单闭环温度恒值控制

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电气工程及自动化专业计算机控制技术课程教学方法研究

面发展，知识、能力、素质协调进步，能够从事与电气
作者：孙晓娟，硕士，主要研究方向为电子电气工程。
２１年８下第２期（０１月４总第２６）４期
生掌握计算机控制系统的理论与技术，受到较好的工程
中国教育技术装备
教学园地
孙娟电工及自化业算控技课教方研晓：气程动专计机制术程学法究
ｔｎｋｉａｈｉｎｇｂｉ１ｔｅｓｎｄａｎ — ｎｂｉｉｙ，ｉｒｉｔｃｎｑａｌｔｉｉａｈｄｓｏａ１ｔｍｐｏｖｎｇｅａｈｉｇｕｉｙ．Ｋｅｗｏｒｓｅｌｔｒｉａｌｅｙｄｅｃｃｎｇｉｅｅｎｇａａｕｔｍａｔｉｎ：ｃｏｕｔｃｎｔｒｓｔｅｎｒｉｎｄｏｏｍｐｅｒｏｏｌｙｓｍ：ｔｅｈｉｍｅｔｏｄ：ａｃｎｇｈｅｐｉｎａｌｘｅｒｍｅｔｔｅｃｎａｈｉｇ
远，实际应用中主要是采用总线式计算机
（ＣＰ总线或ＳＤＴ总线）工业控制机。传统教学方式都是按芯片——电路设计——模块
制作 —— 系统安装顺序教学，而现代较多
采用总线式工业控制机来组建计算机控制系统，微机硬件技术和软件技术为手段，
系统，在模拟系统上进行观测、实验和分析，从而达到
时间变长；，的作用有助于消除系统余差，提高系统的控，制精度，但若太大，积分作用太弱，则不能减小稳态误，差；微分时间常数的增加可以改善系统的动态特性，如

温度闭环控制实验心得

温度闭环控制实验心得一、实验目的本次实验的目的是学习温度闭环控制系统的原理和实现方法，掌握PID控制器的调参方法，并能够通过实验验证PID控制器对温度的控制效果。

二、实验原理1. 温度传感器本次实验使用的是热电偶温度传感器。

热电偶是一种利用热电效应测量温度的传感器，由两种不同金属或合金组成，当两种金属或合金接触时，在接触点处会形成一个电动势。

随着温度变化，电动势也会发生变化，从而可以测量出温度。

2. PID控制器PID控制器是一种常用的闭环控制系统。

它通过不断地调整输出信号来使被控对象达到期望值。

PID控制器由比例环节、积分环节和微分环节三部分组成。

其中比例环节根据误差大小调整输出信号；积分环节根据误差累计值调整输出信号；微分环节根据误差变化率调整输出信号。

3. 温度闭环控制系统温度闭环控制系统是一种将温度传感器和PID控制器结合起来的系统。

温度传感器负责测量被控对象的温度，PID控制器则根据温度误差调整输出信号，使被控对象的温度达到期望值。

三、实验步骤1. 搭建实验平台首先需要搭建实验平台。

本次实验使用的是Arduino开发板和温度传感器模块。

将Arduino开发板与电脑连接，并将温度传感器模块连接到开发板上。

2. 编写程序编写程序，用Arduino开发板读取温度传感器模块的输出信号，并通过PID控制器调整输出信号，从而控制被控对象的温度。

在编写程序时需要设置PID参数，包括比例系数、积分时间和微分时间等。

3. 调试程序将被控对象（例如加热棒）连接到开发板上，并将温度传感器放置在被控对象附近。

启动程序并进行调试，观察被控对象的温度变化情况，并根据需要调整PID参数以达到更好的控制效果。

4. 实验验证进行实验验证，观察PID控制器对被控对象温度的控制效果，并记录数据以便后续分析和总结。

四、实验心得本次实验让我深入了解了温度闭环控制系统的原理和实现方法。

通过编写程序和调试参数，我成功地将PID控制器应用于温度控制中，并取得了不错的效果。

单闭环温度恒值控制系统实验中出现的问题及解决的方案

单闭环温度恒值控制系统实验中出现的问题及解决的方案
在单闭环温度恒值控制系统实验中，可能会出现以下问题：
1.温度波动过大：可能是由于环境温度变化、控制器设置不当或传感器失准等原因导致的。

