第8章 温度控制系统
(完整版)温度控制系统设计
温度控制系统设计目录第一章系统方案论证 (3)1.1总体方案设计 (3)1.2温度传感系统 (3)1.3温度控制系统及系统电源 (4)1.4单片机处理系统（包括数字部分）及温控箱设计 (4)1.5PID 算法原理 (5)第二章重要电路设计 (7)2.1温度采集 (7)2.2温度控制 (7)第三章软件流程 (8)3.1基本控制 (8)3.2PID 控制 (9)3.3时间最优的 PID 控制流程图 (10)第四章系统功能及使用方法 (11)4.1温度控制系统的功能 (11)4.2温度控制系统的使用方法 (11)第五章系统测试及结果分析 (11)5.1 硬件测试 (11)5.2软件调试 (12)第六章进一步讨论 (12)参考文献 (13)致谢........................................... 错误 !未定义书签。
摘要：本文介绍了以单片机为核心的温度控制器的设计，文章结合课题《温度控制系统》，从硬件和软件设计两方面做了较为详尽的阐述。
关键词：温度控制系统PID 控制单片机Abstract: This paper introduces a temperature control system that is based on the single-chip microcomputer.The hard ware compositionand software design are descried indetail combined with the projectComtrol System of Temperature.PID control Keywords: Control system of temperatureSingle-chip Microcomputer引言：温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。
温度控制工作原理
温度控制工作原理
温度控制是一种常见的自动控制系统，其工作原理主要包括传感器测量、信号处理和执行器控制三个步骤。
在温度控制系统中，首先需要使用温度传感器来测量环境的温度。
这些传感器可以是热敏电阻、热电偶、热电阻等。
传感器将温度转化为电信号，并将其发送给信号处理部分。
接下来，信号处理部分将接收到的电信号进行处理和转换，以便后续的控制和操作。
这个过程通常包括放大、滤波、线性化和数字化等步骤。
信号处理的目的是将传感器测得的温度信号转换为适合后续控制器处理的信号。
最后，控制器接收到经过信号处理的温度信号，并根据预设的温度设定值和算法进行计算和决策，以确定是否需要采取控制措施。
控制器可以是PID控制器、模糊控制器或者其他类型的控制器。
根据计算结果，控制器将信号发送给执行器。
执行器负责根据控制器的指令来控制环境条件，以实现温度的调节。
执行器可以是加热器、冷却器、风扇等。
通过控制执行器的工作状态和功率，温度可以被保持在预设的设定值附近。
整个温度控制的过程是一个反馈循环，温度测量值不断地被传感器测量、信号处理和控制器计算，然后再通过执行器进行调节，以实现温度控制的精确度和稳定性。
过程控制仪表及控制系统课后习题答案
过程控制仪表及控制系统课后习题答案(林德杰)2(总18页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--lxc第一章思考题与习题1－2 图为温度控制系统，试画出系统的框图，简述其工作原理；指出被控过程、被控参数和控制参数。
解：乙炔发生器中电石与冷水相遇产生乙炔气体并释放出热量。
当电石加入时，内部温度上升，温度检测器检测温度变化与给定值比较，偏差信号送到控制器对偏差信号进行运算，将控制作用于调节阀，调节冷水的流量，使乙炔发生器中的温度到达给定值。
系统框图如下：被控过程：乙炔发生器被控参数：乙炔发生器内温度控制参数：冷水流量1－3 常用过程控制系统可分为哪几类答：过程控制系统主要分为三类：1. 反馈控制系统：反馈控制系统是根据被控参数与给定值的偏差进行控制的，最终达到或消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据。
它是最常用、最基本的过程控制系统。
2．前馈控制系统：前馈控制系统是根据扰动量的大小进行控制的，扰动是控制的依据。
由于没有被控量的反馈，所以是一种开环控制系统。
由于是开环系统，无法检查控制效果，故不能单独应用。
3. 前馈－反馈控制系统：前馈控制的主要优点是能够迅速及时的克服主要扰动对被控量的影响，而前馈—反馈控制利用反馈控制克服其他扰动，能够是被控量迅速而准确地稳定在给定值上，提高控制系统的控制质量。
3－4 过程控制系统过渡过程的质量指标包括哪些内容它们的定义是什么哪些是静态指标哪些是动态质量指标答：1. 余差(静态偏差）e ：余差是指系统过渡过程结束以后，被控参数新的稳定值y(∞)与给定值c 之差。
它是一个静态指标，对定值控制系统。
希望余差越小越好。
2. 衰减比n:衰减比是衡量过渡过程稳定性的一个动态质量指标，它等于振荡过程的第一个波的振幅与第二个波的振幅之比，即：n ＜1系统是不稳定的，是发散振荡；n=1,系统也是不稳定的，是等幅振荡；n ＞1,系统是稳定的，若n=4,系统为4：1的衰减振荡，是比较理想的。
温度控制系统设计毕业设计论文
目录第一章设计背景及设计意义 (2)第二章系统方案设计 (3)第三章硬件 (5)3.1 温度检测和变送器 (5)3.2 温度控制电路 (6)3.3 A/D转换电路 (7)3.4 报警电路 (8)3.5 看门狗电路 (8)3.6 显示电路 (10)3.7 电源电路 (12)第四章软件设计 (14)4.1软件实现方法 (14)4.2总体程序流程图 (15)4.3程序清单 (19)第五章设计感想 (29)第六章参考文献 (30)第七章附录 (31)7.1硬件清单 (31)7.2硬件布线图 (31)第一章设计背景及研究意义机械制造行业中，用于金属热处理的加热炉，需要消耗大量的电能，而且温度控制是纯滞后的一阶惯性环节。
