过程控制实训--流量计和温度控制的PID整定
过程控制实验三
4）、作出PI调节器控制时，不同δ和Ti值时的阶跃响应曲线。
八、思考题
1）、从理论上分析调节器参数(δ、Ti)的变化对控制过程产生什么影响？
答：控制比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。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加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
2）、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：适当的引入积分环节可以减小余差。加上比例环节可以使得我们能够获得稳定的阶跃响应曲线。如果单纯使用纯积分环节，系统的输出会比正常的减少，无法满足我们的设计的需要。
1、实验信号实物连接图
图2-5、实验信号实物连接图
2、实验仪表参数表
表2-2、智能转速流量积算仪1、智能调节仪1参数表
智能转速流量积算仪1
智能调节仪1参数表
序号
参数名称
参数值
序号
参数名称
参数值
1
Act
0
1
Ctrl
1
2
Sn
0
2
Sn
33
3
Frd
600
3
dip
1
4
FdIP
1
过程控制课程设计pid
过程控制课程设计pid一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握PID控制的基本原理，理解比例（P）、积分（I）、微分（D）三个参数在过程控制中的作用和相互关系。
2. 使学生了解PID控制器的常见类型，如P、PI、PID控制器，并掌握其适用场景。
3. 帮助学生理解过程控制中的稳定性、快速性和准确性等性能指标，并学会分析PID参数对控制效果的影响。
技能目标：1. 培养学生运用PID控制算法解决实际过程控制问题的能力，如温度、压力、流量等控制。
2. 让学生通过编程或仿真软件，实现PID控制器的参数整定和优化，提高控制系统的性能。
3. 培养学生分析过程控制系统中问题、提出解决方案并进行调试的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对过程控制技术的兴趣和热情，激发学生主动探究、创新的精神。
2. 使学生认识到过程控制在工业生产和社会发展中的重要性，增强学生的社会责任感。
3. 培养学生团队合作意识，让学生在小组讨论、实践中学会倾听、交流、协作。
本课程针对高年级学生，课程性质为理论与实践相结合。
根据学生特点，课程目标设定既注重知识传授，又强调技能培养和情感态度价值观的塑造。
通过本课程的学习，学生将能够具备解决实际过程控制问题的能力，为今后的学习和工作打下坚实基础。
在教学过程中，教师需关注学生的学习成果，及时调整教学策略，确保课程目标的实现。
二、教学内容1. 引入PID控制基本概念：介绍比例（P）、积分（I）、微分（D）控制的作用和原理，分析各控制环节对系统性能的影响。
教材章节：第三章“过程控制系统”第2节“PID控制原理”2. PID控制器类型及适用场景：讲解P、PI、PID控制器的结构、特点，分析各种控制器在不同过程控制中的应用。
教材章节：第三章“过程控制系统”第3节“PID控制器类型及选择”3. PID参数整定与优化：介绍PID参数对控制系统性能的影响，讲解常见参数整定方法，如临界比例度法、衰减曲线法等。
教材章节：第三章“过程控制系统”第4节“PID参数整定方法”4. 过程控制系统性能分析：分析稳定性、快速性、准确性等性能指标，探讨PID参数对控制系统性能的影响。
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。
PID自动控制系统参数整定实验报告
T13. PID自动控制系统参数整定（化工仪表与自动化，指导教师：卢红梅）实验一：一阶单容上水箱对象特性测试实验实验二：上水箱液位PID整定实验一、实验目的1）、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。
2）、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。
3）、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。
4）、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。
5）、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。
6）、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。
二、实验设备THKJ100-1型过程控制实验装置配置：上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、实验连接线。
型参数为串联釜数N三、实验原理实验一原理：阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过控制器或其他操作器，手动改变对象的输入信号（阶跃信号）。
同时，记录对象的输出数据或阶跃响应曲线，然后根据已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处理，确定模型中各参数。
实验二原理：图13.1单回路上水箱液位控制系统图13.1为单回路上水箱液位控制系统，单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。
本系统所要保持的恒定参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制上水箱液位等于给定值所要求的高度。
