锅炉内胆水温PID控制实验
PID温度控制实验
PID 温度控制实验PID(ProportionalIntegralDerivative)控制是最早发展起来的控制策略之一，它根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量对系统进行控制。
当我们不彻底了解一个系统和被控对象，或者不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用 PID 控制技术。
由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业过程控制。
PID 调节控制是一个传统控制方法，它合用于温度、压力、流量、液位等几乎所有现场，不同的现场，仅仅是 PID 参数应设置不同，只要参数设置得当均可以达到很好的效果。
本实验以 PID 温度控制为例，通过此实验可以加深对检测技术、自动控制技术、过程控制等专业知识的理解。
2、掌握正校实验的方法，并用正交实验法来确定最佳 P、I、D 参数3、会求根据温度变化曲线求出相应的超调量、稳态误差和调节时间的方法二、仪器与用具加热装置、加热控制模块、单片机控制及显示模块、配套软件、电脑。
三、实验原理1、数字 PID 控制原理数字 PID 算法是用差分方程近似实现的,用微分方程表示的 PID 调节规律的理想算式为:1de(t)u(t)KP[e(t)e(t)dtTD] (1)TI0dt 单片机只能处理数字信号，上式可等价于:tTUnKP[enTIeii0nTD(enen1)] (2) TTTenD(en2en1en2)] (3) TIT (2) 式为位置式 PID 算法公式。
也可把(2)式写成增量式 PID 算法形式: UnUnUn1KP[enen1 其中,en 为第 n 次采样的偏差量； en-1 为第 n-1 次采样的偏差量； T 为采样周期； TI 为积分时间；TD 为微分时间； KP 为比例系数。
2、PID 温度控制的框图设定温度(SV)温度偏差(EV)(EV=SV-PV)PID 调节器按周期调节脉冲宽度输出加热装置实际温度(PV)图 1PID 温度控制的框图温度 PID 控制是一个反馈调节的过程:比较实际温度(PV)和设定温度(SV)的偏差,偏差值经过 PID 调节器运算来获得控制信号,由该信号控制加热丝的加热时间,达到控制加热功率的目的,从而实现对系统的温度控制。
任务一锅炉内胆温度二位式控制任务二锅炉内胆水温PID整.
（1）、打开以丹麦泵、变频器、涡轮流量计以及锅炉内胆、 夹套进水阀（阀22、阀11、阀18、阀15）所组成的水路 系统，关闭通往其他对象的切换阀。 （2）、先把锅炉内胆和夹套的水装至适当高度，然后关闭 阀18。 （3）、将锅炉内胆的进水阀：阀11至适当开度。 （4）、将锅炉内胆的出水阀：阀14关闭。 （5）、将锅炉内胆的溢流口出水阀: 阀15全开。 （6）、检查电源开关是否关闭。
八、课后作业布置
试述串级控制系统为什么对主扰动具有很强的抗扰动能 力？如果副对象的时间常数不是远小于主对象的时间常数 时，这时副回路抗扰动的优越性还具有吗？为什么？ 串级控制系统投运前需要做好那些准备工作？ 主、副调 节器的内、外给定如何确定？正、反作用如何设置？ 改变副调节器比例放大倍数的大小，对串级控制系统的 抗扰动能力有什么影响？试从理论上给予说明。
任务四 锅炉夹套和内胆温度串级控制 正确设置PID调节器： 副调节器：比例积分（PI）控制，反作用，自动，KC2 （副回路的开环增益）较大。 主调节器：比例积分（PI）控制，反作用，自动，KC1 〈 KC2（其中KC1为主回路开环增益）。 待系统稳定后，类同于单回路控制系统那样，对系统加 扰动信号，扰动的大小与单回路时相同。 通过反复对副调节器和主调节器参数的调节，使系统具 有较满意的动态响应和较高的控制精度。 （注）：可参照前已做过的实验，详细列出本次实验的实 验方法与步骤。
能力目标 :1．能够正确操作温度控制系统。 2．能够对串级控制进行PID参数整定。
知识目标 :1．PID参数整定方法。 2．响应曲线分析。 3．串级控制系统分析。
素质目标 :培养自主学习能力，挖掘潜在创造力，激发设计才 能，培养团队意识、组织协调能力、创新思维能力，培养分析 和解决问题的能力。
锅炉内胆水温控制讲解
目录1 系统组成介绍 (1)1.1 被控对象 (1)1.2 检测仪表 (1)1.3 执行机构 (2)1.5 控制屏组件 (2)1.6 实验控制系统流程图 (3)1.7 控制原理框图 (4)2 上位机组态与程序设计 (6)2.1 组态软件介绍 (6)2.2 WinCC的发展及应用 (6)2.3 Wincc监控组态与程序设计 (7)2.4 WiNCC组态软件的通讯 (14)3 PLC300控制程序 (17)4 实验内容与步骤 (21)4.1 实验准备工作 (21)4.2 控制规律选择参数调节 (21)5 实验结果显示 (23)总结 (26)参考文献 (27)1 系统组成介绍本实验装置对象主要由锅炉和盘管三大部分组成。
供水系统：一路由三相（380V 恒压供水）磁力驱动泵、电动调节阀、涡轮流量计及自动电磁阀组成；另一路由变频器、三相磁力驱动泵（220V变频调速）、涡轮流量计及自动电磁阀组成。
1.1 被控对象4.5KW三相电加热模拟锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式锅炉夹套构成)1．模拟锅炉：是利用电加热管加热的常压锅炉，包括加热层（锅炉内胆）和冷却层（锅炉夹套），均由不锈钢精制而成，可利用它进行温度实验。
做温度实验时，冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发，使加热层的温度快速下降。
冷却层和加热层都装有温度传感器检测其温度，可完成温度的定值控制、串级控制，前馈-反馈控制，解耦控制等实验。
2．盘管：模拟工业现场的管道输送和滞后环节，长37米（43圈），在盘管上有三个不同的温度检测点，它们的滞后时间常数不同，在实验过程中可根据不同的实验需要选择不同的温度检测点。
盘管的出水通过阀门的切换既可以流入锅炉内胆，也可以经过涡轮流量计流回储水箱。
它可用来完成温度的滞后和流量纯滞后控制实验。
3．管道及阀门：整个系统管道由敷塑不锈钢管连接而成，所有的阀门均采用优质阀，彻底避免了管道系统生锈的可能性。
