过程控制实训--流量计和温度控制的PID整定
PID温度控制实验指导
计算机温度PID控制实验指导通过前面实验中软件的学习与应用，我们以温度控制为例，完成计算机温度PID控制实验，通过此实验可以加深对检测技术、自动控制技术、过程控制、计算机控制等专业知识的理解。
(1)以下为计算机温度PID控制实验的实验步骤：1、连接YL系列温度测量控制仪的电源，打开电源开关，将“加热方式”、“冷却方式”均拨至“外控方式”，加热手动调节逆时针旋转至最左端且关断。
此时可选用K型热电偶，插在控制仪上方的测温孔中，另外两端的传感器输出线分别对应接至控制仪面板的传感器（+）和（—）端，同时将面板中标准信号输出V O 用实验线接至主控箱面板的多功能数据采集控制器的A/D输入端（8个通道可任选），例如接第0通道。
2、此时在软件界面中实验名称选择中选中“温度控制系统”，选择调节规律为“PID控制”，设置“设定值”、“采样周期”（温度系统参考为1S）、“比例系数”、“积分时间”、“微分时间”的参数值，在下面“温度控制”一栏中选择传感器标准信号的输入通道。
3、用实验线连接主控箱的D/A第0通道（4个通道可任选）至YL系列温度控制仪的加热控制输入端。
4、用实验线连接主控箱的DO第0通道（4个通道可任选）至YL系列温度控制仪的冷却控制输入端。
具体连线如下：YL系列温度测量控制仪端连线与多功能数据采集控制器端对应：多功能数据采集控制器端与YL系列温度测量控制仪端的连线对应。
5、在“温度控制”栏中正确选择通道号，检查连线正确后，点击栏内“确定”按钮，则根据参数执行计算机PID控制程序。
下图为温度设定值为40ºC时设置界面：6、观察温度控制的效果如何。
根据控制规律可设置不同的P、I、D参数，以达到最佳的控制效果，并且每次的实验数据被保存，同时可以观察曲线和打印曲线。
具体的曲线数据可通过菜单“数据操作” “查询结果”查看数据结果。
(2)思考题1. 比例、积分、微分在计算机温度PID控制实验中的作用以及各系数对控制效果的影响。
过程控制与自动化仪表PID控制仿真实验
过程控制与自动化仪表 PID控制仿真实验1. 设有一温度控制系统，温度测量范围是 0 ~ 600℃，温度采用PID 控制，控制指标为 450±2℃。
已知比例系数K 4 ,积分时间T 60 s ，微分时间T 5s，P I D采样周期T 5s 。
当测量值c(n) 448，c(n 1) 449 ，c(n 2) 442 时，计算增量输出u(n)。
若u (n 1) 1860 ，计算第 n 次阀位输出u (n)。
2. 下图为锅炉液位的控制方案，说明什么是被控变量、控制变量和干扰？请分析控制过程。
解：由图知，被控量是锅炉液位高度，控制变量是给水量的大小，干扰是释放的蒸汽量。
控制过程：由液位变送器LT监控液位高度，当实际液位低于设定水位高度，液位控制器LC加大给水量，使得水流量增加，液位高度上升，直到接近设定水位高度；当实际液位高于设定水位，液位控制器LC减小给水量，使得水流量减少，从而使锅炉液位高度下降，接近设定水位高度。
3. 建立如下所示 Simulink 仿真系统图。
利用 Simulink 仿真软件进行如下操作：1. 建立如图所示的 Simulink 原理图。
2. 双击原理图中的 PID 模块，浮现参数设定对话框，将 PID 控制器的积分增益和微分增益改为 0，使其具有比例调节功能，对系统进行纯比例控制。
3. 进行仿真，观测系统的响应曲线，分析系统性能；然后调整比例增益，观察响应曲线的变化，分析系统性能的变化。
4. 重复(步骤 2,3)，将控制器的功能改为比例微分控制，观测系统的响应曲线，分析比例微分的作用。
5. 重复(步骤 2,3)，将控制器的功能改为比例积分控制，观测系统的响应曲线，分析比例积分的作用。
6. 重复(步骤 2,3)，将控制器的功能改为比例积分微分控制，观测系统的响应曲线，分析比例积分微分的作用。
7. 将 PID 控制器的积分微分增益改为 0，对系统进行纯比例控制。
不断修改比例增益，使系统输出的过度过程曲线的衰减比 n=4，记下此时的比例增益值。
过程控制课程设计pid