解决方案可以是增加控制器的参数调整，确保温度控制精度，或使用更为精确的传感器。

2.温度无法达到设定值：可能是由于系统中温度控制器、传感器、加热器等设备的参数设置有误，或者是系统存在故障。

解决方案包括调整控制器参数以保证输出正确、检查设备是否故障等。

3.电源故障导致实验无法进行：此时需要更换电源或者检查电源相关的设备部件是否故障。

4.设备损坏：如果加热器或传感器等设备出现损坏，需要在保证安全的前提下将其更换。

总的来说，单闭环温度恒值控制系统实验中出现的问题可以通过检查设备是否故障、调整控制器参数以及更换设备等方法得到解决。

同时还需关注操作过程中的安全问题，确保实验能够安全进行。

基于PLC的恒温控制系统

基于PLC的恒温控制系统本科生毕业论文（设计）题目：基于PLC的恒温控制系统院系：专业：学生姓名：学号：指导教师：二〇一四年五月摘要在工业控制领域，基于运行稳定性考虑，要对生产过程中的各种物理量进行详细的检测和控制。

这在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。

其中温度控制又以其较为复杂的工艺过程而备受人们关注。

所以各种加热炉、热处理炉、反应炉等得到了广泛应用。

这些都对温度控制系统的设计提出了更高的要求。

本设计采用S7-200PLC对加热炉温度进行控制。

随着自动控制技术的迅速发展，PLC对温度的控制技术应用越来越广泛。

本文采用PLC对温度进行控制，通过合理的设计，提高温度控制水平，进而改善温度运行的稳定性，使其更加精确。

本文主要介绍了温度控制的PLC控制系统总体方案设计、设计过程、组成、梯形图，并给出了系统组成框图，分析流量逻辑关系，提出PLC的编程方法。

本系统分析了加热炉温度控制的PID控制原理，设计了系统的数学控制模型以及系统控制框图，用组态王软件组态配置工业控制监控系统，对数据进行实时监控。

通过对单回路控制系统的参数整定以及组态王的PID控制程序，实现了加热炉温度的精确控制。

通过对PLC程序的仿真调试以及对组态的系统仿真，验证了本加热炉温度控制系统的设计合理性，系统动态响应符合了最初的设计要求，也具有一定的实用价值。

关键词：温度控制，可编程控制器，PID，组态王目录第一章前言 01.1恒温控制的现状与意义 01.2系统设计要求 (1)1.3设计主要内容 (2)第二章恒温控制系统硬件设计 (4)2.1总体分析 (4)2.2PLC控制系统设计的基本原则和步骤 (5)2.2.1PLC控制系统设计的基本原则 (5)2.2.2PLC控制系统设计的一般步骤 (6)2.3PLC的选型与硬件配置 (7)2.3.1PLC型号的选择 (7)2.3.2S7-200 CPU的选择 (8)2.3.3EM231模拟量输入模块 (8)2.3.4热电偶温度传感器 (10)2.4I/O地址分配及电气连接图 (11)2.5PLC硬件接线图 (12)第三章PLC控制系统软件设计 (14)3.1PLC程序设计方法 (14)3.2编程软件STEP7--M ICRO/WIN概述 (15)3.2.1STEP7-Micro/WIN简单介绍 (15)3.2.2STEP7-Micro/WIN参数设置（通讯设置） (16)3.3基于S7200的PID控制 (18)3.3.1控制系统数学模型的建立 (18)3.3.2P ID在PLC中的回路指令 (19)3.4内存地址分配与PID指令回路表 (20)3.5程序设计梯形图 (23)3.5.1初次上电 (23)3.5.2启动/停止阶段 (24)3.5.3子程序0 (25)3.5.4中断程序、PID的计算 (26)第四章基于组态软件恒温监控系统设计 (28)4.1组态王软件介绍 (28)4.2组态软件开发过程 (29)4.2.1工程整体规划 (29)4.2.2工程建立 (29)4.2.3构造数据词典 (30)4.2.4组态用户窗口 (32)4.2.5组态王设备连接 (32)4.2.6组态王画面制作与动连接 (33)4.2.7PID控制脚本编写 (34)第五章系统运行结果及分析 (37)5.1PLC控制系统仿真测试 (37)5.2控制系统PID控制性能验证 (40)第六章总结 (43)参考文献 (44)致谢 (45)第一章前言1.1恒温控制的现状与意义温度的测量和控制对人类日常生活、工业生产、气象预报、物资仓储等都起着极其重要的作用。

