有影响。对其中每一个可控变量应用此方法，最后根据我们的需要改变所有变量值，这样得出的曲线应该就能更加切合我们的需要。3、实验中问题分析：最后一组响应曲线虽然最后能趋于稳定，但是稳态响应和实验所要求的50摄氏度有点出入。要清楚到底应该怎么去调节三个参数才能让系统有更好的响应曲线。由于实验课上的时间有限，最后没能得到完美的响应曲线，还是有些遗憾的。总的来说比例环节KP越大，快速性增强，振荡加剧；积分环节是用以消除静差；微分环节：用以改善系统的振荡性。