有效提高了实验装置的使用年限。
锅炉内胆温度过控实训报告 2
湖南工程学院系统综合训练报告课题名称过程控制系统专业班级姓名学号指导教师2007年 4 月9 日一、概述过程控制一般是指连续生产过程的自动控制。
他是通过各种检测仪表、控制仪表（包括电动仪表和气动仪表，模拟仪表和智能仪表）和电子计算机（看作一台仪表）等自动化工具，对整个生产过程进行自动检测、自动监督和自动控制。
一个过程空话子系统是由被控制过程和过程检测控制仪表两部分组成的。
过程检测控制仪表包括检测元件、变送器、调节器（包括计算机）、调节阀。
过程控制系统的设计是根据工业过成的特性和工艺要求，通过选用过程检测控制仪表构成系统，再通过PID参数的整定，实现对生产过程的最佳控制。
在现代工业生产过程中，工业过程很复杂。
由于生产规模大小不同，工艺要求各异，产品品种多样，因此过程控制中的被控过程是多种多样的。
诸如石油化工过程中的精馏塔、化学反应器、流体传输设备；热工过程中的锅炉、热交换器；冶金过程中的转炉、平炉；机械工业中的热处理炉等。
他们的动态特性多数具有大惯性、大滞后、非线性特性。
有些机理复杂（如发酵、生化过程等）的过程至今尚未被人们认识，所以很难用目前过程辩识方法建立其精确的数学模型，因此设计能适应各种过程的控制系统并非易事。
由于被控过程具有大惯性、大滞后（大延时）等特性，因此决定了过程控制多属慢过程。
另外，在石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、制药等工业生产过程中。
往往采用一些物理量和化学量（如温度、压力、流量、液位、成分、PH等）来表征其生产过程是否正常，因此需要对上述参数进行自动检测和自动控制，故过程控制多半为参数控制。
随着现在工业生产的迅速发展，工艺条件越来越复杂，对过程控制的要求越来越高。
过程控制系统的设计是以被控过程的特性为依据的。
由于工业过程的复杂、多变，因此其特性多半属多变量、分布参数、大惯性、大滞后和非线性等等。
为了满足上述特点与工艺要求，过程控制中的控制方案是十分丰富的。
通常有单变量控制系统，也有多变量控制系统；有仪表过程控制系统，也有计算机集散过程控制系统；有复杂控制系统，也有满足特定要求的控制系统。
pid控制实验报告
pid控制实验报告引言：PID（Proportional-Integral-Derivative）控制是一种常用的控制算法，广泛应用于自动控制系统中。
PID控制器通过不断调整控制量，使得被控对象的输出尽可能接近所期望的目标值。
本文将对PID控制实验进行详细介绍。
实验目的：通过实验，掌握PID控制器的基本原理和工作方式，熟悉PID 参数的调节方法，了解PID控制器在不同系统中的应用。
实验器材：1. 一台计算机2. 编程软件（如MATLAB）3. 实验装置（可选项，如温度控制装置、电机等）实验步骤：1. 确定实验对象：可以选择温度控制装置、水位控制装置或电机等，根据实际需求进行选择。
2. 设计PID控制器：根据实验对象的特性和目标，设计合适的PID控制器，包括确定比例系数KP、积分系数KI和微分系数KD。
3. 参数调节：通过试验和分析，调节PID参数，使得控制系统的性能最优。
4. 实验记录和分析：记录实验数据，并进行分析，评估PID控制器的性能和稳定性。
实验结果：实验结果将根据实际情况有所不同，这里以温度控制装置为例进行讨论。
1. 初始状态：实验开始时，温度控制装置处于初始状态，温度与目标温度存在误差。
2. 比例控制作用：PID控制器根据比例系数KP对误差进行处理，并输出相应的控制量。
当误差较大时，控制量较大，加快系统的响应速度。
随着误差减小，控制量逐渐减小，使系统温度逐渐接近目标温度。
3. 积分控制作用：当误差存在积累时，积分控制作用发挥作用，通过积分系数KI 对误差进行处理。
积分控制可以消除稳态误差，使得系统温度更加稳定。
4. 微分控制作用：微分控制主要处理误差的变化率，通过微分系数KD对误差变化的斜率进行处理。
微分控制可以提高系统的稳定性和响应速度。
5. 参数调节：在实验过程中，根据实际的系统响应和性能要求，通过试验和分析逐步调节PID参数，使得系统的控制响应更加稳定和准确。
实验分析：PID控制器在实验中的表现取决于PID参数的选择和调节。
锅炉内胆静态水温PID控制
绪论采用WinCC组态技术设计多机联网运行的实时监控系统，核心思想是通过计算机超强的处理能力，以软件实现实际生产过程变化，把传统控制中进行人工操作或数据分析与处理、数据输出与表达的硬件，利用方便的PC机软硬件代替。
建立WinCC组态监控系统。
首先启动WinCC，建立一个单用户项目——添加通讯驱动程序——选择通道单元——输入逻辑连接名，确定与S7—300端口的通讯连接。
然后在驱动程序连接下建立结构类型和元素，给过程变量分配一个在PLC中的对应地址（地址类型与通讯对象相关），给除二进制变量外的过程变量和内部变量设定上限值和下限值（当过程值超出上限值和下限值的范围时，数值将变为灰色，并且不可以再对其进行任何处理）。
接着创建和编辑主导航画面、单台空压机组态画面、远程监控画面、分析诊断画面、数据归档画面、报警显示画面、报警在线限制值画面、报表打印画面、用户登录方式画面等。
对画面中添加的按钮、窗口和静态文本等，进行组态变量连接、状态显示设置等等。
再对远程控制画面中的启动/停止按钮进行变量连接，设置手动控制和自动控制两种方式，并且手动控制为高级控制方式。
通过设置随变量值的变化范围而改变颜色的比功率棒图进行故障诊断分析；通过对过程值的归档，建立历史和当前的表格与曲线两种状态的监控界面；利用报警和报表打印等，实现信息上报、及时反馈的功能，实现最佳的生产状态监测控制。
还可通过用户管理权限的设置，为不同级别的用户设置权限和等待空闲时间，以更好地安全防护。
4 WINCC组态软件4.1 WINCC概述WINCC指的是Windows Control Center，它是在生产和过程自动化中解决可视化和控制任务的监控系统，它提供了适用于工业的图形显示、消息、归档以及报表的功能模板。
高性能的功能耦合、快速的画面更新以及可靠的数据交换使其具有高度的实用性。
WINCC 是基于Windows NT 32位操作系统的，在Windows NT或Windows 2000标准环境中，WINCC具有控制自动化过程的强大功能，它是基于个人计算机，同时具有极高性价比的操作监视系统。