单回路控制系统详解

一、单回路控制系统1. 画出图示系统的方框图：2. 一个简单控制系统总的开环增益（放大系数）应是正值还是负值？仪表行业定义的控制器增益与控制系统中定义的控制器的增益在符号上有什么关系？为什么？3. 试确定习题1中控制器的正反作用。

若加热变成冷却，且控制阀由气开变为气关，控制器的正反作用是否需要4. 什么是对象的控制通道和扰动通道？若它们可用一阶加时滞环节来近似，试述K P 、K f 、τp 、τf 对控制系统质量的影响。

5. 已知广义对象的传递函数为1)S (T e K P SτP P +-，若P P T τ的比值一定时，T P 大小对控制质量有什么影响？为什么？6. 一个简单控制系统的变送器量程变化后，对控制质量有什么影响？举例说明。

7. 试述控制阀流量特性的选择原则，并举例加以说明。

8. 对图示控制系统采用线性控制阀。

当负荷G 增加后，系统的响应趋于非周期函数，而G 减少时，系统响应震9. 一个简单控制系统中，控制阀口径变化后，对系统质量有何影响？10. 已知蒸汽加热器如图所示，该系统热量平衡式为：G 1C 1(θ0-θi )=G 2λ(λ为蒸汽的冷凝潜热)。

（1）主要扰动为θi 时，选择控制阀的流量特性。

（2）主要扰动为G 1时，量特性。

（3特性。

11.作用后，对系统质量有什么影响？为了保持同样的衰减比，比例度δ要增加，为什么？12. 试写出正微分和反微分单元的传递函数和微分方程；画出它们的阶跃响应，并简述它们的应用场合。

13. 什么叫积分饱和？产生积分饱和的条件是什么？14. 采用响应曲线法整定控制器参数，选用单比例控制时，δ=K P τP /T P ×100%,即δ∝K P ，δ∝τP /T P ,为什么？而选择比例积分控制时，δ=1.44K P τP /T P ×100%，即比例度增加，为什么？15. 采用临界比例度法整定控制器参数，在单比例控制时，δ=2δK (临界比例度)，为什么？16. 在一个简单控制系统中，若对象的传递函数为)1T )(1S 1)(T S (T K W P V P +-+S ，进行控制器参数整定时，应注意什么？ 17. 已知广义对象的传递函数为1)S (T e K P SτP P +-，采用比例控制，当系统达到稳定边缘时，K C =K CK ，临界周期为T K 。

期末资料化工仪表自动化名词解释

名词解释1、自动控制答：自动控制就是指在没有人直接干预的情况下，利用自动控制装置时被空对象的工作状态按照预定的规律运行。

为了实现上述的目的，由相互制约的各部分按一定规律组成的具有特定功能的整体，称为自动系统。

自动系统主要由两大部分组成。

一部分是其控制作用了全套自动化装置，对于常规仪表来说，它包括检测元件及变送器，控制器、执行器等；另一部分是受自动化装置控制的被控对象。

2、节流现象答：流体在管道中流动时,在节流装置前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象称为节流现象。

其中节流装置包括节流件和取压装置。

节流件是使管道中的流体产生局部收缩的元件。

在管道通路上安装孔板、喷嘴或文丘利管等节流件。

当流体流过节流元件时，流束局部收缩。

其流速增加，静压降低，使节流元件前后产生静压差。

3、热电效应答：热电偶是由两种不同材料的导体A 和B 焊接而成，当组合成闭合回路，若导体A和B的连接处温度不同，则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电动势存在，这种现象叫做热电效应。

4、热电势答：热电偶是由两种不同材料的导体A 和B 焊接而成，当组合成闭合回路，若导体A和B的连接处温度不同，则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电动势存在，这个电动势叫热电势。

5、零点迁移问题答：在使用差压式变压器测量液位时，一般压差△P与液位高度H之间的关系为：△P=Hgρ.这就是一般的"无迁移"的情况。

当H=0时，作用在正、负压室的压力是相等的。

实际应用中，由于安装有隔离罐、凝液罐，或由于差压变送器安装位置的影响等，使得在液位测量中，当被测液位H=0时，差压变送器的正、负压室的压力并不相等，即ΔP≠0，这就是液位测量时的零点迁移问题。

