实验六、锅炉内胆水温PID整定实验(动态)

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监控软件，DCS控制系统。

三、实验原理

图6-1、温度控制系统原理图

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。根据控制框图，采用DCS控制系统。

一、实验内容与步骤

1）、开通以水泵、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，关闭通往其他对象的切换阀。

2）、将锅炉内胆的出水阀关闭。

3）、检查电源开关是否关闭。

4）、开启相关仪器和计算机软件，进入相应的实验六。

5)、点击上位机界面上的“点击以下框体调出PID参数”按钮，设定好给定值，并根据实验情况反复调整Ｐ、Ｉ、Ｄ三个参数，直到获得满意的测量值。

6）、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时的余差和超调量。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ess和σp，并把数据填入表一中。

表一、不同比例P时的余差和超调量

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）

7）比例积分调节（PI）控制

（1）、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。

（2）、固定比例P值，然后改变积分时间常数I值，观察加入扰动后被调量的动态曲线，并记录不同I值时的超调量σp。

表二、不同Ti值时的超调量σp

（3）、固定I于某一中间值，然后改变比例P的大小，观察加扰动后被调量的动态曲线，并记下相应的超调量σp。

表三、不同δ值时的超调量σp

（4）、选择合适的P和I值，使系统瞬态响应曲线为一条令人满意的曲线。此曲线可通过改变设定值(如把设定值由50%增加到60%)来实现。

8）比例微分调节器（PD）控制

在比例调节器控制实验的基础上，待被调量平稳后，引入微分作用（D）。固定比例P 值，改变微分时间常数D的大小，观察系统在阶跃输入作用下相应的动态响应曲线。

表四、不同D时的超调量和余差

9）比例积分微分（PID）调节器控制

（1）、在比例调节器控制实验的基础上，待被调量平稳后，引入积分（I）作用，使被调量回复到原设定值。减小P，并同时增大I，观察加扰动信号后的被调量的动态曲线，验证

在PI 调节器作用下，系统的余差为零。

（2）、在PI 控制的基础上加上适量的微分作用“D ”，然后再对系统加扰动（扰动幅值与前面的实验相同），比较所得的动态曲线与用PI 控制时的不同处。 （3）、选择合适的P 、I 和D ，以获得一条较满意的动态曲线。 10）用临界比例度法整定PID 调节器的参数

在实际应用中，PID 调节器的参数常用下述实验的方法来确定，这种方法既简单又较实用，它的具体做法是：

图6-4、具有比例调节器的闭环系统

（1)、按图6-4所示接好实验系统，逐渐减小调节器的比例度（1/P ），直到系统的被调

量出现等幅振荡为止。如果响应曲线发散，则表示比例度（1/P ）调得过小，应适当增大之，使曲线出现等幅振荡为止。

（2）、图6-5为被调量作 等幅振荡时的曲线。此时对 应的比例度（1/P ）就是临界比例 ，

用δK 表示；相应的振荡 图6-5、具有周期TK 等幅振荡 周期就是临界振荡周期T K 。 据此按下表确定PID 调节器的参数。 表五、用临界比例度法整定调节器的参数

（3）、必须指出，表格中给出的参数仅是对调节器参数的一个初步整定。使用上述参数的调节器很可能使系统在阶跃信号作用下，达不到4：1的衰减振荡。因此若获得理想的动

态过程，应在此基础上，对表中给出的参数稍作调整，并记下此时的δ、Ti和Td。

五、实验报告要求。

1）、用临界比例度法整定三种调节器的参数，并分别作出系统在这三种调节器控制下的阶跃响应曲线。

2）、作出比例调节器控制时，不同P值时的阶跃响应曲线，得到的结论是什么？

3）、分析PI调节器控制时，不同P和I值对系统性能的影响？

4）、绘制用PD调节器控制时系统的动态波形。

5）、绘制用PID调节器控制时系统的动态波形。

六、思考题

1）、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？

2）、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？

3）、连续温控与断续温控有何区别？为什么？