温度模糊控制实验

温度模糊控制实验（选学）

一、实验目的

1．认识Labview 虚拟仪器在测控电路的应用；

2．通过实验，改变P 的参数，观察对整个温度测控系统的影响；

3．进一步认识固态继电器和温度变送器，了解其工作原理；

4．了解什么是模糊控制理论。

二、预习要点

1．了解模糊控制理论的由来及应用；

2．Labview 虚拟仪器图形软件（本实验指导书附录中对使用环境详细介绍）。

三、实验原理

温度还是通过固态继电器的导通关断来实现加热过程的，控制周期即是一个

加热和冷却周期，PID 调节的实现也是通过这个周期实现的，在远离温度预设值

的时固态继电器在温度控制周期中持续加热（假设导通时间是T），在接近温度

预设值时通过PID 得到的值来控制这一周期内固态继电器的开关时间（假设导通

时间是1/2T）维持温度（假设导通时间是1/4T）。

本实验暂时用的是模糊控制原理中的的比例控制钟摆无限接近的控制理论，

所以温度预设值不能超过（最大温度+实验开始前温度）/2，例如实验开始前温度为25 度，最大为100 度，那么预设最大为62.5 度，当然这样可能几天温度才能被控制好，所以建议温度不超过实验开始温度5 度，同时我们在将来的升级中

会用更好的模糊理论代替现有的较差的控制理论，这里还要指出好的模糊控制理

论在一定程度上比好的PID 控制还要稳定，做的好的模糊控制是经验与理论的最

完美结合。

四、实验项目

用模糊PID 控制水箱温度。

五、实验仪器

ZCK-II 型智能化测控系统。

六、实验步骤及操作说明

1．打开仪器面板上的总电源开关，绿色指示灯亮起表示系统正常；

2．打开仪器面板上的液位电源开关，绿色指示灯亮起表示系统正常；

3，确保贮水箱内有足够的水，参照图2（图见第三章）中阀门位置设置阀门开关，将阀门1、3、5、6 打开，阀门2、4 关闭；

4．参看变频器操作说明书将其设置在手动操作挡；

5．单击控制器RUN 按钮，向加热水箱注水，直到水位接近加热水箱顶部，完全

淹没加热器后单击STOP 按钮结束注水；

6．关闭仪器面板上的液位电源开关，红色指示灯亮起表示系统关闭；

7．打开仪器面板上的加热电源开关，绿色指示灯亮起表示系统正常；

8．打开计算机，启动ZCK-II 型智能化测控系统主程序；

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9．用鼠标单击温度控制动画图形进入温度控制系统主界面，小组实验无须在个人信息输入框填写身份，直接确定即可；

10．在温度系统控制主界面中，单击采集卡测试图标，进入数据采集卡测试程序。

一切设置确认无误后即可单击启动程序图标，观察温度和电压的变化，也可以单

击冷却中左边的开关按钮进入加热程序，观察温度上升曲线及电流表和电压表变

化，确认传感器正常工作后点击程序结束，等待返回主界面图标出现即可返回温

度控制主界面进入下一步实验。

11．在温度系统控制主界面中，单击传感器标定图标，进入传感器标定程序。本

程序界面基本和数据采集卡测试程序界面基本相同，操作请参照步骤10 进行，一切设置确认无误后即可单击启动程序图标，观察温度和电压的变化，同时用温

度计测量加热箱内水温，并用传感器标定控制图标完成精确标定。标定完成后加

热水箱到30 摄氏左右时程序结束，等待返回主界面图标出现即可返回温度控制主界面进入下一步实验；

12．在温度系统控制主界面中，单击模糊PID 系统图标，进入模糊PID 温度控制系统程序。点击控制参数图标，进入控制参数设定界面，按照参数表4 中的小

组1 给定的预设参数填写。确定返回后点击采集参数图标按照参数表4 中的小组

1 给定的预设参数填写。确定返回后点击启动程序图标，观察实验波形，波形满

意后点击停止程序图标并用事后观察观察具体波形情况并记录数据于表5 中，记

录完毕保存数据（保存的数据可以随意编辑文件名，但请不要更换文件夹以方便

教师统一管理）；

表4

温度设定值℃控制周期ms Kp Ki Kd 采样点数采样速率

小组1 35 3000 5 0 0 1000 1000

小组2 40 3000 10 0 0 1000 1000

小组3 45 3000 50 0 0 1000 1000

13．点击重置程序图标，重复步骤12 的操作按表4 中的小组2 给定的预设参数重新设置控制参数和采集参数（重置后程序返回默认值，即使和上次一样的数值

也必须重新输入），观察、记录并保存数据；

14．重复步骤13 完成小组3 中给定数值的操作。完成后结束程序返回温度控制主程序，进入单人实验；

15．单人实验首先单击复位（换人）图标，在个人信息输入框中正确输入您的班

级、姓名、学号，输入完成后请在本次授课实验教师处选择您的指导老师，至此

您所做实验的实验数据路径将被正式记录给您的授课教师，供其参考评分，您无

须担心，请按实验步骤继续进行实验；

16．通过实验步骤12、13、14 的KP 值比较，应该不难得出一个比较好的模糊控制参数，再次点击进入模糊PID 温度控制系统，在控制参数里输入您理想的参

数，如实验数据另自己满意请保存数据用于做之后的数据对比实验。在模糊PID

温度控制系统完成实验并保存数据后，结束程序返回温度控制主程序，请点击保

存程序，方便教师评定。之后下一名同学请重复步骤15、16 完成自己的实验；17．当全部同学完成单人实验后，在温度控制系统主界面下单击控制效果对比进

入控制效果对比程序，在路径选择右边单击打开图标选择大家保存*.dat 文件进行对比，用最好的数据来完成表6。对比完毕返回主程序，点击退出程序选择程序结束。