毕业设计实验锅炉炉温自校正PID控制系统设计
毕业设计(论文)题目：实验锅炉炉温自校正PID控制系统设计实验锅炉炉温自校正PID 控制系统设计I摘 要本文以递推最小二乘法为自适应规律, 研究实验锅炉温度控制, 用MATLAB 语言编程并进行系统仿真, 在仿真结果的基础上进行分析研究. 结果表明当采用自校正PID 算法时, 系统有自适应能力, 能根据被调节系统自动调节K P 、K I 、K D 参数使系统达到稳定, 解决了长期以来大时滞实验锅炉系统PID 参数设定难的问题. 为了使系统更精确, 本文采用了“带遗忘因子的递推最小二乘法”估计算法.关键字： 自校正PID; 炉温控制; 参数估计; 最小二乘法实验锅炉炉温自校正PID控制系统设计ABSTRACTThis paper adopts recursive least square method to research how to control the experimental boiler temperature and uses MATLAB to program and simulate. The further research and analysis are made on the basis of system simulation results, The results show that when adopting the self-revised PID controller, the system can adapt the complex working conditions and the controller can select the PID parameters automatically. Morever, it has solved the difficult problem of setting large delay experimental boiler system PID parameters. In order to make the system more accurate, this paper adopts the estimation algorithm of recursive least-square method with forgetting factor.Keywords：Self-revised PID Controller; Temperature Control; Recursive Least Square Method; Parameter EstimationII实验锅炉炉温自校正PID控制系统设计目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1选题背景及意义 (1)1.2论文的主要内容 (1)1.3本人主要工作 (1)2常规PID控制算法及其改进算法 (2)2.1常规PID控制原理 (2)2.1.1常规PID调节器算法 (2)2.1.2常规PID调节器的参数整定 (3)2.1.3常规PID调节器在实际应用中的局限 (3)2.2数字PI D控制 (3)2.2.1位置式PID控制算法 (4)2.2.2增量式PID控制算法 (5)2.2.3数字PID控制器的参数整定方法 (5)2.2.4采样周期的选择 (6)3 自校正PID控制算法 (7)3.1自适应控制系统原理 (7)3.1.1概述 (7)3.1.2模型参考自适应控制 (8)3.1.3自校正控制 (8)3.2自校正控制系统 (9)3.3.1递推最小二乘估计 (10)3.3.2带遗忘因子的递推最小二乘算法的递推算式 (12)3.3.3初值的确定 (13)3.4本论文所用自校正PID控制算法 (13)3.4.1具体框图和原理 (13)3.4.3带遗忘因子的递推最小二乘法 (17)4 系统硬件的结构设计 (18)4.1系统硬件的结构 (18)4.2自校正PID实验锅炉控制系统原理 (18)4.3自校正控制算法设计 (20)III实验锅炉炉温自校正PID控制系统设计4.4自校正PID算法设计流程图 (21)5 MATLAB 仿真及结果分析 (22)6 结论 (26)参考文献 (27)致谢........................................................................................................错误！未定义书签。
pid控制实验报告
pid控制实验报告PID控制实验报告。
一、实验目的。
本实验旨在通过对PID控制器的调试和实验验证，掌握PID控制器的工作原理和调节方法，加深对控制原理的理解，提高实际控制系统的设计和调试能力。
二、实验原理。
PID控制器是一种常用的控制器，它由比例（P）、积分（I）、微分（D）三个部分组成。
在实际控制系统中，PID控制器通过对控制对象的测量值和设定值进行比较，产生误差信号，然后根据比例、积分和微分三个部分的参数进行计算，输出控制信号，使控制对象的输出值逼近设定值，实现控制目标。
三、实验装置。
本实验采用了PLC控制器和温度传感器作为控制系统，通过对温度传感器的测量值进行反馈控制，调节加热器的功率输出，控制温度在设定值附近波动。
四、实验步骤。
1. 首先，设置PID控制器的比例、积分和微分参数为初始值，将控制系统接通，使加热器开始工作。
2. 然后，通过监测温度传感器的测量值，观察加热器的工作状态和温度的变化情况。
3. 接着，根据实际情况，逐步调节PID控制器的参数，使控制系统的响应速度和稳定性达到最佳状态。
4. 最后，记录和分析不同参数下控制系统的响应曲线，比较不同参数对控制系统性能的影响，总结调节经验。
五、实验结果与分析。
经过一系列的实验调节，我们得到了不同参数下的控制系统响应曲线。
通过对比分析，我们发现：1. 比例参数的增大会加快系统的响应速度，但会引起超调和振荡现象；2. 积分参数的增大可以减小稳态误差，但会增加超调和振荡的幅度；3. 微分参数的增大可以减小超调和振荡，但会降低系统的响应速度。
六、实验结论。
通过本次实验，我们深入理解了PID控制器的工作原理和调节方法，掌握了控制系统的设计和调试技巧。
在实际工程中，我们可以根据实际需求，通过调节PID 控制器的参数，使控制系统达到最佳的性能指标。
七、实验心得。
通过本次实验，我们不仅学习了PID控制器的基本原理和调节方法，还提高了实际控制系统的设计和调试能力。