根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用工业智能仪表控制。
当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。
合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。
反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。
因此，当一个单回路系统组成好以后，如何整定好控制器参数是一个很重要的实际问题。
一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。
过程控制PID整定及参数调整
被控变量 & 操纵变量
控制阀 开闭形式、 流量特性
控制器的类型 及正、反作用
测量变送装置
1.2 被控变量于工艺要求，选择的结果直接影响 生产（产品产量、质量、生产安全）
1.2 被控变量的选择
●分类
直接控制
最基本的热工参数，一般是可以直 接进行测量和控制的参数
进料流量、进料成分等
1.4 控制阀的选择 控制系统的执行部件 接受控制器的命令执行控制任务。
选择内容：
口径大小、开闭形式、流量特性、 结构形式
1.4 控制阀的选择
●
口径大小
● 直接决定介质流过的能力
口径过大，正常流量时阀门处于小的开度，阀的特性不好； 口径过小，正常流量时阀门处于大的开度，阀的特性也不好。 通过计算阀的流通能力，并且保证具有一定的余量，具有 较宽的可控范围。
1.8.2 控制系统整定 ● 整定方法 两类：理论计算和工程整定方法 ●理论整定方法 基于控制原理的计算方法（时域法、频域法、 根轨迹法等）
1.8.2 控制系统整定
●工程整定方法
理论整定方法，必须要求已知各个环节的传递 函数，对于一般的实际问题，难于满足。另外，理 论计算也比较烦琐，工程上一般不采用。 工程整定方法，直接在闭合的控制回路中对控 制器参数进行整定。经验方法，简单、方便，易于 掌握，工程实际中广泛采用。
控制器参数整定
目前基本控制器一般均为PID控制器（比例、积分、 微分控制器）
PID控制器整定，调节P、I、D参数，使得控制系 统的控制性能指标达到满意。
一旦控制控制系统安装到位，控制系统的品质就取 决于控制器的参数设置 选择什么样的控制系统性能指标
常见的，如4：1衰减等，根据不同的实际 情 况，有所不同。
PID参数整定过程及一些常规步骤
PID参数整定过程及一些常规步骤一：PID参数调节原理及一般的整定步骤1．比例作用比例（P）参数越大比例作用越强，动态响应越快，消除误差的能力越强。
但实际系统是有惯性的，控制输出变化后，实际PV值变化还需要等待一段时间后才会缓慢变化，由于实际系统是有惯性的，比例作用不宜太强，比例作用太强会引起振荡不稳定。
通常将比例（P）参数由小向大调，以能达到最快响应又无超调（或无大的超调）为最佳参数。
2．积分作用为了消除静差必须引入积分作用，积分作用可以消除静差，以便被控的PV值最后与给定值一致。
积分作用消除静差的原理是：只要有误差存在，就对误差进行积分，使输出继续增大或缩小，一直到误差为零，一直到误差为零，积分停止，输出不再变化，系统的PV值保持稳定，PV值等于SP值，达到误差调节的效果。
由于实际系统是有惯性的，输出变化后，PV值不会马上变化，须等待一段时间才缓慢变化，因此积分的快慢必须与实际系统的惯性相匹配，惯性大、积分作用就应该弱，积分时间I就应该大些，反之亦然。
如果积分作用太强，积分输出变化过快，就会引起积分过头的现象，产生积分超调和振荡。
通常I参数是由大往小调节，即积分作用由小往大调，观察系统响应以能达到快速消除误差，达到给定值，又不引起振荡为准。
3．微分作用一般的控制系统，不仅对稳定控制有要求，而且对动态指标也有要求，通常都要求负载变化或给定调整等引起扰动后，恢复到稳态的速度要快，因此光有比例和积分调节作用还不能满足要求，必须引入微分作用。
比例和积分作用是事后进行调节（即发生误差后才进行调节），而微分作用则是事前预防控制，即一发现PV有变大或变小的趋势，马上就输出一个阻止其变化的控制信号，以防止出现过冲或超调等。
D越大，微分作用越强，D越小，微分作用越弱。
系统调试通常把D从小往大调节。
由于给定值调整或负载扰动引起PV变化，比例和积分作用一定等到PV值变化后才进行调节，并且误差小时，产生的比例和积分调节作用也小，纠正误差的能力也小，误差大时，产生的比例和积分作用才增大。
宇电培训8-温度控制PID自整定原理介绍
【宇电培训8】温度控制PID自整定原理介绍2013年10月17日整定PID（三模式）控制器整定温度控制器涉及设置比例、积分和微分值，以得到对特定过程的可能的最佳控制。
如果控制器不包含自动整定算法，或者自动整定算法未提供适合特定应用的足够控制，则必须用试误法对装置进行整定。
下面是温度控制器的标准整定步骤。
也可以采用其他整定步骤，但都使用类似的试误法。
请注意，如果控制器使用机械式继电器（而非固态继电器），开始时应使用较长的循环时间（20秒）。
可能需要用到以下定义:1.循环时间–也称为工作周期，是控制器完成一个通断循环所用的总时间长度。
示例：对于20秒的循环时间，10秒接通时间和10秒切断时间代表50%的功率输出。
在比例带内时，控制器将循环接通和切断。
2.比例带–以满量程的%或度表示的温度范围，控制器的比例作用发生在此范围内。
比例带越宽，在其内发生比例作用的围绕设定值的区域越大。
有时也用增益表示，增益是比例带的倒数。
3.积分，又称为复位，是根据设定值调节比例带宽以补偿偏离设定值的偏移量（固定偏差）的一个函数，也就是说，它在系统稳定后将控制的温度调节到设定值。
