温度PID控制实验

温度PID 控制实验

一、实验目的

1．加深对PID 控制理论的理解；

2．认识Labview 虚拟仪器在测控电路的应用；

3．掌握时间比例P、积分I、微分D 对测控过程连续测控的影响以及提高测控系统的精度；

4．通过实验，改变P、I、D 参数，观察对整个温度测控系统的影响；

5．认识固态继电器和温度变送器，了解其工作原理。

二、预习要点

1．PID 控制理论与传递函数。请学生在0-100 的范围里，自己选择较好的KP，KI，KD 值，用该控制参数进行后续实验；

2．了解A/D、D/A 转换原理；

3．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

温度是通过固态继电器的导通关断来实现加热的，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）。如图1 所示：

图1 加热周期控制示意图

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四、实验项目

1．用PID 控制水箱温度；

2．用控制效果对比完成数据对比操作，选出最佳值。

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 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；

图2 水箱及管道系统图

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；

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。

请在该选项中确定选择设备号为端口1，因为我们接入数据采集卡的端口是1 号

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端口，其他数据端口留做其他方面使用的，所以切记不能选错，否则程序会报

错

并强制关闭。选择采集通道时请选择0 号通道即温度传感器占用的通道。控制上、

下限选项是为设置报警电路所预设的，在本实验中暂未起用该功能，感兴趣的

同

学可以试着完善它，本实验报警数值是+1V 以下和+5V 以上，这里只做了解即可。

采样点数（单位：个）、采样速率（单位：个/秒）和控制周期（单位：毫秒）

请

参照帮助显示区进行操作，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

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。建议不要使用开

关

按钮进入加热程序，影响标定精确度，确认标定完成后点击程序结束，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；

12．在温度系统控制主界面中，单击简单PID 系统图标，进入简单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1 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1 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

意或者超过实验10 分钟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2 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1

温度设定值℃控制周期ms Kp Ki Kd 采样点数采样速率

小组1 30 3000 10 0 6 1000 1000

小组2 35 3000 10 8 0 1000 1000

小组3 40 3000 10 8 6 1000 1000

13．点击重置程序图标，重复步骤12 的操作按表1 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 和您预习时找出的理想KP、KI、KD 值进行比较，应该不难得出一个最佳的控制参数，那么还等什么，再次点击进入简单PID 温

度

控制系统，在控制参数里输入您理想的PID 参数吧，如实验数据另自己满意请