现有企业多采用常规仪表加接触器的断续控制，随着科技进步和生产的发展，这类设备对温度的控制要求越来越高，除控温精度外，对温度上升速度及下降速度也提出了可控要求，显而易见常规控制难于满足这些工艺要求。
随着微电子技术及电力电子技术的发展，采用功能强、体积小、价格低的智能化温度控制装置控制加热炉已成为现实。
自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。
随着单片机技术的飞速发展，通过单片机对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。
在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。
例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。
对工件的处理温度要求严格控制，计算机温度控制系统使温度控制指标得到了大幅度提高。
采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。
因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。
汽车电器设备与维修第8章 汽车空调系统
热力性质方面
首先，要求制冷剂的蒸发压力要稍 高于大气压力；其次，制冷剂的冷 凝压力也不应太高，以降低对制冷 系统强度的要求。
2）制冷剂的选择 R134a的基本性能如下：
饱和蒸气压大体上讲与R12相近。 以18 ℃为界，低于18 ℃时， R134a的饱和蒸气压略低于R12， 化学性质稳定，无色、无 高于18 ℃时相反。 刺激性气味、不燃烧、不 爆炸。
8.3.2 汽车空调通风系统
1）自然通风 自然通风是利用汽车行驶时产生的风压，将外部空气引入车内循环后 再排出，空气的入口设在正压区，出口设在负压区，形成空气的自然流动。 如图8-12所示为轿车外表面上的空气压力分布图。车头部位为正压区， 因此空气进口设在此处；车尾部位为负压区，空气排口一般设在后排座靠 背两侧。
图8-8水暖式取暖系统的结构 1—散热器； 2—散热器盖； 3—补偿水桶； 4—散热器出水软管； 5—风扇传 动带； 6—暖风机出水软管； 7—管箍； 8—暖风机芯； 9—暖风机进水软管； 10—节温器； 11—冷却风扇；12—护风圈； 13—散热器进水软管
目前，在有些车型上采 用了废气水暖式取暖系统，
2）热管换热器式 热管换热器式取暖系统 中的热管换热器垂直安装在 车厢底板上下，底板之上为 冷凝放热段，底板之下为废 气加热段，其安装原理如图 8-11所示。
图8-11热管换热器安装原理图 1—车头窗口； 2—新鲜空气进口； 3—汽车底板； 4—废 气进口； 5—空气出口； 6—热管换热器隔板； 7—废气出口
冷冻机油可润滑压缩机轴承、 活塞、活塞环、曲轴、连杆等 运动件表面，减少运动阻力和 磨损，降低功率消耗，延长压 缩机使用寿命。
密封
冷冻机油渗入油封密封处防止 漏油，同时在活塞环与缸壁间 形成油膜防止制冷剂泄漏。
第8章温度效应与反应性控制要点
第8章温度效应与反应性控制要点第8章主要介绍了温度效应与反应性控制在化学反应中的重要性和影响因素。
本章主要内容如下：1.温度对反应速率的影响：温度是化学反应速率的重要影响因素之一、随着温度的升高，分子的平均动能增加，碰撞的频率和能量也增加，从而加快了化学反应速率。
温度升高对不同反应的影响具有一定的选择性，不同反应的速率与温度的关系可以通过 Arrhenius 方程来描述。
2.温度对化学反应平衡的影响：根据 Le Chatelier 原理，温度的变化可以改变化学反应的平衡位置。
在可逆反应中，温度的升高会导致反应向右移动，使生成物浓度增加；而温度的降低会导致反应向左移动，使反应物浓度增加。
3.温度与反应速率方程：化学反应速率方程中的温度项反映了温度对反应速率的影响。
温度对反应速率的影响可以通过气体反应速率常数的 Arrhenius 方程来描述。
该方程将反应速率常数与温度之间的关系表达为一个指数函数，其中的指数项称为活化能。
4.温度与反应热力学：温度的变化可以改变反应的热力学性质，如反应焓变、反应熵变和反应自由能变化等。
根据 Gibbs-Helmholtz 方程，反应的自由能变化与温度的关系可以表示为一个线性函数，这对于预测和优化反应过程非常重要。
5.温度与反应选择性：温度的变化还可以改变反应的选择性，即不同产物的生成比例。
通过调节温度，可以控制反应路径和产物分布，从而实现对反应性质的调控和优化。
在实际化学反应中，温度的控制和优化对于反应过程的安全性、产率和产物品质具有重要影响。
通过合理选择和控制温度，可以实现以下效应和控制要点：1.合理选择反应温度：根据反应的特点和要求，合理选择反应温度，以最大化产物的生成和提高反应速率。
对于可逆反应，根据 Le Chatelier 原理，选择适当的温度可以改变反应的平衡位置，从而有利于产物的生成。
2.温度控制与安全性：在化学工业生产中，温度的控制非常重要，特别是对于放热反应和高温反应。
第8-6章前馈控制系统
+ Y=T2
例：加热炉出口温度前馈－串级控制系统
原油
燃料
8.6.3 前馈控制系统的应用场合
1）干扰幅值大而频繁、对被控变量影响剧烈，仅采用反馈 控制达不到要求的对象。 2）主要干扰是可测而不可控的变量。 3）当对象的控制通道的惯性和滞后大，反馈控制不及时， 控制质量差时，可引入前馈控制。