4.微分，又称为速率，感应系统温度上升或下降的速率，并自动调节比例带，从而将下冲或过冲降到最小。
PID（三模式）控制器如果正确整定和使用的话，能具有优异的控制稳定性。
通过认真遵守这些指示，操作人员便可实现最快的响应时间和最小的过冲。
整定这种三模式控制器的信息可能不同于其它控制器整定步骤。
对于主输出，通常用自整定功能就可省去使用此手动整定步骤的需要，但是，需要时可对自整定值进行调整。
A.整定加热控制的输出1.启用输出并启动过程。
2.过程应在设定值处运行，将用所需热量输入让温度稳定。
3.在速率和复位断开的情况下，温度将稳定，并在设定值和实际温度之间存在稳态偏差，或固定偏差。
通过观察显示屏上的测量值，密切注意此温度是否存在规则的循环或振荡。
（振荡可长达30分钟。
PID参数整定方法
2.3 PID参数整定方法参数整定找最佳，从小到大顺序查；先是比例后积分，最后再把微分加；曲线振荡很频繁，比例度盘要放大；曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳；曲线偏离回复慢，积分时间往下降；曲线波动周期长，积分时间再加长；曲线振荡频率快，先把微分降下来；动差大来波动慢。
微分时间应加长；理想曲线两个波，前高后低4比1；一看二调多分析，调节质量不会低。
2.3.1 工程整定法PID数字调节器的参数，除了比例系数K p，积分时间T i和微分时间T d外，还有1个重要参数即采样周期T。
1．采样周期T的选择确定从理论上讲，采样频率越高，失真越小。
但是，对于控制器，由于是依靠偏差信号来进行调节计算的，当采样周期T太小，偏差信号也会过小，此时计算机将失去调节作用；若采样周期T太长，则将引起误差。
因此采样周期T必须综合考虑。
采样周期的选择方法有两种，一种是计算法，另一种是经验法。
计算法由于比较复杂，特别是被控对象各环节时间常数难以确定，工程上较少用。
经验法是一种凑试法，即根据人们在控制工作实践中积累的经验以及被控对象的特点，先选择一个采样周期T，进行试验，再反复改变T，直到满意为止。
2．K p，T i，T d的选择方法1）扩充临界比例度法扩充临界比例度法是简易工程整定方法之一，用它整定K p，T i，T d的步骤如下。
选择最短采样周期T min，求出临界比例度S u和临界振荡周期T u。
具体方法是将T min输入计算机，只有P环节控制，逐渐缩小比例度，直到系统产生等幅振荡。
此时的比例度即为临界比例度S u，振荡周期称为临界振荡周期T u。
选择控制度为：（2-15）通常当控制度为1.05时，表示数字控制方式与模拟方式效果相当。
根据计算度，查表2-1可求出K p，T i，T d。
表2-1 扩充临界比例度法整定参数表2）扩充响应曲线法若已知系统的动态特性曲线，可以采用和模拟调节方法一样的响应曲线法进行整定，其步骤如下。
断开微机调节器，使系统手动工作，当系统在给定值处处于平衡后，给一阶跃输入。
PID控制原理与参数的整定方法
PID控制原理与参数的整定方法1．比例控制有经验的操作人员手动控制电加热炉的炉温，可以获得非常好的控制品质，PID控制与人工控制的控制策略有很多相似的地方。
下面介绍操作人员怎样用比例控制的思想来手动控制电加热炉的炉温。
假设用热电偶检测炉温，用数字仪表显示温度值。
在控制过程中，操作人员用眼睛读取炉温，并与炉温给定值比较，得到温度的误差值。
然后用手操作电位器，调节加热的电流，使炉温保持在给定值附近。
操作人员知道炉温稳定在给定值时电位器的大致位置（我们将它称为位置L），并根据当时的温度误差值调整控制加热电流的电位器的转角。
炉温小于给定值时，误差为正，在位置L的基础上顺时针增大电位器的转角，以增大加热的电流。
炉温大于给定值时，误差为负，在位置L的基础上反时针减小电位器的转角，并令转角与位置L的差值与误差成正比。
上述控制策略就是比例控制，即PID 控制器输出中的比例部分与误差成正比。
闭环中存在着各种各样的延迟作用。
例如调节电位器转角后，到温度上升到新的转角对应的稳态值时有较大的时间延迟。
由于延迟因素的存在，调节电位器转角后不能马上看到调节的效果，因此闭环控制系统调节困难的主要原因是系统中的延迟作用。
比例控制的比例系数如果太小，即调节后的电位器转角与位置L的差值太小，调节的力度不够，使系统输出量变化缓慢，调节所需的总时间过长。
比例系数如果过大，即调节后电位器转角与位置L的差值过大，调节力度太强，将造成调节过头，甚至使温度忽高忽低，来回震荡。
增大比例系数使系统反应灵敏，调节速度加快，并且可以减小稳态误差。
但是比例系数过大会使超调量增大，振荡次数增加，调节时间加长，动态性能变坏，比例系数太大甚至会使闭环系统不稳定。
单纯的比例控制很难保证调节得恰到好处，完全消除误差。
2．积分控制PID控制器中的积分对应于图1中误差曲线与坐标轴包围的面积（图中的灰色部分）。
PID控制程序是周期性执行的，执行的周期称为采样周期。
计算机的程序用图1中各矩形面积之和来近似精确的积分，图中的TS就是采样周期。
过程控制实训--流量计和温度控制的PID整定
目录目录第一部分、系统介绍 (2)一、AE2000B型系统介绍 (2)二、AE2000B型实验对象组成结构 (2)三、AE2000B型实验对象控制台 (3)第二部分流量控制 (4)2.1、实验一电磁流量计流量PID整定实验 (4)2.2、实验二、涡轮流量计流量PID整定实验 (6)2.3、实验三、涡轮与电磁流量比值控制系统实验 (9)2.4、简单比值控制系统的仿真 (11)第三部分温度控制 (12)3.1、实验一、锅炉夹套水温PID整定实验（动态） (12)3.2、实验二. 锅炉夹套和锅炉内胆温度串级控制系统 (14)3.3、被控对象的仿真模型 (17)3.4、单回路控制系统的仿真 (18)3.5、串级控制系统的仿真 (18)第四部分实训感想 (18)第一部分、系统介绍一、AE2000B型系统介绍AE2000B型过程控制实验装置是根据工业自动化及相关专业教学特点，吸取了国外同类实验装置的特点和长处，并与目前大型工业自动化现场紧密联系，采用了工业上广泛使用并处于领先的AI智能仪表加组态软件控制系统、DCS(分布式集散控制系统)，经过精心设计，多次实验和反复论证，推出的一套基于本科，着重于研究生教学、学科基地建设的实验设备。