锅炉夹套水温与内胆水温串级控制系统
锅炉夹套水温与内胆水温串级控制系统锅炉夹套水温与内胆水温串级控制系统实验目的：1.熟悉温度串级控制系统的结构与组成。
2.掌握温度串级控制系统的参数整定与投运方法。
3.研究阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主控制量的影响。
4.分析主、副调节器参数的改变对系统性能的影响。
实验设备：锅炉夹套和锅炉内胆组成的串级控制系统。
实验原理：本实验系统的主控量为锅炉夹套的水温T1，副控量为锅炉内胆的水温T2，它是一个辅助的控制变量。
系统由主、副两个回路所组成。
主回路是一个定值控制系统，要求系统的主控制量T1等于给定值，因而系统的主调节器应为PI或PID控制。
副回路是一个随动系统，要求副回路的输出能正确、快速地复现主调节器输出的变化规律，以达到对主控制量T1的控制目的，因而副调节器可采用P控制。
由于锅炉夹套的温度升降是通过锅炉内胆的热传导来实现的，显然，由于副对象管道的时间常数小于主对象下水箱的时间常数，因而当主扰动（二次扰动）作用于副回路时，通过副回路的调节作用可快速消除扰动的影响。
本实验系统结构图和方框图如图15所示。
实验内容与步骤：1.将储水箱中贮足水量，然后将阀门F2-1、F2-6、F1-12、F1-13全开，将锅炉出水阀门F2-11、F2-12关闭，其余阀门也关闭。
2.将变频器A、B、C三端连接到三相磁力驱动泵（220V），打开变频器电源并手动调节变频器频率，给锅炉内胆和夹套贮满水。
3.关闭变频器、关闭阀F1-12，打开阀F1-13.待实验投入运行时，用变频器支路以较小的流量给锅炉内胆供循环冷却水。
4.根据实验目的与原理进行具体实验内容与步骤，实验的接线可按照给出的接线图连接。
实验报告要求：1.画出温度串级控制系统的结构框图。
2.用实验方法确定调节器的相关参数，写出整定过程。
3.根据扰动分别作用于主、副对象时系统输出的响应曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能。
4.分析主、副调节器采用不同PID参数对系统性能的影响在电力系统中，主、副调节器是控制发电机输出功率的重要组成部分。
锅炉内胆水温PID控制实验
第五节锅炉内胆水温PID控制实验一、实验目的1。
根据实验数据和曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的动、静态性能。
2。
比较不同PID参数对系统的性能产生的影响。
3. 分析P、PI、PD、PID四种控制规律对本实验系统的作用。
二、实验设备1. THJ-2型高级过程控制系统实验装置2。
计算机及相关软件3。
万用电表一只三、实验原理本实验以锅炉内胆作为被控对象，内胆的水温为系统的被控制量.本实验要求锅炉内胆的水温稳定至给定量，将铂电阻TT1检测到的锅炉内胆温度信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制三相调压模块的输出电压(即三相电加热管的端电压），以达到控制锅炉内胆水温的目的.在锅炉内胆水温的定值控制系统中，其参数的整定方法与其它单回路控制系统一样，但由于加热过程容量时延较大，所以其控制过渡时间也较长，系统的调节器可选择PD或PID控制。
本实验系统结构图和方框图如图5—1所示。
图5-1 锅炉内胆温度特性测试系统（a）结构图 (b）方框图可以采用两种方案对锅炉内胆的水温进行控制：（一）锅炉夹套不加冷却水(静态）（二）锅炉夹套加冷却水(动态）显然，两种方案的控制效果是不一样的,后者比前者的升温过程稍慢，降温过程稍快.无论操作者采用静态控制或者动态控制，本实验的上位监控界面操作都是一样的。
四、实验内容与步骤1。
先将储水箱贮足水量,将阀门F1-1、F1-4、F1—5、F1—13全开，打开电磁阀开关，其余阀门关闭,启动380伏交流磁力泵，给锅炉内胆贮存一定的水量（要求至少高于液位指示玻璃管的红线位置），然后关闭阀F1-13、F1-4及电磁阀，打开阀F1—12，为给锅炉夹套供冷水做好准备。
2。
接通控制系统电源，打开用作上位监控的的PC机，进入的实验主界面,在实验主界面中选择本实验项即“锅炉内胆水温PID控制实验”。
3.合上三相电源空气开关，三相电加热管通电加热，适当增加/减少输出量,使锅炉内胆的水温稳定于设定值.4.按指导书第二章第一节中的经验法或动态特性参数法整定调节器参数,选择PID控制规律，并按整定后的PID参数进行调节器参数设置。
锅炉内胆水温定值控制系统的设计
表3.2
记录序号
通道号
采样
周期
设备号
点说明
量程
下限
量程上限
输出格式
点名
信号范围
站号
1
1
1
3
锅炉内胆温度
0
100
XXXXXX
TT1
PT100_RTD
10
表3.3
记录
序号
当前值
通道号
7．保存文件
将刚才绘制的锅炉内胆水温定值控制系统流程图保存，图形文件名为GLND，图形组态完毕。
三、
（一）
三项电源输出端U、V、W对应连接到三相SCR移相调压装置的三相电源输入端U、V、W端；三相SCR移相调压装置的三相调压输出端U0、V0、W0接至三相电加热管输入端U0、V0、W0；三相电源输出端U、V、W对应连接三相磁力泵（~380V）的输入端U、V、W；电动调节阀~220V输入端L、N接至单相电源III的3L、3N端。将控制屏上的直流24V电源（+、－）端对应接到FM模块电源输入（+、－）端。
采样
周期
设备号
点说明
量程下限
量程上限
输出格式
点名
站号
1
0
1
1
4
电动调节阀输出
0
100
XXXXXX
AO0
10
2
0
3
1
4
调压模块输出
0
100
XXXXXX
AO2
10
3．另外，为了保证“服务器负荷率”计算方案页编译成功，还必须在数据库总控里编辑数据库时，在“AM”类型数据库里添加“FUHE00”中间量点，并且“FUHE00”点在数据库里站号为“0”。
锅炉内胆水温控制
目录1 系统组成介绍 (1)1.1 被控对象 (1)1.2 检测仪表 (1)1.3 执行机构 (2)1.5 控制屏组件 (2)1.6 实验控制系统流程图 (3)1.7 控制原理框图 (4)2 上位机组态与程序设计 (6)2.1 组态软件介绍 (6)2.2 WinCC的发展及应用 (6)2.3 Wincc监控组态与程序设计 (7)2.4 WiNCC组态软件的通讯 (14)3 PLC300控制程序 (16)4 实验内容与步骤 (20)4.1 实验准备工作 (20)4.2 控制规律选择参数调节 (21)5 实验结果显示 (23)总结 (26)参考文献 (27)1 系统组成介绍本实验装置对象主要由锅炉和盘管三大部分组成。
