实验十二 智能调节仪温度控制实验

实验十二智能调节仪温度控制实验

一、实验目的：

了解PID智能模糊加位式调节温度控制原理。

二、实验仪器：

智能调节仪、PT100、温度源

三、实验原理：

1.位式调节

位式调节（ON/OFF）是一种简单的调节方式，常用于一些对控制精度不高的场合作温度控制，或用于报警。位式调节仪表用于温度控制时，通常利用仪表内部的继电器控制外部的中间继电器再控制一个交流接触器来控制电热丝的通断达到控制温度的目的。

2.PID智能模糊调节

PID智能温度调节器采用人工智能调节方式，是采用模糊规则进行PID调节的一种先进的新型人工智能算法，能实现高精度控制，先进的自整定（AT）功能使得无需设置控制参数。在误差大时，运用模糊算法进行调节，以消除PID饱和积分现象，当误差趋小时，采用PID算法进行调节，并能在调节中自动学习和记忆被控对象的部分特征以使效果最优化，具有无超调、高精度、参数确定简单等特点。

3.温度控制基本原理

由于温度具有滞后性，加热源为一滞后时间较长的系统。本实验仪采用PID智能模糊+位式双重调节控制温度。用报警方式控制风扇开启与关闭，使加热源在尽可能短的时间内控制在某一温度值上，并能在实验结束后通过参数设置将加热源温度快速冷却下来，可节约实验时间。

当温度源的温度发生变化时，温度源中的热电阻Pt100的阻值发生变化，将电阻变化量作为温度的反馈信号输给PID智能温度调节器，经调节器的电阻-电压转换后与温度设定值比较再进行数字PID运算输出可控硅触发信号（加热）和继电器触发信号（冷却），使温度源的温度趋近温度设定值。PID智能温度控制原理如图12-1所示。

图12-1 PID智能温度控制原理框图

四、实验内容与步骤：

1．在控制台上的“智能调节仪”单元中“输入”选择“Pt100”，并按图12-2接线（注意:PT100的两根同色线接在试验台上的同色接口中）。

2．将“+24V输出”经智能调节仪“继电器输出”，接加热器风扇电源，打开调节仪电源。

3．按住键3秒以下，进入智能调节仪A菜单，仪表靠上的窗口显示温度设定“”，靠下窗口显示待设置的设定值。当LOCK等于0或1时使能，设置温度的设定值，按“”可改变小数点位置，按或键可修改靠下窗口的设定值。否则提示“”表示已加锁。再按3秒以下，回到初始状态。

4．按住键3秒以上，进入智能调节仪B菜单，靠上窗口显示“”，靠下窗口显示待设置的上限偏差报警值。按“”可改变小数点位置，按或键可修改靠下窗口的上限报警值。温度达到设定温度值+上限偏差报警值时仪表右上“AL1”指示灯亮。（参考值0.5）

5．继续按键3秒以下，靠上窗口显示“”，靠下窗口显示待设置的自整定开关，按、设置，“0”自整定关，“1”自整定开，开时仪表右上“AT”指示灯亮。

6．继续按键3秒以下，靠上窗口显示“dP”，靠下窗口显示待设置的仪表小数点位数，按“”可改变小数点位置，按或键可修改靠下窗口的比例参数值。（参考值1）7．继续按键3秒以下，靠上窗口显示“P”，靠下窗口显示待设置的比例参数值，按“”可改变小数点位置，按或键可修改靠下窗口的比例参数值。

8．继续按键3秒以下，靠上窗口显示“I”，靠下窗口显示待设置的积分参数值，按“”可改变小数点位置，按或键可修改靠下窗口的积分参数值。

9．继续按键3秒以下，靠上窗口显示“d”，靠下窗口显示待设置的微分参数值，按“”可改变小数点位置，按或键可修改靠下窗口的微分参数值。

10、继续按键3秒以下，靠上窗口显示“T”，靠下窗口显示待设置的输出周期参数值，按“”可改变小数点位置，按或键可修改靠下窗口的输出周期参数值。

11、继续按键3秒以下，靠上窗口显示“SC”，靠下窗口显示待设置的测量显示误差修正参数值，按“”可改变小数点位置，按或键可修改靠下窗口的测量显示误差修正参数值。（参考值0）

12、继续按键3秒以下，靠上窗口显示“UP”，靠下窗口显示待设置的功率限制参数值，按“”可改变小数点位置，按或键可修改靠下窗口的功率限制参数值。（参考值100%）

13、按照上述步骤将温度控制在50度。

图12-2 实验接线

五、实验报告：

PID调节中各参数（比例、积分、微分系数）对控制效果的影响

1.积分速度（积分常数）的大小对调节过程影响

增大积分速度

调节阀的速度加快，但系统的稳定性降低

当积分速度大到超过某一临界值时，整个系统变为不稳定，出现发散的振荡过程。

S0愈大，则调节阀的动作愈快，就愈容易引起和加剧振荡，而最大动态偏差则愈来愈小。减小积分速度

调节阀的速度减慢，结果是系统的稳定性增加了，但调节速度变慢

当积分常数小到某一临界值时，调节过程变为非振荡过程。

无论增大还是减小积分速度，被调量最后都没有残差

2.余差（或静差）是指：

被调参数的新的稳定值与给定值不相等而形成的差值。

余差的大小与调节器的放大系数K或比例带δ有关

放大系数越小，即比例带越大，余差就越大；

放大系数越大，即比例带越小，比例调节作用越强，余差就越小。

比例带对于调节过程的影响

3.比例调节的特点：

（1）比例调节的输出增量与输入增量呈一一对应的比例关系，即：u = K e

（2）比例调节反应速度快，输出与输入同步，没有时间滞后，其动态特性好。

（3）比例调节的结果不能使被调参数完全回到给定值，而产生余差。

4.微分调节的思想：

微分调节只与偏差的变化成比例，偏差变化越剧烈，由微分调节器给出的控制作用越大，从而及时地抑制偏差的增长，提高系统的稳定性。

微分调节的特点

微分调节只对偏差的变化做出反应，而与偏差的大小无关。