该设备涵盖了《信号和信息处理》、《传感技术》、《工程检测》、《模式识别》、《控制理论》、《自动化技术》、《智能控制》、《过程控制》、《自动化仪表》、《计算机应用和控制》、《计算机控制系统》等课程的教学实验与研究。
整个系统美观实用，功能多样，使用方便，既能进行验证性、设计性实验，又能提供综合性实验，可以满足不同层次的教学和研究要求。
AE2000型过程实验装置的检测信号、控制信号及被控信号均采用ICE标准，即电压1~5V，电流4~20mA。
实验系统供电要求：单相220V交流电，外型尺寸：1850×1450×900mm，重量：100Kg二、AE2000B型实验对象组成结构过程控制实验对象系统包含有：不锈钢储水箱（长×宽×高：850×450×400mm）、串接圆筒有机玻璃上水箱、中水箱、下水箱、单相2.5KW电加热锅炉（由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套组成）。
PID温度控制实验
PID 温度控制实验PID( Proportional Integral Derivative)控制就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。
当我们不完全了解一个系统与被控对象,或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、鲁棒性好与可靠性高,被广泛应用于工业过程控制。
PID 调节控制就是一个传统控制方法,它适用于温度、压力、流量、液位等几乎所有现场,不同的现场,仅仅就是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。
一、实验目的 1、了解PID 控温原理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、稳态误差与调节时间的方法 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 算法就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:01()()[()()]tP D I de t u t K e t e t dt T T dt=++⎰ (1)单片机只能处理数字信号,上式可等价于:10[()]nDn P n i n n i IT TU K e e e e T T-==++-∑ (2) (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:1112[(2)]D n n n P n n n n n n I T TU U U K e e e e e e T T----∆=-=-++-+ (3) 其中, e n 为第n 次采样的偏差量;e n-1为第n- 1次采样的偏差量;T 为采样周期;T I 为积分时间;T D 为微分时间;K P 为比例系数。
温度pid控制实验报告
温度pid控制实验报告温度PID控制实验报告引言：温度控制是工业生产中非常重要的一个环节，对于保证产品质量和提高生产效率有着至关重要的作用。
PID控制器是一种常用的温度控制方法，本实验旨在通过对PID控制器的实际应用，探究其在温度控制中的有效性和稳定性。
一、实验目的本实验旨在通过调整PID控制器的参数，实现对温度的精确控制，验证PID控制器在温度控制中的有效性。
二、实验器材和方法1. 实验器材：- 温度控制系统：包括温度传感器、加热器和PID控制器。
- 数据采集仪：用于记录和分析实验数据。
- 电脑：用于控制PID控制器和进行数据处理。
2. 实验方法：- 设置目标温度：根据实验要求，设定目标温度为X摄氏度。
- 参数调整：通过调整PID控制器的比例系数（P）、积分系数（I）和微分系数（D），找到最佳参数组合。
- 实验记录：记录实验过程中的温度变化和PID控制器的输出信号。
- 数据分析：通过对实验数据的分析，评估PID控制器的性能。
三、实验结果与分析在实验过程中，我们首先设定了目标温度为X摄氏度，并通过调整PID控制器的参数来实现对温度的控制。
在初始阶段，我们选择了一个较小的比例系数，以避免温度波动过大。
随着实验的进行，我们逐渐增加了比例系数，同时调整了积分系数和微分系数，以达到更精确的温度控制。
通过实验数据的分析，我们发现PID控制器能够有效地控制温度，并在设定的目标温度附近保持稳定。
当温度偏离目标温度时，PID控制器会根据偏差大小和变化趋势来调整输出信号，以实现温度的快速调整和稳定控制。
尤其是积分和微分项的引入，使得PID控制器具有了更好的稳定性和抗干扰能力。
在参数调整过程中，我们发现比例系数的增加会加快温度的响应速度，但也容易引起过冲现象；积分系数的增加可以减小温度的稳态误差，但过大的积分系数可能导致系统不稳定；微分系数的增加可以提高系统的动态响应速度，但过大的微分系数可能引起噪声干扰。
综合考虑，我们通过实验得出了最佳的PID控制器参数组合，实现了对温度的精确控制。
PID实验报告
1、实习内容及其要求通过温度或转速的设定值和反馈值，计算其偏差，并使用PID控制算法输出控制信号，整定PID参数，使被控的温度或转速达到设定值。
具体实训内容包括AC6611过程卡的接线和测试、数据采集程序设计、PID算法程序设计、控制输出程序设计、人机界面程序设计、PID参数整定、实训报告。