供水系统：一路由三相（380V 恒压供水）磁力驱动泵、电动调节阀、涡轮流量计及自动电磁阀组成；另一路由变频器、三相磁力驱动泵（220V变频调速）、涡轮流量计及自动电磁阀组成。
1.1 被控对象4.5KW三相电加热模拟锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式锅炉夹套构成)1．模拟锅炉：是利用电加热管加热的常压锅炉，包括加热层（锅炉内胆）和冷却层（锅炉夹套），均由不锈钢精制而成，可利用它进行温度实验。
做温度实验时，冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发，使加热层的温度快速下降。
冷却层和加热层都装有温度传感器检测其温度，可完成温度的定值控制、串级控制，前馈-反馈控制，解耦控制等实验。
2．盘管：模拟工业现场的管道输送和滞后环节，长37米（43圈），在盘管上有三个不同的温度检测点，它们的滞后时间常数不同，在实验过程中可根据不同的实验需要选择不同的温度检测点。
盘管的出水通过阀门的切换既可以流入锅炉内胆，也可以经过涡轮流量计流回储水箱。
它可用来完成温度的滞后和流量纯滞后控制实验。
3．管道及阀门：整个系统管道由敷塑不锈钢管连接而成，所有的阀门均采用优质阀，彻底避免了管道系统生锈的可能性。
有效提高了实验装置的使用年限。
实验六、锅炉内胆水温PID整定实验(动态)
2.1.2 内胆水温的PID整定实验六锅炉内胆水温PID整定实验（动态）一、实验目的（1）了解单回路温度控制系统的组成与工作原理。
（2）研究P、PI、PD和PID四种调节器分别对温度系统的控制作用。
（3）改变P、PI、PD和PID的相关参数，观察它们对系统性能的影响。
二、实验设备CS2000型过程控制实验装置， PC机， DCS控制系统，DCS监控软件。
三、实验原理温度控制系统原理图上图为一个闭环单回路的锅炉内胆温度控制系统的结构框图，锅炉内胆为动态循环水，变频器、泵、锅炉内胆组成循环供水系统。
实验之前，变频器、泵供水系统通过相关阀将锅炉内胆和夹套的水装至适当高度。
实验投入运行以后，变频器再以固定的频率使锅炉内胆的水处于循环状态。
本系统所要保持的恒定参数是锅炉内胆温度给定值，即控制的任务是控制锅炉内胆温度等于给定值。
根据控制方框图，采用DCS系统控制。
四、实验内容和步骤(1)关闭出水阀，将CS2000 实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）。
(2)打开以丹麦泵、电动调节阀、孔板流量计以及锅炉内胆进水阀所组成的水路系统，关闭动力支路上通往其他对象的切换阀。
(3)将锅炉内胆的出水阀关闭。
(4)手动打开实验装置的电源开关。
(5)启动DCS上位机组态软件，进入主画面，然后进入实验六画面，熟悉本实验组态软件的启动、退出、界面和基本操作。
(6)点击上位机界面上的“点击以下框体调出PID参数”按钮，用鼠标按下自动按钮，设定好“给定值SV”，并根据实验情况反复调整Ｐ、Ｉ、Ｄ三个参数，直到获得满意的的测量值。
(7)比例调节（P）控制：待基本不再变化时，加入阶跃扰动（可通过改变调节器的设定值来实现）。
观察并记录在当前比例P时的偏差DV（“余差”）。
每当改变值P后，再加同样大小的阶跃信号，比较不同P时的DV，并把数据填入表一中。
表一不同比例P时的余差记录实验过程中的各项数据，并绘成过渡过程曲线。
（数据可在软件上获得。
）(8)比例积分调节（PI）控制：a、在比例调节器控制实验的基础上，待被调量平稳后，加入积分（I）作用，观察被控制量能否回到原设定值的位置，以验证系统在PI调节器控制下没有余差。
过程控制系统课程设计7：锅炉内胆动态水温PID控制实验doc
摘要温度是工业生产过程中最常检测和控制的热工参数之一，本设计是以西门子S7-200PLC为主控制器，以WINCC为上位机监控软件来实现对锅炉内胆水温的DCS自动控制。
系统主要由一台带有WINCC组态软件的上位机和应用于STEP7-MicroWIN V4.0软件、西门子S7-200PLC下位机以及PC/PPI电缆、RTGK-2型过程控制系统构成。
通过对下位机S7200PLC的软件编程，完成锅炉内胆温度信号采集、处理以及PID控制，分别对上位机以及下位机进行了详细设计，并运用工程整定方法，整定出满足系统要求的锅炉内胆水温PID控制参数，得到比较理想的PID控制曲线，实现了对锅炉内胆水温控制的目的，达到了设计要求。
关键词：锅炉内胆；水温；PID；S7200目录1系统总体方案分析 (1)1.1锅炉内胆动态水温PID控制系统总体方案分析 (1)1.2上位机组态与程序设计 (2)2系统调试 (13)2.1流程图绘制 (13)2.2电源连接 (14)2.3测试步骤 (14)3参数整定与系统分析 (17)3.1锅炉内胆水温定值控制实验的结构框图 (17)3.2调节器相关参数整定过程 (17)3.3系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能 (20)3.4不同PID参数对系统的性能产生的影响。
(22)3.5 P、PI、PID控制方式的控制效果 (26)4结论 (30)参考文献 (32)1系统总体方案分析1.1锅炉内胆动态水温PID控制系统总体方案分析锅炉内胆水为动态循环水，变频器、磁力泵与锅炉内胆组成循环水系统。
如图1所示：图1.1锅炉内胆温度特性测试系统(a)结构图(b)方框图本实验系统组态软件进行，由于自动控制的时候考虑到机械及机器会出现故障，设置的调节阀可在及其出现故障时，非自动的情况下，手动进行调节开度，是锅炉内胆保持给定值，运用在大型生产过程中采用手动和自动模式替换操作达到整个生产的能耗最低，效益最大化。
被控变量为锅炉内胆水温，要求锅炉内胆水温等于给定值。
锅炉内胆温度过控实训报告 2
湖南工程学院系统综合训练报告课题名称过程控制系统专业班级姓名学号指导教师2007年 4 月9 日一、概述过程控制一般是指连续生产过程的自动控制。