4）当工艺上要求实现变量间的某种特殊的关系，而需要通 过建立数学模型来实现控制时，可以引入前馈控制。
过程控制
8. 6 前馈控制系统
6.2前馈控制
8.6.1 概述 8.6.2 前馈控制系统的结构 8.6.3 前馈控制系统的应用场合
8.6.1 概述
反馈控制特点（例：换热器温度控制系统）
蒸汽
Q1：冷物料流量 pD ：蒸汽压力
TC
pD , Q2 Q1，T1 T2 给定值 偏差
T1：冷物料温度 T2：热物料温度
换热器温度前馈-反馈控制系统
前馈控制器的传递函数：
W
ff
(S )
W PD ( S ) W PC ( S )
前馈反馈控制系统实现完 全补偿与开环前馈比较前 馈控制器传函相同。
Q1 前馈-反馈控制原理方块图
Wff(S)
+
WPD(S) WPC(S)
+ T 2
T1i
-
WC(S)
前馈-反馈控制方框图
前馈-反馈控制系统优点： 1、只需对主要的干扰进行前馈补偿，其它 干扰可由反馈控制予以校正； 2、反馈回路的存在，降低了前馈控制模型 的精度要求，为工程上实现比较简单的通用 模型创造了条件； 3、负荷变化时，模型特性也要变化，可由 反馈控制加以补偿，因此具有一定自适应能 力。
S7-1200 PLC编程及应用第三版课件_第7、8章
选中“Transfer channel”列表中的PN/IE。单击“Properties”按钮， 打开网络连接对话框。
双 击 网 络 连 接 对 话 框 中 的 PN_X1 （ 以 太 网 接 口 ） 图 标 ， 打 开 “ ‘ PN_X1’ Settings” 对 话 框 。 用 单 选 框 选 中 “ Specify an IP address”，由用户设置PN_X1的IP地址。用屏幕键盘输入IP地址和子网 掩码，“Default Gateway”是默认的网关。设置好后按“OK”按钮退 出。
7.2.3 组态文本域与I/O域 1．生成与组态文本域 将工具箱中的文本域图标拖放到画面上，单击选中它，选中巡视窗口的“
常规”，键入文本“当前值”。可以在“常规”属性中设置字体大小和“适 合大小”。
在“外观”对话框设置其背景色为浅蓝色，填充图案为实心，文本颜色为 黑色。边框的宽度为0（没有边框）。在“布局”对话框设置四周的边距均 为3，选中复选框“使对象适合内容”。
3．设置按钮的事件功能 选中巡视窗口的“属性 > 事件 > 释放”，单击视图右边窗口的表格最上 面一行，选择“系统函数”列表中 的函数“复位位”。 单击表中第2行，选中PLC的默认变量表中的变量“起动按钮”。在HMI 运行时按下该按钮，将变量“起动按钮”复位为0状态。 选中巡视窗口的“属性 > 事件 > 按下”，用同样的方法设置在HMI运行 时按下该按钮，执行系统函数“置位位” 。该按钮为点动按钮。 选中组态好的按钮，执行复制和粘贴操作。放置好新生成的按钮后选中它， 设置其文本为“停止”， 按下该按钮时将变量“停止按钮”置位，放开该按 钮时将它复位。
蒸汽和冷凝水系统手册-第8章控制应用
蒸汽和冷凝水系统手册
8.1.5
第8章 控制应用
压力控制应用
章节8.1
气动减压阀
汽水分离器 高压蒸 汽进口 安全阀 低压蒸 汽出口
冷凝水 气动控制器
图8.1.4 气动减压站的布置总图
减压 — 电气
简介： 这些控制系统包括： P+I+D功能来提高变负载工况下的控制的精确性。 可以远程改变设定点，以及实现设定点之间的斜坡变化。 优点: 1. 精确、灵活。 2. 远程设定和显示。 3. 在阀门范围内口径不受限制。 4. 允许50:1的流量调节比 (如球形控制阀)。 5. 动作迅速，对系统的快速改变反应快。 6. 执行器动作有力，满足高压差应用。 缺点: 1. 费用比自作用或气动控制高。 2. 比自作用或气动控制复杂。 3. 需要电信号控制，用于危险区域时费用高。 应用: 要求精确稳定的压力控制的系统，变化的大流量系统或上游变化的高压系统，如灭菌器、高热量输出 的大型换热器设备、主设备减压站。 注意点: 1. 需要提供干净、干燥的压缩空气。 2. 需要熟练工安装设备，并需要仪表类工作人员进行设定和调试。 3. 可以作为复杂控制系统的一部分，如PLC、图表记录仪和SCADA系统。 4. 通常需要考虑故障模式。如在蒸汽系统通常需要在压缩空气失效时弹簧关闭阀门。
冷凝水
图8.1.1 直接作用式自作用减压站布置图
直接作用式自作用减压阀 - 膜片式
简介: 是一种自作用式压力控制器，下游（控制）压力通过膜片同弹簧力相平衡。 优点: 1. 结实耐用。 2. 可承受湿蒸汽和脏蒸汽。 3. 可提供大口径，实现大流量应用。 4. 易于设定和调试。 5. 设计简单，便于维护。 6. 自作用，无需外部动力源。 7. 小口径可实现50:1的压降比，大口径可实现10:1的压降比。 缺点: 1. 大的比例带意味着在负荷改变较大时很难实现对下游压力的精确控制。 2. 采购成本相对较高，但是生命周期使用成本较低。 3. 体积大。 应用: 1. 输送主管。 2. 锅炉房。 注意点: 1. 因为膜片能承受的温度限制相对较低，在蒸汽应用中需要用水封。 2. 因为比例带较大，这种减压阀更适用于蒸汽主管减压，而不是为单个设备进行减压。 3. 波纹管密封阀杆保证零维护和零泄漏。 4. 尽管宽的比例带可以提供稳定的控制，但是在安全阀的设定压力接近设备工作压力时需要特别小心。 5. 可适用于液体应用。 6. 费用比导阀型阀门更高，但是比气动控制系统便宜。
《化工(测量)仪表与自动化》(复习题)
44. 一台测量液体用的转子流量计,测量范围为 0～25 m3／h,用来测量某介质的流量,已知被测介质的密度为0.8g／cm3,转子的密度为7.9g／cm3,试问:当流量计指示在 20 m3／h时,被测介质的实际流量应是多少?