6、简单控制系统答：由一个测量元件、变送器、一个控制器、一个控制阀和一个对象所构成的单闭环控制系统。

也称单回路控制系统。

7、复杂控制系统答：在单回路控制系统基础上，再增加计算环节、控制环节或其他环节的称之为复杂控制系统。

《自动控制原理》教学大纲

自动控制原理》教学大纲一、课程的性质、地位与任务本课程是电力系统自动化技术专业的基础课程。

通过本课程的学习，使学生掌握自动控制的基础理论，并具有对简单连续系统进行定性分析、定量估算和初步设计的能力，学生将掌握自动控制系统分析与设计等方面的基本方法，如控制系统的时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法、状态空间分析法、采样控制系统的分析等基本方本课程系统地阐述了自动控制科学和技术领域的基本概念和基本规律，介绍了自动控制技术从建模分析到应用设计的各种思想和方法，内容十分丰富。

通过自动控制理论的教学，应使学生全面系统地掌握自动控制技术领域的基本概念、基本规律和基本分析与设计方法，以便将来胜任实际工作，具有从事相关工程和技术工作的基本素质，同时具有一定的分析和解决有关自动控制实际问题的能力。

二、教学基本要求了解自动控制的概念、基本控制方式及特点、对控制系统性能的基本要求。

理解典型环节的传递函数、结构图化简或梅森公式以及控制系统传递函数的建立和表示方法，初步掌握小偏差线性化方法和通过机理分析建立数学模型的方法，以串联校正为主的根轨迹综合法，掌握常用校正装置及其作用。

熟悉暂态性能指标、劳思判据、稳态误差、终值定理和稳定性的概念以及利用这些概念对二阶系统性能的分析，初步了解高阶系统分析方法、主导极点的概念，能利用根轨迹对系统性能进行分析，熟悉偶极子的概念以及添加零极点对系统性能的影响。

频率特性的概念、开环系统频率特性Nyquist图和Bode图的画法和奈氏判据，了解绝对稳定系统、条件稳定系统、最小相位系统、非最小相位系统、稳定裕量、频指标的概念，以及频率特性与系统性能的关系。

基本校正方式和反馈校正的作用，掌握复合校正的概念和以串联校正为主的频率响应综合法。

三、教学学时分配表四、教学内容与学时安排第一章自动控制系统的基本知识……4学时本章教学目的和要求：掌握自动控制系统组成结构和基本要素，理解自动控制的基本控制方式和对系统的性能要求，了解一些实际自动控制系统的控制原理。

温度控制系统

温度液位控制系统系统功能1.系统由水泵从‘供水池’向‘加热水箱’中注入冷水。

水泵出水口安装有压力变送器。

当出水阀门开度变化时，水泵出水口的压力也会随之变化，压力变送器将信号变送至PLC，信号经运算后通过反馈控制调节变送器，变送器控制电机转速大小，使出水口的水压不变。

由流量、流速、截面积、水压之间的关系式:Q=μ*A*(2*P/ρ)^0.5式中Q——流量，m^/S；μ——流量系数，与阀门或管子的形状有关；0.6~0.65；A——面积，m^2；P——通过阀门前后的压力差，单位Pa；ρ——流体的密度，Kg/m^3；由上述关系知，当出水口压力不变时，压差P为定值，流量Q只和截面积即阀门开度A有关，从而方便水箱进水量的控制。

同时水箱进出口安装有流量变送器，实时检测水流量，并与设定值比较，得出的偏差控制阀门开度，达到进水量无差控制。

2.水箱内部安装‘液位’变送器，检测水箱的液位高度。

当进水流量不变且适当时，通过调节出水口阀门开度，能够使得水箱的液位保持在恒定高度。

通过PID控制，当系统有扰动时（进水流量变化时），系统能够在一定的时间内通过PID调节使系统重新恢复稳定状态。

3.系统通过‘加热器’将水箱中的冷水加热，并在水箱内部和水箱出水口分别安装温度变送器，以水箱出口温度为主控制变量，保证出口温度，同时引入水箱内部温度为辅助控制变量，以稳定主变量，极大限度的消除扰动对系统主变量的干扰。