目的：通过实训，让学生了解计算机控制系统的基本组成，提出计算机控制系统的设计思路，初步学会计算机控制系统软硬件设计及调试的方法，具备技术实现能力；基本上能够处理实践过程中出现的问题并提出解决办法，进一步提高学生的计算机应用水平。
要求：完成一个温度或转速单回路控制系统的设计和调试过程。
2、AC6611多功能过程通道卡2.1 功能特点与技术指标功能：AC6611是一款廉价通用A/D、D/A板，AD工作在查询方式，采用PCI 总线支持即插即用、无需地址跳线。
AC6611具有16路单端模拟输入、32路开关量（16路输入及16路输出）、一路12位D/A。
AC6611采用大规模可编程门阵列设计。
A/D转换指标：A/D转换器: 120KHZ 12位A/D ADS7816；保持器：A/D芯片内置采样保持器；工作方式：软件查询；通道数：16路单端输入；输入阻抗：1MΩ,最大输入耐压电压：< +12V / －5.5V；瞬时输入耐压：-25V - +30V；双极性输入范围： 5V；单极性输入幅度：5伏、10伏；连接器：DB25（孔式）。
D/A转换指标：通道数：1路分辨率：12位精度：0.2%最大输出电流：5毫安。
输出零点误差：<±10mV。
输出范围：10伏、±10伏，使用跳线器进行选择。
输出建立时间小于：50微秒；连接器：DB25(孔)开关量输入/输出指标：输入通道数：16路（2个8位）输出通道数：16路（2个8位）电平：TTL电平（兼容3伏逻辑）连接器：40脚扁平电缆插座开关量输出复位后输出：低电平“0”。
自动控制原理实训课程学习总结PID控制器在温度调节中的应用实验总结
自动控制原理实训课程学习总结PID控制器在温度调节中的应用实验总结在经历了自动控制原理实训课程的学习之后，我深刻体会到PID控制器在温度调节中的应用的重要性和实际效果。
在这篇文章中，我将对这门实训课程的学习总结以及PID控制器在温度调节中的具体应用进行探讨。
首先，自动控制原理实训课程为我们提供了一种将理论知识转化为实际操作的机会。
通过参与实验，我们可以真实地感受到控制系统的工作原理以及控制器的重要性。
课程设置了一系列与实际生活相关的实验项目，其中之一就是温度调节实验，这个实验项目充分展示了PID控制器在工业生产和生活中的广泛应用。
在温度调节实验中，我们首先需要了解温度控制系统的基本构成和工作原理。
一个典型的温度控制系统包括传感器、执行器和控制器。
传感器负责感知环境温度，将检测到的温度数据传输给控制器。
控制器根据这些数据来判断当前温度是否达到设定值，并通过控制执行器来调节温度以使其维持在设定值附近。
PID控制器是一种常用的温度调节控制器，它通过对比设定值和反馈值来产生一个控制信号，进而控制执行器的操作。
PID控制器由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成。
比例控制作用于减小偏差，积分控制作用于消除静态误差，微分控制作用于增强控制系统的稳定性。
PID控制器通过调节这三个部分的参数来实现对温度的精确控制。
在进行温度调节实验时，我们首先需要设置一个合适的设定温度。
然后，通过调整PID控制器的参数，如比例增益、积分时间和微分时间，来调节控制器的响应速度和稳定性。
通过不断的实验和调试，我们可以找到最佳的参数组合，使得温度能够尽快稳定在设定值附近，同时保持较小的波动范围。
在实际操作过程中，我们发现PID控制器的应用能够显著提高温度调节的效果。
通过精确的控制，我们可以快速将温度调节到设定值，并且在设定值附近保持较小的波动。
相比于传统的开关控制方法，PID控制器能够更加精确地控制温度，提高生产效率和产品质量。
浙大中控培训课件工程常用pid参数整定方法
浙大中控培训课件工程常用pid参数整定方法一些常用的PID参数整定方法的概述，供你参考。
PID控制是一种常用的工程控制方法，用于调节系统的输出值以使其接近所需的设定值。
PID控制器通过调整三个主要参数来实现控制：比例系数（P）、积分时间（I）和微分时间（D）。
以下是一些常见的PID参数整定方法：经验法：这是一种基于经验和实践的方法，根据系统的特性和操作经验来选择PID参数。
根据系统的响应速度、稳定性和超调量等因素，通过试错和调整，逐步改进参数设置。
Ziegler-Nichols方法：这是一种经典的PID参数整定方法，通过系统的临界增益和周期来确定参数。
首先，增加比例系数，直到系统出现振荡。
然后，测量振荡的周期，并使用特定的公式计算出合适的PID参数。
Cohen-Coon方法：这是另一种常见的PID参数整定方法，适用于一阶和二阶过程。
该方法通过测量系统的时间常数和阻尼比来计算合适的PID 参数。
自整定方法：一些先进的控制器具有自整定功能，可以根据系统的响应自动调整PID参数。
这些方法通常基于模型预测控制或优化算法，可以更快地找到最佳参数。
在实际应用中，PID参数整定是一个复杂的过程，需要结合具体的系统特性和控制要求。
实践中，可能需要进行多次试验和调整来获得最佳的PID参数设置。
此外，还可以借助计算机模拟和数学建模等工具来辅助参数整定过程。
提供一个基本的伪代码示例，以展示如何进行PID参数整定：# 定义PID控制器参数double Kp = 0; # 比例系数double Ki = 0; # 积分时间double Kd = 0; # 微分时间# 定义控制误差和误差积分项double error = 0;double integral = 0;double previous_error = 0;# 定义目标值和当前值double setpoint = 0;double current_value = 0;# 定义控制器输出double output = 0;# PID参数整定while (条件满足) {# 计算误差error = setpoint - current_value;# 计算误差积分项integral = integral + error;# 计算误差变化率double derivative = error - previous_error;# 计算控制器输出output = Kp * error + Ki * integral + Kd * derivative;# 更新先前误差previous_error = error;# 更新当前值# 应用控制器输出}以上示例是一个简化的伪代码，具体的实现方式可能因编程语言和所使用的控制器而有所不同。