28. 选择用压力法测量开口容器液位时，液位的高低取决于（ ）A 取压点位置和容器横截面 B 取压点位置和介质密度 C 介质密度和横截面
29. 浮球式液位计适合于如下哪一种情形的使用条件？（ ）A 介质粘度高、压力低、温度高 B 介质粘度高、压力低、温度低C 介质粘度低、压力高、温度低 D 介质粘度高、压力高、温度低
32. 利用差压法测液位，如图所示。差压变送器的正压室引压管线内通入与容器中相同的液体，液体密度为ρ；负压室引压管线通入气相，密度忽略。请列出差压与液位L间的关系，并指出应该实施的迁移量。
第四章 流量测量及变送
33. 简述电磁流量计工作原理及其特点。
34. 简述椭圆齿轮流量计工作原理及其特点。
39. 在管道上安装孔板时，如果将方向装反了会造成：( )a.差压计倒指示 b. 对差压计指示无影响 c.差压计指示变大 d. 差压计指示变小
40. 罗茨流量计，很适合对（ ）的测量。 A 低粘度流体 B 高雷诺数流体 C 含砂脏流体 D 高粘度流体
《自动控制仪表与装置》综合习题
说明：选择题除了正确选择答案外还应给出选该答案的理由
绪论、第一章 概述
1. 如何评价测量仪表性能，常用哪些指标来评价仪表性能？
第8章YANG复杂过程控制系统
为了方便研究将被 控制对象的特性分 为静态和动态两部 分，以下解耦方法 主要研究系统的静 态特性！
耦合程度的度量方法
1)第一放大系数——开环增益
u1
K11 g11
K 21 g 21 K12 g12
y1 k11 u1
u2 const
K 22 g 22
各个系统处于开环状态，此时给u1加入扰动则y1和y2都发生 变化，则相应的变化增益为 yi Kij |uk const ,k 1,2 n,k j u j
则 GD (s) G0 (s)diagg Pii (s)
1
即
GD (s) G0 (s)diagg Pii (s)
1
1 adjG0 ( s)diagg Pii ( s) G0 ( s)
0 g022 (s) g012 (s) g P11 (s) 0 g ( s) g ( s) g ( s ) 011 P 22 021 g011 (s) g022 (s) g012 (s) g021 (s)
T2C输出 T1C输出 T2
Qs
T1 T 进料F 精 馏 塔
T1 C
回流罐
回流QL
塔顶产品QD
T2 C
T2 T
回流量QL T1
蒸汽QS
u2
再沸器
塔底产品QW
精馏塔温度控制系统
实例3：流量与 压力耦合控制
干扰使压力升高→通过调 节→开大阀1的开度，增加 旁路回流量，减小排出量， 迫使压力回到给定值上； 同时，压力的升高→调节 阀2前后的压差增大，导致 流量增大。 此时，通过流量控制回 路，关小调节阀2的阀门开 度，迫使阀后流量回到给定 值上。由于阀后流量的减小 又将引起阀前压力的增加。 结果导致系统无法工作。
水温控制系统
水温控制系统摘要该设计要完成的是水温控制系统的设计，实现满足题目要求的水温实时控制系统的测量。
主要运用了模拟电子技术基础中的比例放大器、电压比较器、二极管等知识。
外界温度通过温度传感器LM35转换为模拟信号，经过放大器放大十倍后用比较器与基准电压比较，从而控制加热电路的通断，实现对水温的控制。
该设计实现了温度的测量和水温的控制，使得当水温高于设定的温度时停止加热，低于给定温度时开始加热，做到了实时控制，具有良好的应用性。
关键词：比例放大器；温度传感器；电压比较器；继电器目录1 前言.................................................................... １2 统设计原理............................................................... １2.1 水温控制的基本思路................................................. １2.2 水温控制原理....................................................... ２3 设计方案与认证.......................................................... ２3.1 总体设计方案....................................................... ２3.2各部分电路方案认证.................................................. ２3.2.1温度传感器..................................................... ２3.2.2 比例放大器................................................... ４3.2.3 电压比较器.................................................... ６3.2.4 继电器........................................................ ７3.2.5 加热部分...................................................... ９4 电路的仿真与调试....................................................... １０4.1 电路的仿真....................................................... １０4.2电路的调试........................................................ １０5 电路的特点及改进....................................................... １０6 课程设计总结及心得体会................................................. １１参考文献.................................................................. １2 附录Ⅰ元件清单.......................................................... １3 附录Ⅱ整体电路图......................................................... １4第一章前言在日常生活中通过水温控制来给人们带来舒适的，方便的生活同，例如刚在外工作回家的男人一定会很疲倦了，如果能够洗个热水澡，那真是非常好的事情了，这样能够让一天的疲惫随着温热的流水带走了，家庭言主妇为家人煮一个热喷喷的汤水，煮好以后就这样放着也会变凉的，如何保持温的恒定呢？这就需要水温控制系统了。