通过这种串级控制，使水箱出口温度可控。

系统要求1.注入水箱的水流量Q可控。

2.水箱的液位H可控。

3.水箱出口水的温度T可控。

4.系统可通过手/自动调节各个阀门。

注：系统稳定时注入水箱的水的流量等于水箱出口的水流量。

Q、H、T的值可通过系统设置。

系统PID参数可调，以便理解PID控制算法。

系统控制原理系统由两个闭环控制系统组成。

1.水箱注水量与液位高度闭环控制。

V2单容水箱是一个自衡系统，水箱‘出口’水流量与‘水压’和出水口阀门V2开度有关，而水压与水位的高度H又有一定的比例关系。

自动化仪表与过程控制习题

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2、在什么场合选用比例、比例积分和比例积分微分调节规律？答：比例调节规律适用于负荷变化较小、纯滞后不太大而工艺要求不高、又允许有余差的控制系统。比例积分调节规律适用于对象调节通道时间常数较小、系统负荷变化较大，纯滞后不大而被控参数不允许与给定值有偏差的调节系统。比例积分微分调节规律适用于容量滞后较大、纯滞后不大、不允许有余差的调节系统。
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Ch3：判断改错题
1、两只压力表的绝对误差相等，标尺范围较小的表精度高。答：错误，应该是：两只压力表的绝对误差相等，标尺范围较小的表精度低。或改成，两只压力表的绝对误差相等，标尺范围较大的表精度高。
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5、电容式物位仪表可以测量液位、料位。答：正确
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2、积分作用可用来（） A、消除余差 B、克服纯滞后 C、克服容量滞后 D、克服传输滞后答：A
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3、增加积分作用可以使得系统稳定性增强。答：错误。应该是：增加积分作用可以更好地消除余差，但使系统稳定性降低。
(a)扰动作用
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9、体积流量的单位是是。答： m 3 / s ；kg / s
，质量流量的单位
10、节流式流量计是实质是通过测量节流元件前后的而得到流量的体积流量的。答：差压
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11、转子流量计是基于答：力平衡原理
பைடு நூலகம்原理而工作的。
12、电磁流量计是基于原理而工作的，它不受流体的、、、等影响。答：电磁感应定律密度、压力、温度
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浅析PLC在模拟量闭环控制中的应用

温度变送其将热电偶输出的微弱电压信号转换为标准量程的电流或电压ｐｖ（ｔ），然后送给ＰＬＣ的模拟量输入模块，经Ａ／Ｄ转换后得到与温度成比例的数字量ｐｖ（ｎ），ＣＰＵ将它与温度设定值ｓｐ（ｎ）比较，并按某种控制规律（例如ＰＩＤ控制算法）对误差值ｅ（ｎ）进行计算，将运算结果Ｍ（１２）（数字量）送给模拟量输出模块，经Ｄ／Ａ转换后变为标准量程的电流信号或电压信号Ｍ（ｔ），用来控制电动调节阀的开度，通过它控制加热用的天然气的流量，实现对温度的闭环控制。模拟量控制系统分为恒指控制系统和随动系统。恒值控制系统的给定值有操作人员提供，一般很小变化，例如温度控制系统、转速控制系统等。随动系统的输入量是不断变化的随机变量，例如电动调节阀的开度控制系统就是典型的随动系统。闭环负反馈控制可以使控制系统的反馈量ｐｖ（ｎ）等于或跟随给定值ｓｐ（ｎ）。以炉温控制系统为例，假设输出的温度值ｃ（ｔ）低于给定的温度值，反馈量ｐｖ（ｎ）小于给定值ｓｐ（ｎ），误差ｅ（ｎ）为正，控制器的输出量Ｍ（ｔ）将增大，使执行机构（电动调节阀）的开度增大，进入加热炉的天然气流量增加，加热炉的温度升高，最终使实际温度接近或等于温度给定值。
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过程控制系统第二版课后答案

过程控制系统第二版课后答案【篇一：过程控制系统与仪表课后习题答案完整版】>1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？解答：1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式 5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？解答：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。

组成：参照图1-1。

1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？解答：分类方法说明：按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（p）控制、比例积分（pi）控制，比例、积分、微分（pid）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。

通常分类：1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）程序控制系统2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈—反馈复合控制系统1-5 什么是定值控制系统?解答：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。

1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？解答：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。