他是通过各种检测仪表、控制仪表（包括电动仪表和气动仪表，模拟仪表和智能仪表）和电子计算机（看作一台仪表）等自动化工具，对整个生产过程进行自动检测、自动监督和自动控制。
一个过程空话子系统是由被控制过程和过程检测控制仪表两部分组成的。
过程检测控制仪表包括检测元件、变送器、调节器（包括计算机）、调节阀。
过程控制系统的设计是根据工业过成的特性和工艺要求，通过选用过程检测控制仪表构成系统，再通过PID参数的整定，实现对生产过程的最佳控制。
在现代工业生产过程中，工业过程很复杂。
由于生产规模大小不同，工艺要求各异，产品品种多样，因此过程控制中的被控过程是多种多样的。
诸如石油化工过程中的精馏塔、化学反应器、流体传输设备；热工过程中的锅炉、热交换器；冶金过程中的转炉、平炉；机械工业中的热处理炉等。
他们的动态特性多数具有大惯性、大滞后、非线性特性。
有些机理复杂（如发酵、生化过程等）的过程至今尚未被人们认识，所以很难用目前过程辩识方法建立其精确的数学模型，因此设计能适应各种过程的控制系统并非易事。
由于被控过程具有大惯性、大滞后（大延时）等特性，因此决定了过程控制多属慢过程。
另外，在石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、制药等工业生产过程中。
往往采用一些物理量和化学量（如温度、压力、流量、液位、成分、PH 等）来表征其生产过程是否正常，因此需要对上述参数进行自动检测和自动控制，故过程控制多半为参数控制。
随着现在工业生产的迅速发展，工艺条件越来越复杂，对过程控制的要求越来越高。
过程控制系统的设计是以被控过程的特性为依据的。
由于工业过程的复杂、多变，因此其特性多半属多变量、分布参数、大惯性、大滞后和非线性等等。
为了满足上述特点与工艺要求，过程控制中的控制方案是十分丰富的。
通常有单变量控制系统，也有多变量控制系统；有仪表过程控制系统，也有计算机集散过程控制系统；有复杂控制系统，也有满足特定要求的控制系统。
锅炉内胆水温定值控制系统的设计与实现
锅炉内胆水温定值控制系统的设计与实现学校代码学号题目学年论文指导教师评阅意见摘要本实验系统为对锅炉内胆水温的定值控制，利用THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台进行试验，在局域网中，通过上位机赋予下位机的权限，利用组态王软件对锅炉内胆水温进行设定，使用PID控制能在一定的精度内实现锅炉夹套对水锅炉内胆水温的自动调节，使之达到水温设定值，并保持稳定。
通过实验要求，我们采用主调节器为PID控制的系统，并使用MATLAB进行模型建立，使用试凑法得到PID参数。
因为用锅炉夹套内水的流动降低锅炉内胆的温度，所以锅炉水温具有非线性、时变性、大滞后和不对称性等特点,因此我们使用PID算法控制实现对锅炉内胆水温的快速精确控制，满足实验要求。
关键词：锅炉,水温，控制The boiler tank water temperature constant value control system design and implementationAbstractThis experiment system is a constant value control of the boiler tank water temperature, using THSA - 1 type control integrated automation control system experimental platform to test and in thelocal area network (LAN), given by the upper machine under a machine permissions, using kingview software to set the boiler tank water temperature, using PID control can realize the jacketed boiler within a certain precision of the boiler water tank water temperature automatic adjustment, the water temperature will be set value, and keep the stability. Requirements through the experiment, we use the primary controller for the PID control system, and use of MATLAB model is established in this paper, using the trial and error method of PID parameter. Because in jacketed boiler water flow to reduce the temperature of the boiler tank, so the boiler water temperature is nonlinear, time-varying, big lag and asymmetry and other characteristics, so we use PID algorithm control realize the rapid and accurate control of the boiler tank water temperature, satisfies the requirement of experiment.Key words : boiler，water temperature，control目录1.绪论............................................................. (1)1.1锅炉相关背景介绍............................................................. .. (1)1．