PLC的学习第七章,第八章
将增益由0.7增大到1.5，减少了上升时间，但是超调量增大到16%。将积分 时间增大到0.3min，超调量减小到13%。但是因为减弱了积分作用，在设定值 减小后，过程变量下降的速度太慢。 将TI减小到0.15min，反复调节微分时间，在0.01min时效果较好。
7.3 PID参数自整定 7.3.1 自整定的基本方法与自整定过程
系统进入并停留在稳态值 c(∞) 上 下±5%（或2％）的误差带内的时 间tS称为调节时间。
被控量c(t)从0上升，第一次到达 稳态值 c(∞) 的时间称为上升时间 tr 。
稳态误差是指响应进入稳态后， 输出量的期望值与实际值之差。
4．闭环控制带来的问题
由于闭环中的滞后因素，PID控制器的参数整定得不好时，阶跃响应曲线将 会产生很大的超调量，系统甚至会不稳定。
导数的近似表达式：
数字PID控制器输出值的计算公式：
必须保存本次的过程变量PVn，作为下一次的PVn -1。 3．反作用调节 在开环状态下，PID输出值控制的执行机构的输出增加使被控量增大的是 正作用（例如加热炉）；使被控量减小的是反作用（例如空调的压缩机）。 把PID回路的增益KC设为负数，就可以实现PID反作用调节。
5．闭环控制反馈极性的确定 闭环控制必须保证系统是负反馈，如果系统接成了正反馈，将会失控。
调试时断开AO模块与执行机构之间的连线，在开环状态下运行PID控制程序。 如果控制器有积分环节，因为反馈被断开了，AO模块的输出会向一个方向变化。 这时如果假设接上执行机构，能减小误差，则为负反馈，反之为正反馈。 6．变送器的选择 AI模块的电压输入端的输入阻抗很高，微小的干扰信号电流将在模块的输入 阻抗上产生很高的干扰电压。远程传送的模拟量电压信号的抗干扰能力很差。 电流输出型变送器具有恒流源的性质，恒流源的内阻很大。PLC的AI模块的 输入为电流时，输入阻抗较低，例如250。干扰信号在模块的输入阻抗上产生 的干扰电压很低，模拟量电流信号适用于远程传送。
过程控制及仪表(邵裕森版)答案
系统误差是指测量仪表本身或其他误差是指在测量中所出现的没有规律的误差。 疏忽误差是指观察人员误读或不正确使用仪器与测试方案等人为因素所引起的误差。 （3）基本误差、附加误差、和允许误差。 基本误差是指仪表在规定的正常工作条件下所具有的误差。如通常在正常工作条件下 的示值误差就是基本误差。 附加误差是指仪表超出规定的正常工作条件时所增加的误差。如仪表的工作温度超过 规定的范围时，将引起温度附加误差。 允许误差是指仪表的示值或性能不允许超过某个误差范围。它是一个许可的误差界 限。 3.什么是检测仪表的精度、变差、灵敏度和灵敏限？ 答 仪表精度=绝对误差的最大值/仪表量程 变差=(x1-x2)max/仪表量程×100%
第二个阶段。在 60 年代，随着工业生产的不断发展，对过程控制提出了新的要求；随 着电子技术的迅速发展，也为自动化技术工具的完善提供了条件，开始了过程控制的第二 个阶段。在仪表方面，开始大量采用单元组合仪表（包括电动和气动）。为了满足定型、 灵活、多功能的要求，又出现了组装仪表，它将各个单元划分为更小的功能块，以适应比 较复杂的模拟和逻辑规律相结合的控制系统要求。与此同时，计算机控制系统开始应用于 过程控制领域，实现了直接数字控制（DDC）和设定值控制（SPC）。在过程控制系统方 面，为了提高控制质量与实现一些特殊的控制要求，相继出现了各种复杂控制系统，例如 串级、比值和均匀控制的应用，尤其是前馈和选择性控制系统的应用，是复杂控制系统达 到一个新的水平。在过程控制理论方面，除了仍然采用经典控制理论解决实际生产过程遇 到的问题外，现代控制理论开始应用，控制系统由单变量系统转向多变量系统，以解决实 际生产过程遇到的更为复杂的问题。
灵敏度=
灵敏限：引起仪表示值发生变化的可测参数的最小变化量。 4.什么是一次测量？什么是一次仪表和二次仪表？
参考论文-基于西门子S7-200PLC的温度控制系统设计毕业论文
基于西门子S7-200 PLC的温度控制系统设计毕业论文第一章前言1.1 课题研究背景温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关。
在科学研究和生产实践的诸多领域中, 温度控制占有着极为重要的地位, 特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。
对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案也有所不同。
例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等；燃料有煤气、天然气、油、电等[1]。
温度控制系统的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求更为先进的控制技术和控制理论。
可编程控制器（PLC）可编程控制器是一种工业控制计算机，是继承计算机、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置。
它具有抗干扰能力强，价格便宜，可靠性强，编程简单，易学易用等特点，在工业领域中深受工程操作人员的喜欢，因此PLC已在工业控制的各个领域中被广泛地使用[2]。
目前在控制领域中，虽然逐步采用了电子计算机这个先进技术工具，特别是石油化工企业普遍采用了分散控制系统（DCS）。
但就其控制策略而言，占统治地位的仍然是常规的PID控制。
PID结构简单、稳定性好、工作可靠、使用中不必弄清系统的数学模型[3]。
PID的使用已经有60多年了，有人称赞它是控制领域的常青树。
组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。
在组态概念出现之前，要实现某一任务，都是通过编写程序来实现的。
编写程序不但工作量大、周期长，而且容易犯错误，不能保证工期。
组态软件的出现，解决了这个问题。
对于过去需要几个月的工作，通过组态几天就可以完成.组态王是国内一家较有影响力的组态软件开发公司开发的，组态王具有流程画面，过程数据记录，趋势曲线，报警窗口，生产报表等功能，已经在多个领域被应用[4]。
第8-1章串级控制系统
1.干扰作用于副对象
即干扰f2(t) 、f3(t)使炉膛温度升高，串级控制系统的 调节过程如下：