被控对象的动态特性：。

系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。

单闭环温度恒值控制系统的问题及解决

单闭环温度恒值控制系统的问题及解决单闭环温度恒值控制系统是一种常见的控制系统，用于实现对温度的精确控制。

然而，这种系统在实际应用中可能会遇到一些问题，需要采取相应的解决方案。

问题1：系统稳定性在单闭环温度恒值控制系统中，稳定性是一个重要的问题。

如果系统不稳定，温度将无法保持在设定值附近。

解决方案：1. 使用合适的控制算法：选择合适的控制算法可以提高系统的稳定性。

常见的控制算法包括比例-积分-微分（PID）控制器和模糊逻辑控制器（FLC）等。

根据具体情况选择最适合的算法。

2. 调整参数：对于PID控制器来说，合理调整比例、积分和微分参数可以改善系统稳定性。

通过试错方法或者自动调参算法进行参数调整。

3. 优化传感器位置：传感器位置对于温度测量精度和系统稳定性有重要影响。

将传感器放置在最能代表整个系统温度变化的位置上。

问题2：扰动抑制在实际应用中，单闭环温度恒值控制系统可能会受到外部扰动的影响，导致温度偏离设定值。

解决方案：1. 反馈控制：使用反馈控制可以实时感知温度变化，并对控制器输出进行调整。

通过反馈控制可以抑制扰动对系统的影响。

2. 前馈控制：在系统中引入前馈控制可以预测扰动并提前进行补偿。

通过测量和预测扰动信号，提前调整控制器输出来抵消扰动的影响。

问题3：非线性特性单闭环温度恒值控制系统中，被控对象（如加热器）的非线性特性可能会导致系统输出与输入之间的关系不是简单的比例关系。

解决方案：1. 线性化模型：将非线性被控对象建模为线性模型，然后设计相应的线性控制器。

这种方法适用于非线性特性变化较小或者在某个工作点附近。

2. 非线性控制：使用专门设计的非线性控制算法来处理被控对象的非线性特性。

常见的方法有模糊逻辑控制和神经网络等。

问题4：延迟问题在单闭环温度恒值控制系统中，由于传感器、执行器和控制器的响应时间，可能会产生延迟现象。

解决方案：1. 预测补偿：通过建立模型预测系统响应延迟，并提前调整控制器输出来补偿延迟。

单闭环控制系统设计及仿真

单闭环控制系统设计及仿真班级电信2014姓名张庆迎学号142081100079摘要直流调速系统具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动中获得了广泛应用。

本文从直流电动机的工作原理入手，建立了双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。

然后按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，利用Simulink对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。

在理论分析和仿真研究的基础上，本文设计了一套实验用双闭环直流调速系统，详细介绍了系统主电路、反馈电路、触发电路及控制电路的具体实现。

对系统的性能指标进行了实验测试，表明所设计的双闭环调速系统运行稳定可靠，具有较好的静态和动态性能，达到了设计要求。

采用MATLAB软件中的控制工具箱对直流电动机双闭环调速系统进行计算机辅助设计，并用SIMULINK进行动态数字仿真,同时查看仿真波形,以此验证设计的调速系统是否可行。

关键词直流电机直流调速系统速度调节器电流调节器双闭环系统一、单闭环直流调速系统的工作原理1、单闭环直流调速系统的介绍单闭环调速系统的工作过程和原理：电动机在启动阶段，电动机的实际转速(电压)低于给定值,速度调节器的输入端存在一个偏差信号，经放大后输出的电压保持为限幅值,速度调节器工作在开环状态,速度调节器的输出电压作为电流给定值送入电流调节器, 此时则以最大电流给定值使电流调节器输出移相信号,直流电压迅速上升,电流也随即增大直到等于最大给定值, 电动机以最大电流恒流加速启动。