2系统设计方案............................................................. .. (2)1.2.1设计目的............................................................. . (2)1.2.2设计要求............................................................. . (2)1.2.3设计思路............................................................. . (3)2.系统硬件组成及设计方案............................................................. (4)2.1智能仪表............................................................. (4)2.2控制器............................................................. . (4)2.3测量变送器............................................................. .. (5)2.4设计方案............................................................. (6)3系统仿真与分析............................................................. .. (7)3.1 matlab仿真结构图............................................................. (7)3.2系统的参数整定............................................................. (8)4系统的硬件调试及分析............................................................. .. (9)4.1组态王参数设定与工作过程分析............................................................. .. (9)4.2实验结果分析 ............................................................ (10)4.3试验中遇到的问题............................................................. (11)总结............................................................. ............................................................... .. 12致谢............................................................. .. (13)参考文献............................................................. (14)1.绪论1.1锅炉相关背景介绍锅炉是一种能量转换设备，向锅炉输入的能量有燃料中的化学能、电能，锅炉输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体。
锅炉内胆温度控制系统过程实训 2
湖南工程学院系统综合训练报告课题名称过程控制系统专业班级姓名学号指导教师2007年 3 月19 日目录前言 ...................................................................................... - 2 -第1章、控制系统组成...................................................... - 2 -1.1系统外部组成................................................................ - 2 -1.2 ICP-7033模块和ICP-7024模块 ................................. - 2 -第2章、实训内容 .............................................................. - 5 -2.1 了解过程控制系统的有关知识................................... - 5 -2.2 搜集资料....................................................................... - 5 -2.3 单容水箱液位控制调试............................................... - 5 -2.4 锅炉内胆温度控制系统调试....................................... - 6 -2.5 思想总结....................................................................... - 7 -第3章、实训心得 .............................................................. - 8 -前言这次工程实训的任务是单容水箱液位控制调试和锅炉内胆温度控制系统调试。
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第五节锅炉内胆水温PID控制实验
一、实验目的
1. 根据实验数据和曲线,分析系统在阶跃扰动作用下的动、静态性能。
2. 比较不同PID参数对系统的性能产生的影响。
3. 分析P、PI、PD、PID四种控制规律对本实验系统的作用。
二、实验设备
1. THJ-2型高级过程控制系统实验装置
2. 计算机及相关软件
3. 万用电表一只
三、实验原理
本实验以锅炉内胆作为被控对象，内胆的水温为系统的被控制量。
本实验要求锅炉内胆的水温稳定至给定量，将铂电阻TT1检测到的锅炉内胆温度信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制三相调压模块的输出电压（即三相电加热管的端电压），以达到控制锅炉内胆水温的目的。