炉 膛 温 度 T 2 ↑ → T 2 T↑ → T 2C↓ (反 作 用 )→ V↓ (气 开 阀 ) T 2↓
扰动小：经过副回路的控制一般不会影响炉出口温度 扰动大：经过副回路的控制仍影响炉出口温度，此 时再由主回路进一步调节，从而克服上述扰动。
④大大增强了对二次扰动 的克服能力；对一次扰动也有 一定克服能力。
串级控制系统的抗干扰能力比单回路控制系统要强 得多，特别是当干扰作用于副回路时，系统的抗干扰能 力更强。 据统计，当干扰作用于副环时，控制质量可提高10～100倍， 干扰作用于主环时，也可提高2～。
⑤对副回路参数变化有一定的自适应能力 适用：负荷和操作条件有较大变化的场合。
思考题与习题(P217)
5. 图8－46所示为聚合釜温度控制系统。
(1)这是一个什么类型的控制系统？试画出它的方块图。
(2)聚合釜的温度不允许过高，否则易发生事故，试确定控制阀的气开、 气关型式，及主、副控制器的正、反作用方式。
(4) 如果冷却水的压力是经常波动的，上述系统应如何改进？
(5)如果选择夹套内的水温作为副变量构成串级控制系统，试画出它的方 块图，并确定主、副控制器的正、反作用。
F2 X1 (S) Z1(S) X2(S) W c1(S) Z2(S) W c2(S ) W V (S) W m2(S ) W m1(S ) W f2(S) W O2(S ) F1 W f1(S) W O1(S ) Y1(S)
Y2(S)
一次扰动F1 ：作用在主对象上，不包括在副回路范围内的扰动 二次扰动F2 ：作用在副对象上，包括在副回路范围内的扰动
串级系统的缺点：仪表多，投运和整定都比单回路复杂
过控思考题及习题全
第一章思考题及习题何谓控制通道何谓干扰通道它们的特性对控制系统质量有什么影响答：所谓“通道”，就是某个参数影响另外一个参数的通路，这里所说的控制通道就是控制作用(一般的理解应当是控制器输出)U(s)对被控参数Y(s)的影响通路(一般的理解是控制作用通过执行器影响控制变量，然后控制变量通过被控对象再影响被控参数，即广义对象上的控制通道)。
同理，干扰通道就是干扰作用F(s)对被控参数Y(s)的影响通路。
干扰通道的特性对控制系统质量影响如下表所示。
控制通道的特性对控制系统质量影响如下表所示。
如何选择控制变量答：①所选控制变量必须是可控的。
②所选控制变量应是通道放大倍数比较大者，最好大于扰动通道的放大倍数。
③所选控制变量应使扰动通道时间常数越大越好，而控制通道时间常数应适当小一些为好，但不易过小。
④所选控制变量其通道纯滞后时间应越小越好。
：⑤所选控制变量应尽量使干扰点远离被控变量而靠近控制阀。
⑥在选择控制变量时还需考虑到工艺的合理性。
一般来说，生产负荷直接关系到产品的产量，不宜经常变动，在不是十分必要的情况下，不宜选择生产负荷作为控制变量控制器的比例度δ变化对控制系统的控制精度有何影响对控制系统的动态质量有何影响答：当G c(s)=K c时，即控制器为纯比例控制，则系统的余差与比例放大倍数成反比，也就是与比例度δ成正比，即比例度越大，余差也就越大。
K c增大、δ减小，控制精度提高(余差减小)，但是系统的稳定性下降。
4：1衰减曲线法整定控制器参数的要点是什么答：衰减曲线法是在系统闭环情况下，将控制器积分时间T i放在最大，微分时间T d放在最小，比例度放于适当数值(一般为100%)，然后使δ由大往小逐渐改变，并在每改变一次δ值时，通过改变给定值给系统施加一个阶跃干扰，同时观察过渡过程变化情况。
如果衰减比大于4：1，δ应继续减小，当衰减比小于4：1时δ应增大，直至过渡过程呈现4：1衰减时为止。
找到4：1衰减振荡时的比例度δs，及振荡周期T s。
何道清《仪表与自动化》第二版 课后答案
《仪表与自动化》第二版第1章自动控制系统基本概念1-3自动控制系统主要由哪些环节组成？解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
1-5题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
题1-5图加热器控制流程图解PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
1-7 在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？解测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号（如气压信号或电压、电流信号等）送往控制器；控制器接受测量变送器送来的信号，与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号（气压或电流）发送出去执行器即控制阀，它能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度，从而改变操纵变量的大小。
1-8．试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介质？解：被控对象（对象）——自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、生产设备或机器。
被控变量——被控对象内要求保持设定值的工艺参数。
控系统通常用该变量的名称来称呼，如温度控制系统，压力制系统等。
给定值（或设定值或期望值）——人们希望控制系统实现的目标，即被控变量的期望值。
它可以是恒定的，也可以是能按程序变化的。
操纵变量（调节变量）——对被控变量具有较强的直接影响且便于调节（操纵）的变量。
或实现控制作用的变量。
操纵介质(操纵剂)——用来实现控制作用的物料。
1-11题l-11图所示为一反应器温度控制系统示意图。
A、B两种物料进入反应器进行反应，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度不变。
matlab温度控制系统课程设计
matlab温度控制系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解并掌握MATLAB软件在温度控制系统中的应用；2. 学习温度控制系统的基本原理和数学模型；3. 掌握利用MATLAB进行温度控制系统建模、仿真和性能分析的方法。
技能目标：1. 能够运用MATLAB软件构建温度控制系统的数学模型；2. 能够运用MATLAB进行温度控制系统的仿真分析，并优化系统性能；3. 能够运用所学知识解决实际温度控制问题。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对自动控制技术的兴趣和热情；2. 培养学生的团队协作精神，提高沟通和交流能力；3. 增强学生的创新意识和实践能力，使其具备解决实际工程问题的信心。