电动机的最大电流(堵转电流)可以通过整定速度调节器的输出限幅值来改变。

在电动机转速上升到给定转速后, 速度调节器输入端的偏差信号减小到近于零,速度调节器和电流调节器退出饱和状态,闭环调节开始起作用。

2、双闭环直流调速系统的介绍为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。

单闭环温度恒值控制系统出现问题及解决方案

单闭环温度恒值控制系统出现问题及解决方案
如果单闭环温度恒值控制系统出现问题，解决方案可以有以下几个：
1. 检查传感器是否损坏或失灵，需要更换或调整传感器。

传感器是感应温度变化，将这种变化转化为电信号输出的装置。

如果传感器损坏或失灵，将不能反映温度变化，导致系统不能正常控制温度。

2. 检查控制器是否正常工作，需要检查控制器的各个部件是否正常，例如查看继电器是否正常吸合，是否需要更换电容或电阻等元件。

3. 检查执行器是否损坏或失灵，需要更换或调整执行器。

执行器是负责控制加热器或制冷器的设备，如果执行器损坏或失灵，将不能正常控制加热器或制冷器的运转。

4. 检查供电电源问题，需要检查供电线路是否正常连接，线路是否老化，插头是否损坏等问题。

如果电源输入不稳定，也会影响到单闭环温度恒值控制系统正常工作。

5. 如果以上都正常，可以考虑更换控制系统中的程序或算法，或对现有控制系统进行升级更新，以提高系统的精度和稳定性。

总之，出现问题时，需要根据具体情况逐一排查，找出问题所在，才能有效解决并恢复系统的正常工作。

DCS控制系统基础知识

前馈选择控制控制系统系统
三冲量控制系
统
第二节串级控制系统
串级控制系统-----两只调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。
串级控制系统的结构和方框图
第四节串级控制系统
例：联合尾气焚烧炉炉温控制
第二节串级控制系统
串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。一次扰动：作用在主被控过程上的，而不包括在副回路范围内的扰动。二次扰动：作用在副被控过程上的，即包括在副回路范围内的扰动。
DCS组成结构
一台用于组态过程控制软件，诊断、监视过程控制站运行情况，供DCS工程师开发、测试、维护DCS系统使用的计算机。
第三节 CENTUM-CS控制系统的构成字母代号
集散型控制系统的体系结构
操作站、工程师站和上位计算机构成集中管理部分；现场监测站、现场控制站构成分散控制部分；通信网络是连接集散系统各部分的纽带，是实现集中管理、分散控制的关键。
比例积分控制器
积分作用使控制器输出与偏差的积分调节通道滞后较小、负
成比例, 过渡过程结束时无余差。但使荷变化不大、工艺参数
稳定性降低。
不允许有余差的系统。

炉温的单闭环控制系统的设计

过程控制系统课程设计设计题目：炉温的单闭环控制系统的设计摘要温度是工业对象中一种重要的参数，特别在冶金、化工、机械各类工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉和反应炉等。

由于炉子的种类不同，因此所采用的加热方法及燃料也不同，如煤气、天然气、油和电等。

但是就其控制系统本身的动态特性来说，基本上属于一阶纯滞后环节，因而在控制算法上亦基本相同。

随着社会的发展，在生活和工业中已经广泛的使用温度控制，而现代化炉温控制已经开始自动化PID控制时代了。

控制炉温恒定是满足生产、提高效率和节能减耗的关键技术，其具有很多优势，能够进一步提高控制精度，同时使得加热时间大大降低，不短提高能源的利用，因此也是越来越受到重视。

为了更好的确保加热炉的安全运行，因此加强炉温控制系统的设计与实现的研究非常有必要。

基于此本文分析了基于PID算法的炉温控制系统的设计与实现。

关键词：比例；积分；微分；炉温控制目录摘要 (I)一、概述 (1)二、课程设计任务及要求 (2)2.1 设计任务 (2)2.2 设计要求 (2)三、理论设计 (3)3.1方案论证 (3)3.2 系统设计 (3)3.3炉温控制系统硬件工作原理 (6)3.3.1前向通道工作过程 (6)3.3.2 反馈通道工作过程 (6)四、系统设计 (7)4.1 PID算法设计 (7)4.2软件设计 (9)4.2.1 画面的制作 (9)4.2.2 建立数据词典 (10)4.2.3 建立动画连接 (11)五、调试过程与结果 (12)5.1 调解P参数 (12)5.2 调节I参数 (13)5.3 调节D参数 (14)5.4 综合调试P、I、D三个参数 (15)六、实验中所用仪器设备清单 (16)七、收获与体会 (20)一、概述近年来随着热处理工艺广泛应用于加工过程,热处理中温度的控制精度和控制规律的优劣直接影响到热处理工艺的好坏。

电阻炉是热处理工艺中应用最多的加热设备,研究电阻炉温度控制方法具有重要意义。

5转速单闭环直流调速系统解读

Uin Uex
Uexm Uex Uin
a) P调节器
t
O τ
工程系 13
1.6.3 比例积分控制规律
1. PI调节器的传递函数
R1 1 1 U ex U in U indt K piU in U indt R0 R0 C1 τ
PI调节器的输出电压由比例和积分两部分相加而成
了输入偏差量的全部历史
2019/2/23
自动化与电气工程系 12
1.6.3 比例积分控制规律
从无静差的角度积分控制优于比例控制,但在快速
性上,积分控制却又不如比例控制。
如下图,在同样的阶跃输入下,比例调节器的输出可
以立即响应,而积分调节器的输出却只能逐渐改变.
Uin Uex
Uex Uin O
2019/2/23
2.1.2 稳态结构图和静特性 C A n0
分析结果：
采用积分调节器，转速在稳态时达到与给定转
速一致，系统仍有控制信号，保持系统稳定运行 ,
实现无静差调速。若初值不是零，应加上初始电压Uc0，则积分式
变成：
1 t U c ΔU n dt U c0 τ 0
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自动化与电气工程系 10
1.6.2 积分调节器和积分控制规律
统稳定性，使系统动态不稳定。进一步分析静差产生的原因，由于采用比例调节器，转速调节器的输出为 Uc = Kp Un Uc 0，电动机运行，即Un 0 Uc = 0，电动机停止
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自动化与电气工程系
2
1.6.1 问题的提出
因此,在采用比例调节器控制的自动系统中,
输入偏差是维系系统运行的基础，必然要产生静差，因此是有静差系统。如果要消除系统误差,必须寻找其他控制方