PID参数的整定
PID参数的含义: 比例系数P：增大比例系数P一般将加快系统的响应，在有静差的情况下有利于减小静差，但是过大的比例系数会使系统有比较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。
积分时间Ti：增大积分时间Ti有利于减小超调，减小振荡，使系统的稳定性增加，但是系统静差消除时间变长。
微分时间Td：增大微分时间Td有利于加快系统的响应速度，使系统超调量减小，稳定性增加，但系统对扰动的抑制能力减弱。
PID参数整定：1.在凑试时，可参考以上参数对系统控制过程的影响趋势，对参数调整实行先比例、后积分，再微分的整定步骤；2.首先整定比例部分。
将比例参数由小变大，并观察相应的系统响应，直至得到反应快、超调小的响应曲线；3.如果系统没有静差或静差已经小到允许范围内，并且对响应曲线已经满意，则只需要比例调节器即可；4.如果在比例调节的基础上系统的静差不能满足设计要求，则必须加入积分环节。
在整定时先将积分时间设定到一个比较大的值，然后将已经调节好的比例系数略为缩小(一般缩小为原值的0.8)，然后减小积分时间，使得系统在保持良好动态性能的情况下，静差得到消除。
在此过程中，可根据系统的响应曲线的好坏反复改变比例系数和积分时间，以期得到满意的控制过程和整定参数；5.如果在上述调整过程中对系统的动态过程反复调整还不能得到满意的结果，则可以加入微分环节。
首先把微分时间D设置为0，在上述基础上逐渐增加微分时间，同时相应的改变比例系数和积分时间，逐步凑试，直至得到满意的调节效果。
PID参数整定方法就是确定调节器的比例带PB、积分时间Ti和和微分时间Td。
一般可以通过理论计算来确定，但误差太大。
目前，应用最多的还是工程整定法：如经验法、衰减曲线法、临界比例带法和反应曲线法。
各种方法的大体过程如下：（1）经验法又叫现场凑试法，即先确定一个调节器的参数值PB和Ti，通过改变给定值对控制系统施加一个扰动，现场观察判断控制曲线形状。
若曲线不够理想，可改变PB或Ti，再画控制过程曲线，经反复凑试直到控制系统符合动态过程品质要求为止，这时的PB和Ti就是最佳值。
PID温度控制实验指导
计算机温度PID控制实验指导通过前面实验中软件的学习与应用，我们以温度控制为例，完成计算机温度PID控制实验，通过此实验可以加深对检测技术、自动控制技术、过程控制、计算机控制等专业知识的理解。
(1)以下为计算机温度PID控制实验的实验步骤：1、连接YL系列温度测量控制仪的电源，打开电源开关，将“加热方式”、“冷却方式”均拨至“外控方式”，加热手动调节逆时针旋转至最左端且关断。
此时可选用K型热电偶，插在控制仪上方的测温孔中，另外两端的传感器输出线分别对应接至控制仪面板的传感器（+）和（—）端，同时将面板中标准信号输出V O 用实验线接至主控箱面板的多功能数据采集控制器的A/D输入端（8个通道可任选），例如接第0通道。
2、此时在软件界面中实验名称选择中选中“温度控制系统”，选择调节规律为“PID控制”，设置“设定值”、“采样周期”（温度系统参考为1S）、“比例系数”、“积分时间”、“微分时间”的参数值，在下面“温度控制”一栏中选择传感器标准信号的输入通道。
3、用实验线连接主控箱的D/A第0通道（4个通道可任选）至YL系列温度控制仪的加热控制输入端。
4、用实验线连接主控箱的DO第0通道（4个通道可任选）至YL系列温度控制仪的冷却控制输入端。
具体连线如下：YL系列温度测量控制仪端连线与多功能数据采集控制器端对应：多功能数据采集控制器端与YL系列温度测量控制仪端的连线对应。
5、在“温度控制”栏中正确选择通道号，检查连线正确后，点击栏内“确定”按钮，则根据参数执行计算机PID控制程序。
下图为温度设定值为40ºC时设置界面：6、观察温度控制的效果如何。
根据控制规律可设置不同的P、I、D参数，以达到最佳的控制效果，并且每次的实验数据被保存，同时可以观察曲线和打印曲线。
具体的曲线数据可通过菜单“数据操作” “查询结果”查看数据结果。
(2)思考题1. 比例、积分、微分在计算机温度PID控制实验中的作用以及各系数对控制效果的影响。
温度PID的整定过程
图1-9 Kp=5时，系统加热曲线
/zhangyanxin/blog/item/aa9747080625c1cb63d986bd.html
2011-10-，以上的加热曲线中，加热快速而准确，满足了我们的要求。如果此处想验证更加优化的Kp，可 以多次调整，绘制图像，比较各个图像，选择一个最佳值。此处我们不做更改了，就选择Kp=5； 细心的朋友可能会发现了，我们的目标值是30度，而系统最终稳定在了29度（其实是绘图的误差，系统最 终稳定在了29.6度左右）。但是无论如何，系统没有到达我们的要求值30度，可奇怪的是，此时的系统是稳定 的，一直恒定在这个温度，不像是一个故障状态。 正是如此，这不是故障，也不是我们设计的问题，这就是P控制的缺陷。随着现实温度和目标温度越来越接 近，Ek=TargetTemp-CurrentTemp；越来越小，那么经过Kp*Ek计算出来的DTY就越来越小，那么PWM（） 输出的数值就比较小了，此时执行机构按照这样的小功率加热，往往不能使温度上升了，这其实和执行机构的 精度有关。 这个误差就是PID系统中的“静差”。静差，就是系统达到平衡、稳定后，存在的“静态误差”。如果要消 除这个误差，就必须使用PID控制策略里面的I（积分）。 5.积分项整定 积分项的整定需要谨慎，积分项整定过强，系统会产生严重的振荡；积分项整定过弱，效果不明显。所以， 积分项一般从小大到的整定，不能过大。 那么，是不是积分的整定就无章可循了呢？是不是就要像课本上说的那样，一点一点的试呢？当然不会，我 们既然能将比例项总结出经验，积分项也不例外。