课程性质：本课程为应用实践性课程，旨在通过MATLAB软件在温度控制系统中的应用，使学生掌握自动控制技术的基本原理和方法。
学生特点：学生已具备一定的自动控制理论知识，对MATLAB软件有一定了解，但缺乏实际应用经验。
教学要求：结合课程性质和学生特点，注重理论与实践相结合，以项目为导向，培养学生的实际操作能力和创新能力。
通过课程学习，使学生能够独立完成温度控制系统的建模、仿真和性能分析任务，并具备解决实际问题的能力。
教学过程中，将目标分解为具体的学习成果，以便进行后续的教学设计和评估。
二、教学内容1. 温度控制系统基本原理：包括热传递原理、温度传感器和执行器的工作原理等。
相关教材章节：第一章 温度控制系统概述2. MATLAB软件基础：介绍MATLAB软件的基本操作、数据类型、矩阵运算和编程基础。
相关教材章节：第二章 MATLAB软件基础3. 温度控制系统建模：利用MATLAB建立温度控制系统的数学模型，包括传递函数和状态空间模型。
相关教材章节：第三章 系统建模与仿真4. 温度控制系统仿真：运用MATLAB进行温度控制系统的动态仿真，分析系统性能。
相关教材章节：第四章 控制系统仿真5. 温度控制系统设计：结合MATLAB优化工具箱，进行控制器设计和参数优化。
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自动化专业实践初步
8.3 温度控制器的调节原理
8.3.1 二位式调节原理
二位式调节又称通断式控制，其工作原理是将测量值与设定值相比较，差值经 放大处理后，对执行器进行开（通）或关（断）的控制，主要由温度传感器、 温度控制器、执行器和电阻丝组成。
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滞后时间：由于电炉炉体为保 温隔热材料制成的密闭箱体， 刚开始加热时，有一段时间炉 体温度基本保持不变，这一段 时间称之为滞后时间，其大小 通常取决于炉体结构，尤其是 炉体体积。 由于存在滞后时间，仪表做 出调节动作后，需要一定的时 间才能把调节结果通过传感器 反馈至仪表，在此段滞后时间 内，被控对象的温度仍呈惯性 上升或惯性下降。如右图
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8.2 通用仪表控制系统的基本组成
不论石化、电站、冶炼等大工业的集中控制还是印染、包装、橡胶成 型、组织培养、热处理等行业的单机设备，工业过程测量控制系统主要由 传感器、显示调节仪表和执行机构三部分组成
传感器（一次仪表）
温度 电压 位移 流量
传 感 器
电信号
二次仪表可处理信号
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8.3.4 时间比例调节 原理
时间比例调节原理（断续式比例调节）
例8-3 如下图，若设该电炉是一个1000W的电炉，在30秒钟周期内，执行器导通 15s，断开15s，那么在这个周期内，电炉实际得到的加热功率为50%，即500W。 其余依次类推。
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如右图，设执行器的开关周期为T， 在一个开关周期内，当 0≤t﹤ton时， 控制器输出控制信号使执行器导通， 电阻丝加热；当 ton≤t﹤T时，控制器 输出控制信号使执行器断开，电阻丝 不加热。设电阻丝加热的额定功率为 Pnom ，实际加热瞬时功率为 p，平 均功率为 P，控制器输出信号 Uc、瞬 时功率P 、平均功率P 的波形如右图。 由图可以看出： 改变占空比 就可以调节电阻丝的加热功率，且加热功率连续可调，它表 明通过控制执行器在一个周期的导通时间就可以模拟输出具有相当分辨率的连续 量。 这就是脉冲宽度调制 （Pluse Width Modulation）技术的应用。
3.报警功能：当输入值达到人们特意在表面板上设置输入的数
值时作出报警动作，而无论是上限、上上限、下限、下下限报警。默认 的报警动作是报警输出继电器的常开触点闭合。
4.安装与接线
5.仪表面板布置和功能
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6.使用指南
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ 使用软件锁 设置“控制”值 设置“误差修正”值 设置“报警”值 自整定功能 比例偏置功能 仪表若显示“ HH”，请检查传感器是否断线或输入超过了量程上限； 若显示“ LL”，则可能是传感器短路或反接，此时仪表自动启动保护功 能，须经排除故障方可使用。
温度自动控制系统组成：
给定环节、比较环节、调节器、执行机构、被控对象、检测装置
给定环节
比较环节
调节器
执行机构
Hale Waihona Puke 检测环节被控对象自动化专业实践初步
例8-1 电炉炉温自动控制系统 机电工业中常用的原材料，如硅钢片在热处理过程中需要进行10小时连 续保温680 后，才能达到预期的性能，这就需要对退火炉的温度进行控制。 电炉温度控制系统原理图如图8—1
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8.3.3 连续比例调节原理
连续的含义是指调节器输出的信号是模拟量，比例的含义是指调 节器的输出与输入偏差成正比。 连续调节仪表的输出方式一般可分为可控硅移相触发方式和电机 驱动调压器方式，前者使用寿命长，应用越来越广泛；后者使用寿命 短，比较笨重，除一些特殊要求的场合外，已很少采用。
一般把回差设置在仪表全量程的0.2%～0.5%左右比较合适。二位式调节 可靠性高而且成本低，应用场合十分广泛。
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8.3.2 三位式调节原理
三位式调节是为克服二位式调节容易产生的升温速度与温度过冲量
（超调）之间的矛盾而发展的一种调节方式。
三位式调节可以用两个继电器的触点组成“升温加热”、“恒温调节”及“停止加热”三 种输出状态。
D调节就是指调节器的输出与偏差变化速率成正比，用公式表示如下：
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PD调节原理
PID调节原理 PID参数的选取
PID参数人工整定方法
8.3.6 自适应调节原理