在锅炉内胆水温的定值控制系统中，其参数的整定方法与其它单回路控制系统一样，但由于加热过程容量时延较大，所以其控制过渡时间也较长，系统的调节器可选择PD或PID控制。
本实验系统结构图和方框图如图5-1所示。
图5-1 锅炉内胆温度特性测试系统
(a)结构图(b)方框图
可以采用两种方案对锅炉内胆的水温进行控制：
（一）锅炉夹套不加冷却水（静态）
（二）锅炉夹套加冷却水（动态）
显然，两种方案的控制效果是不一样的，后者比前者的升温过程稍慢，降温过程稍快。
无论操作者采用静态控制或者动态控制，本实验的上位监控界面操作都是一样的。
四、实验内容与步骤
1.先将储水箱贮足水量，将阀门F1-1、F1-4、F1-5、F1-13全开，打开电磁阀开关，其余阀门关闭，启动380伏交流磁力泵，给锅炉内胆贮存一定的水量（要求至少高于液位指示玻璃管的红线位置），然后关闭阀F1-13、F1-4及电磁阀，打开阀F1-12，为给锅炉夹套供冷水做好准备。
2.接通控制系统电源，打开用作上位监控的的PC机，进入的实验主界面,在实验主界面中选择本实验项即“锅炉内胆水温PID控制实验”。
3.合上三相电源空气开关，三相电加热管通电加热，适当增加/减少输出量，使锅炉内胆的水温稳定于设定值。
4.按指导书第二章第一节中的经验法或动态特性参数法整定调节器参数，选择PID控制规律，并按整定后的PID参数进行调节器参数设置。
5.待锅炉内胆水温稳定于给定值时，将调节器切换到“自动”状态，然后记录曲线。
6.开始往锅炉夹套打冷水，重复步骤3～5，观察实验的过程曲线与前面不加冷水的过程有何不同。
7.分别采用P、PI、PD控制规律，重复上述实验，观察在不同的PID参数值下，系统的阶跃响应曲线。
8.上述实验用计算机实时记录的响应曲线。
（1）P
（2）PI
（3）PD
（4）PID
9.计算
（1）P
稳态误差=30℃-29.37℃=0.63℃
上升时间：tr=5:48:27-5:47:23=64(s)
（2）PI
峰值时间：tp=6:22:25-6:19:26=2:59=179(s)
超调量=(44.25-35)/ (35-2.528)*100%=28.5%
（3）PD
稳态误差=35℃-34.04℃=0.86℃
上升时间：tr=6:49:25-6:48:10=75(s)
（4）PID
上升时间：tr=7:05:50-7:04:40=70(s)
峰值时间：tp=7:07:30-7:04:40=170(s)
超调量=(44.15-35)/ (35-2.626)*100%=28.3%
10.分析
（1）根据实验数据和曲线,分析系统在阶跃扰动作用下的动、静态性能。
分析：系统在阶跃扰动作用下，当比例系数较大时，系统的静态误差也较大，这是因为比例系数会加大幅值；在加入微分环节以后，系统的动态误差明显减小，但调节时间却延长，这是因为微分具有超
前的作用，可以增加系统的稳定度。
（2）比较不同PID参数对系统的性能产生的影响。
Ti：为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”，积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。
这样即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而增大，他推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，知道为零，由于积分项的存在会使调节时间增大。
因此，PI控制器可使系统在进入稳太后无稳态误差。
Kp:放大误差的幅值，快速抵消干扰的影响，使系统上升时间降低，如果仅有比例环节，系统会存在稳态误差。
Td：自动控制系统在克服误差的调解过程中可能会出现振荡甚至失稳，在控制器中仅引入“比例P”往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，他能预测误差的变化趋势。
这样具有比例加微分的控制器，就能够提前十抑制误差的的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重失调。
所以对有较大惯性或滞后的被控对象，PD控制器能改善系统在调解过程的动态特性。
（3）分析P、PI、PD、PID四种控制规律对本实验系统的作用。
P:是基本的控制作用，比例调节对控制作用和扰动作用的响应都很快但会带来余差。
PI: PI调节中P调节快速抵消干扰的影响，同时利用I调节消除残差，但是I调节会降低系统的稳定性。
PD:由于微分的超前作用，能增加系统的稳定度，震荡周期变短，减小了误差，但是微风抗干扰能力差，且微分过大易导致调节阀动作向两端饱和。
PID:常规调节器中性能最好的一种调节器，具有各类调节器的优点，具有更高的控制质量。
五、思考题
1.在温度控制系统中，为什么用PD 和PID 控制，系统的性能并不比用PI 控制有明显地改善？
答：目前温度传感器采用热电偶或热电阻有零点几秒到十几秒的延迟，在控制中必须加微分D做提前产生作用。
在实际运用中会觉得与工况变化不相符，往往是觉得超调严重而调乱PID参数。
2.为什么内胆动态水的温度控制比静态水时的温度控制更容易稳定，动态性能更好？
答：内胆是一个封闭的空间，几乎就不向外界散热，使用传感器测温时，测的是某一点的温度，内胆其它地方的温度可能与测量点的温度并不完全一致，静态水不流动，无法快速进行热传递，而动态水却因为它是流动的，使水温保持均匀，当然也就更容易控制。
3.如果要消除系统的余差为什么采用PI 调节器，而不采用纯积分器？
答：因为比例积分适用于滞后比较小，负荷变化不大，不允许有余差的控制系统。
而纯积分器会使系统稳定性变差。
积分能在比例的基础上消除系统的余差，它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、被控参数不允许有余差的场合。
4.在阶跃扰动作用下，用PD调节器控制时，系统有没有余差存在？为什么？
答：系统会存在余差，但余差会减小。
因为P调节系统始终都存在稳态误差，加入微分调节，误差会减小，但不能完全消除误差，要消除误差，需引入积分调节。
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