1. unsigned int myData; 2. PWM(100); //最高档加热 3. for(;;) 4. { 5. myData = GetTemp(); //获取当前的温度 6. SendOnyByte(myData/10); //发送数据到计算机 7. os_wait(K_TMO,100,0); //等待1秒钟 8. } 复制代码
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目录目录第一部分、系统介绍 (2)一、AE2000B型系统介绍 (2)二、AE2000B型实验对象组成结构 (2)三、AE2000B型实验对象控制台 (3)第二部分流量控制 (4)2.1、实验一电磁流量计流量PID整定实验 (4)2.2、实验二、涡轮流量计流量PID整定实验 (6)2.3、实验三、涡轮和电磁流量比值控制系统实验 (9)2.4、简单比值控制系统的仿真 (11)第三部分温度控制 (12)3.1、实验一、锅炉夹套水温PID整定实验（动态） (12)3.2、实验二. 锅炉夹套和锅炉内胆温度串级控制系统 (14)3.3、被控对象的仿真模型 (17)3.4、单回路控制系统的仿真 (18)3.5、串级控制系统的仿真 (18)第四部分实训感想 (18)第一部分、系统介绍一、AE2000B型系统介绍AE2000B型过程控制实验装置是根据工业自动化及相关专业教学特点，吸取了国外同类实验装置的特点和长处，并和目前大型工业自动化现场紧密联系，采用了工业上广泛使用并处于领先的AI智能仪表加组态软件控制系统、DCS(分布式集散控制系统)，经过精心设计，多次实验和反复论证，推出的一套基于本科，着重于研究生教学、学科基地建设的实验设备。
该设备涵盖了《信号和信息处理》、《传感技术》、《工程检测》、《模式识别》、《控制理论》、《自动化技术》、《智能控制》、《过程控制》、《自动化仪表》、《计算机使用和控制》、《计算机控制系统》等课程的教学实验和研究。
整个系统美观实用，功能多样，使用方便，既能进行验证性、设计性实验，又能提供综合性实验，可以满足不同层次的教学和研究要求。
AE2000型过程实验装置的检测信号、控制信号及被控信号均采用ICE标准，即电压1~5V，电流4~20mA。
实验系统供电要求：单相220V交流电，外型尺寸：1850×1450×900mm，重量：100Kg二、AE2000B型实验对象组成结构过程控制实验对象系统包含有：不锈钢储水箱（长×宽×高：850×450×400mm）、串接圆筒有机玻璃上水箱、中水箱、下水箱、单相2.5KW电加热锅炉（由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套组成）。
系统动力支路分两路组成：一路由单相增压泵、电动调节阀、涡轮流量计、自锁紧不锈钢水管及手动切换阀组成；另一路由增压泵、变频调速器、小流量涡轮流量计、自锁紧不锈钢水管及手动切换阀组成。
如图2-1所示：2-1、系统结构图对象系统结构图中检测变送和执行元件包括：液位传感器、温度传感器、涡轮流量计、压力表、电动调节阀等。
AE2000B实验对象检测及执行装置包括：检测装置：扩散硅压力液位传感器、涡轮流量传感器、Pt100热电阻温度传感器。
执行装置：单相可控硅移相调压装置、电动调节阀、变频器。
三、AE2000B型实验对象控制台仪表控制台面板由三部分组成：（1）电源控制屏面板：充分考虑人身安全保护，带有漏电保护空气开关、电流型漏电保护器。
（2）仪表及远程数据采集模块面板：1块变频调速器面板、3块AI/818A智能调节仪面板、2块远程数据采集模块面板组成，各装置外接线端子通过面板上自锁紧插孔引出。
（3）I/O信号接口面板：该面板的作用主要是将各传感器检测及执行器控制信号同面板上自锁紧插孔相连，再通过航空插头同对象系统连接，便于学生自行连线组成不同的控制系统，进行几十种过程控制实验。
第二部分流量控制2.1、实验一电磁流量计流量PID整定实验一、实验目的1）、了解电磁流量计的结构及其使用方法。
2）、熟悉单回路流量控制系统的组成。
二、实验设备1）、AE2000B型过程控制实验装置：上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根。
2）、万用表一只三、实验原理图8-1、流量控制系统四、实验内容和步骤1）、利用实验装置,信号接口面板上涡轮流量计的测量信号组成图9-4所示的单回路流量控制系统。
如图8-2所示：图8-2、实验接线图2）、把调节器置于“手动”状态，积分时间常数为零，微分时间常数为零，根据仪表使用说明设定比例P，设置相关的参数，使调节器工作在比例调节上。
3）、启动工艺流程并开启相关仪器和计算机系统，在开环状态下，利用调节器的手动操作按钮把被调量管道的流量调到给定值（一般把流量控制在流量量程的50%处）。
4）、运行MCGS组态软件，进入实验系统相关的实验,如图8-3所示：图8-3、实验软件界面5）、观察计算机显示屏上实时的响应曲线，待流量基本稳定于给定值后，即可将调节器由“手动”状态切换到“自动”状态，使系统变为闭环控制运行。
待系统的流量趋于平衡不变后，加入阶跃信号（一般可通过改变设定值的大小来实现）。
经过一段时间运行后，系统进入新的平稳状态。
由记录曲线观察并记录在不同的比例P下系统的余差和超调量。