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8.4温度控制器使用说明
1.主要技术参数和使用条件
• • • 精度：±(0.5% ±1字) 温度系数：不大于0.05%/ 输出：继电器触点输出： AC250V/5A（阻性负载）或AC250/0.3A（感性负载） 触点报警输出：AC250V/5A（阻性负载） • 二级参数设置范围 比例带P：0~40% 积分时间I：0~999s 微分时间D：0~999s 误差修正范围：-19.9~19.9( )或-20~20( ) 切换差设置范围：0.2-20.0( )或2-20( )
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实际调节过程及调节效果示意如下图 与位式调节相比，时间 比例式调节对加热功率的调节 是根据偏差连续改变输出量的 大小这一方式去实现的，因此 调节结果的波动较小。在有扰 动时，被控对象的调节参数能 很快趋向平稳。在比例带值合 适的情况下，不会产生持续的 振荡现象。
比例调节的静差
比例或时间比例调节在系统稳定后，其实际温度值与设定温度值之 间必然会有一个偏差，即调节的结果值与设置的目标值之间有一差值， 专业上称之为“静差”，静差可正可负。静差的大小和方向取决于全输出 时加热功率的高低、环境温度或电网电压的改变和比例带的大小等多种 原因。
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具有比例带的时间比例调节原理
实际应用中，当测量温度小于比例带下限值时，执行器一直导通；当测量温度 大于比例带上限值时，执行器一直断开；时间比例调节只在测量温度位于比例带下 限和上限值之间时进行。
设控制器温度设定值为SV ，比例带下限值为SV-SP ，比例带上限值为 SV+SP；设温度测量值为 PV，根据上述调节原理，很显然有:当 PV=SV-SP 时， ；当PV=SV+SP 时， 。所以，在比例带范围内，时间比 值 和测量温度之间的关系式如下：
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第八章
温度控制系统
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内容要点：
温度自动控制系统的构成 通用仪表控制系统的基本组成 温度控制器的调节原理 温度控制器的使用说明
目的与要求：
熟悉温度控制系统的基本构成 了解温度控制系统的调节原理 了解基本温度控制器件
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8.1 温度自动控制系统的构成
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2.型号编制说明 例8-3 试说明型号为WG-5412温度控制器的主要性能。
解：（1）该仪表是智能型双三位显示调节仪； （2）调节方式为二位PID调节； （3）报警为上限报警； （4）输入信号采用热电阻温度传感器； （5）输出信号为继电器触点输出。
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PI调节原理 比例控制动作及时，但是有静差；积分控制虽能消除静差，但又容易使控 制过程产生振荡，所以在实际应用中总是把它们结合起来，这样既能控制及时， 又能消除静差。这种调节器称为比例积分调节器，用它实现的控制称为比例积分 控制，简称PI控制。 比例积分控制规律用下式表示：
积分时间 越小，积分作用越强。反之，积分时间 越大，积分作用越弱。若积分 时间 为无穷大，就没有积分作用，成为纯比例控制器了。 D调节原理
非电信号
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显示调节仪表
电信号
显 示 调 节 仪 表
滤波、放大、 非线性校正 电压
温度 流量 位移
在自动化控制系统中，二次仪表经常处于核心地位，因此对其进行认真 比较和精心选择，在安全上是必须的，在经济上是划算的。
执行器部分
为了能够对工业对象的参数进行自动控制(或报警)，就必须由中间继电器、 可控硅、电磁阀等执行器执行对负载的调控。 执行器一般都工作于高电压、大电流、多动作的恶劣工作条件下，因此， 正确选择产品和降额使用是理所当然和十分经济的。
7.安全使用注意事项
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8.5温度自动控制教学实验系统的研制
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如果输入偏差 是幅值为 的阶跃函数，上式改写为：
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其输出控制电压 Uc按线性增长，每一时刻 Ut的大小和 与横轴所 包围的面积成正比，直至 达到最大值（饱和值 ）为止，如下图
当有偏差存在时，输出信号将随时间增大。当偏差为0时，输出 保持在某一值上。因此I调节器组成控制系统可以达到无静差。
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• • • • • • • • •
控制及报警值设置范围：仪表全量程的0~100% 上跟随报警设置范围：主控值0~50( )（WG型只能带一路报警） 比例偏置范围：-50%~+50% 自整定功能：ON或OFF 参数设置方法：轻触开关软件设置（设定参数无接触不良可能） 防误操作软件锁：有 工作电源：额定电压±15% 50Hz±1Hz 工作环境：温度0～50 ，相对湿度35%～85%的无腐蚀性气体场合 面形及开孔尺寸
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8.3.5比例、积分和微分调节原理
比例、积分和微分调节器通常简称为PID调节器，它是目前工业控制 中应用最广的控制规律。 PID调节器在实际应用中根据需要，可组成P调节器、I调节器、PI调节 器、PD调节器和PID调节器等 P调节原理 P调节是指使系统的输出量与输入量（即偏差）成比例。 单纯使用P调节，控制系统被调量一定有静差。 I调节原理 I调节是指调节器输出控制电压 是输入偏差 的积分。用公式表示如下：
通和断两种状态的交替出现，必然使被控参数有周期性的起伏，形成在 设定值附近上下的震荡。
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