第一章单闭环直流调速系统

第1章单闭环直流调速系统
本章着重讨论基本的闭环控制系统及其分析与设计方法。
本章提要
1.1 直流调速系统的构成 1.2 单闭环调速系统的稳态分析与设计 1.3 单闭环调速系统的动态分析与设计 1.4 无静差调速系统 1.5 电压反馈电流补偿控制的调速系统

1.1 直流调速系统的构成根据前面分析，调压调速是直流调速系统的主要方法，而调节电枢电压需要有专门向电动机供电的可控直流电源。本节介绍几种主要的可控直流电源。
TL
T
斜率小，特性硬
直流调速系统主要内容
直流调速方法直流调速电源直流调速控制
直流调速方法
根据直流电机转速方程
Ud Id R n Ke
式中 n — 转速（r/min）； U d — 电枢供电电压（V）； I d — 电枢电流（A），由负载决定； R — 回路总电阻（）； — 励磁磁通（Wb）； Ke — 由电机结构决定的电动势常数。• Leabharlann -M系统的特点与G-M系统相比较：
晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性。晶闸管可控整流器的功率放大倍数在 10 4 以上，其门极电流可以直接用晶体管来控制，不再像直流发电机那样需要较大功率的放大器。在控制作用的快速性上，变流机组是秒级，而晶闸管整流器是毫秒级，这将大大提高系统的动态性能。
式中 E — 电动机反电动势； id — 整流电流瞬时值； L — 主电路总电感； R — 主电路等效电阻；且有 R = Rrec + Ra + RL；
Rrec是整流装置内阻， Ra是电枢电阻， RL是电抗器内阻。
对ud进行积分，即得理想空载整流电压平均值Ud 。用触发脉冲的相位角控制整流电压的平均值Ud是晶闸管整流器的特点。 Ud与触发脉冲相位角的关系因整流电路的形式而异，对于一般的全控整流电路，当电流波形连续时，Ud = f () 可用下式表示

自控原理实验指导书

《自动控制原理》实验指导书《自动控制原理》课程组2006年5月目录实验一典型线性环节的暂态特性 (1)实验二二阶系统的阶跃响应 (3)实验三线性系统稳定性研究 (5)实验四线性系统稳态误差的研究 (7)实验五控制系统的校正（设计性实验） (9)实验六典型非线性环节的静态特性 (10)实验七非线性系统的描述函数法 (14)实验八采样控制系统的分析 (17)实验九单闭环温度恒值控制系统（选作实验） (20)实验十单容水箱液位定值控制系统（选作实验） (24)实验一典型线性环节的暂态特性一、实验目的1. 熟悉THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台及上位机软件的使用。

2. 熟悉各典型环节的传递函数及其特性，掌握典型环节的电路模拟。

3. 测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。

二、实验设备1. THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台；2. PC机一台(含上位机软件)、USB数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB接口线；三、实验内容1. 设计并组建各典型环节的模拟电路；2. 测量各典型环节的阶跃响应，并研究参数变化对其输出响应的影响；四、实验步骤1. 比例（P）环节根据比例环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建模拟电路，如下图所示。

图中后一个单元为反相器，其中R0=200K。

若比例系数K=1时，电路中的参数取：R1=100K，R2=100K。

若比例系数K=2时，电路中的参数取：R1=100K，R2=200K。

当u i 为2V阶跃信号时，用上位软件观测并记录相应K值时的实验曲线，并与理论值进行比较。

另外R2还可使用可变电位器，以实现比例系数为任意值。

注：实验操作前必须先熟悉“THBDC-1 使用说明书”部分。

2. 积分（I）环节根据积分环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建模拟电路，如下图所示。