（计算超调量！）6）、记录软件中的实时曲线的过程数据作出一条完整的过渡过程曲线，记录表格自拟。
2.2、实验二、涡轮流量计流量PID整定实验一、实验目的1）、了解涡轮流量计的结构及其使用方法。
2）、熟悉单回路流量控制系统的组成。
二、实验设备1）、AE2000B型过程控制实验装置：上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根。
2）、万用表一只三、涡轮流量计的工作原理1、工作原理当被测流体流经传感器时，传感器内的叶轮借助于流体的动能而产生旋转，周期性地改变磁电感应转换系统中的磁阻值，使通过线圈的磁通量周期性地发生变化而产生电脉冲信号。
在一定的流量范围下，叶轮转速和流体流量成正比，即电脉冲数量和流量成正比。
该脉冲喜好经放大器放大后送至二次仪表进行流量和总量的显示或积算。
在测量范围内，传感器的输出脉冲总数和流过传感器的体积总量成正比，其比值称为仪表常数，以ξ（次/L）表示。
每台传感器都过实际标定测得仪表常数值。
当测出脉冲信号的频率f和某一段时间内的脉冲总数N后，分别除以仪表常数ξ（次/L）便可求得瞬时流量q（L/s）和累积流量Q(L)。
即：q=f/ξQ=N/ξ四、实验内容和步骤1）、利用实验装置,信号接口面板上涡轮流量计的测量信号组成图9-4所示的单回路流量控制系统。
如图9-2所示：图9-2、实验接线图图9-3、实验软件界面5）、观察计算机显示屏上实时的响应曲线，待流量基本稳定于给定值后，即可将调节器由“手动”状态切换到“自动”状态，使系统变为闭环控制运行。
待系统的流量趋于平衡不变后，加入阶跃信号（一般可通过改变设定值的大小来实现）。
经过一段时间运行后，系统进入新的平稳状态。
由记录曲线观察并记录在不同的比例P下系统的余差和超调量。
（计算超调量！）6）、记录软件中的实时曲线的过程数据作出一条完整的过渡过程曲线，记录表格自拟。
2.3、实验三、涡轮和电磁流量比值控制系统实验一、实验目的1）、了解涡轮流量计的结构及其使用方法。
2）、熟悉单回路流量控制系统的组成。
3）、试了解比值控制在工业上的使用。
二、实验设备1）、AE2000B型过程控制实验装置：上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根。
2）、万用表一只三、比值系统组成原理在各种生产过程中，需要使两种物料的流量保持严格的比例关系是常见的，例如，在锅炉的燃烧系统中，要保持燃料和空气量的一定比例，以保证燃烧的经济性。
而且往往其中一个流量随外界负荷需要而变，另一个流量则应由调节器控制，使之成比例地改变。
保证二者之比值不变。
否则，如果比例严重失调，就可能造成生产事故，或发生危险。
又如，以重油为原料生产合成氨时，在造气工段应该保持一定的氧气和重油比率，在合成工段则应保持氢和氮的比值一定。
这些比值调节的目的是使生产能在最佳的工况下进行。
本实验比值调节系统的组成原理如下图所示：图13-1、比值控制系统原理图五、实验内容和步骤1）、连接好比值调节实验硬件连线。
如图13-2图13-2 实验接线图2）、启动工艺流程并开启相关仪器和计算机系统。
3）、设定好调节仪的各项参数。
和常规的PID调节参数设置相同4）、运行MCGS组态软件，进入实验系统相关的实验，如图13-3所示：图13-3、实验软件界面5）、调节比值器的放大系数，在泓格7000上实现，软件设定放大系数。
（计算超调量！）6）、观察计算机显示屏上实时的响应曲线，改变放大系数。
待系统稳定后 记录过渡过程曲线。
记录各项参数。
2.4、简单比值控制系统的仿真被控对象的数学模型为假设双闭环比值控制系统中的主动量控制系统的数学模型为式（1），从动量控制系统的数学模型为式（2）。
G （s ）=118310+-s e s（1） G （s ）=)145)(120(85++-s s e s（2） 在MATLAB 环境下对开环比值控制系统进行仿真，要求有主副被控对象的的响应曲线。
第三部分温度控制3.1、实验一、锅炉夹套水温PID整定实验（动态）一、实验目的1）、了解不同单回路温度控制系统的组成和工作原理。
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。
4）、了解PID参数自整定的方法及参数整定在整个系统中的重要性。
5）、分析动态的温度单回路控制和静态的温度单回路控制不同之处。
二、实验设备1）、AE2000B型过程控制实验装置、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根。
2）、万用表一只。
三、实验原理图11-1、温度控制系统本系统所要保持的恒定参数是锅炉夹套温度给定值，即控制的任务是控制锅炉夹套温度等于给定值，采用工业智能PID调节。
四、实验内容和步骤（一）、比例调节器（P）控制1）、按图11-1所示方块图的要求接成实验系统。
如下图：图11-2 系统连线图2）、打开相应的阀门，启动变频器往锅炉进水，约经1-2分钟后，关闭变频器，保证夹套内有水。
3）、开启相关仪器和计算机，运行软件，进入相应的实验，如图11-3所示：图11-3、实验软件界面4)、把智能调节器置于“手动”，输出值为小于等于10，把温度设定于某给定值（如：将水温控制在40。
C），设置各项参数，使调节器工作在比例（P）调节器状态，此时系统处于开环状态。
5）、启动变频器，以15Hz的频率启动循环水系统。
6）、运行MCGS组态软件，进入相应的实验，观察实时或历史曲线，待水温（由智能调节器的温度显示器指示）基本稳定于给定值后，将调节器“手动”切换至“自动”位置，使系统变为闭环控制运行。
待基本不再变化时，加入阶跃扰动：6）、记录实验过程各项数据绘成过渡过程曲线。
（数据可在软件上获得）3.2、实验二. 锅炉夹套和锅炉内胆温度串级控制系统一、实验目的1）、熟悉串级控制系统的结构和控制特点。