过程控制课程设计pid一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握PID控制的基本原理，理解比例（P）、积分（I）、微分（D）三个参数在过程控制中的作用和相互关系。
2. 使学生了解PID控制器的常见类型，如P、PI、PID控制器，并掌握其适用场景。
3. 帮助学生理解过程控制中的稳定性、快速性和准确性等性能指标，并学会分析PID参数对控制效果的影响。
技能目标：1. 培养学生运用PID控制算法解决实际过程控制问题的能力，如温度、压力、流量等控制。
2. 让学生通过编程或仿真软件，实现PID控制器的参数整定和优化，提高控制系统的性能。
3. 培养学生分析过程控制系统中问题、提出解决方案并进行调试的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对过程控制技术的兴趣和热情，激发学生主动探究、创新的精神。
2. 使学生认识到过程控制在工业生产和社会发展中的重要性，增强学生的社会责任感。
3. 培养学生团队合作意识，让学生在小组讨论、实践中学会倾听、交流、协作。
本课程针对高年级学生，课程性质为理论与实践相结合。
根据学生特点，课程目标设定既注重知识传授，又强调技能培养和情感态度价值观的塑造。
通过本课程的学习，学生将能够具备解决实际过程控制问题的能力，为今后的学习和工作打下坚实基础。
在教学过程中，教师需关注学生的学习成果，及时调整教学策略，确保课程目标的实现。
二、教学内容1. 引入PID控制基本概念：介绍比例（P）、积分（I）、微分（D）控制的作用和原理，分析各控制环节对系统性能的影响。
教材章节：第三章“过程控制系统”第2节“PID控制原理”2. PID控制器类型及适用场景：讲解P、PI、PID控制器的结构、特点，分析各种控制器在不同过程控制中的应用。
教材章节：第三章“过程控制系统”第3节“PID控制器类型及选择”3. PID参数整定与优化：介绍PID参数对控制系统性能的影响，讲解常见参数整定方法，如临界比例度法、衰减曲线法等。
教材章节：第三章“过程控制系统”第4节“PID参数整定方法”4. 过程控制系统性能分析：分析稳定性、快速性、准确性等性能指标，探讨PID参数对控制系统性能的影响。
pid控制器参数整定方法及应用
pid控制器参数整定方法及应用PID控制器是工业自动化中常用的一种控制器，其参数整定方法及应用对于控制系统的稳定性和性能有着至关重要的作用。
本文将详细介绍PID控制器参数整定方法及应用。
一、PID控制器概述PID控制器是由比例控制器、积分控制器和微分控制器三部分组成的，利用反馈信号进行控制。
其中比例控制器通过测量误差的大小，对被控制对象进行控制，积分控制器通过测量误差的积分，对被控制对象进行控制，微分控制器通过测量误差的微分，对被控制对象进行控制。
PID控制器通过组合三个控制方式，可以对被控制对象进行更加精确的控制。
二、PID控制器参数整定方法1. 经验法PID控制器参数整定的第一步是通过经验法确定参数初值。
经验法是根据实际经验和实验数据得出的整定参数，是参数初值的基础。
经验法的参数初值如下：比例系数Kp取值为被控对象动态响应曲线的最大斜率处的斜率倒数；积分时间Ti取值为被控对象动态响应曲线从起点到终点的时间长度；微分时间Td取值为被控对象动态响应曲线的最大曲率处的时间。
2. Ziegler-Nichols法Ziegler-Nichols法是广泛应用的PID控制器参数整定方法之一，其步骤如下：a.将比例系数Kp调至临界增益Kcr处，此时系统开始振荡；b.测量振荡周期Tu；c.根据系统类型选择合适的参数整定公式，计算出参数初值：系统类型 Kp Ti TdP型系统 0.5Kcr ——PI型系统 0.45Kcr Tu/1.2 —PD型系统 0.8Kcr — Tu/8PID型系统 0.6Kcr 0.5Tu Tu/83. Chien-Hrones-Reswick法Chien-Hrones-Reswick法是另一种常用的PID控制器参数整定方法，其步骤如下：a.测量被控对象的动态响应曲线，并计算出其惯性时间常数L、时延时间T和时间常数K；b.根据系统类型选择合适的参数整定公式，计算出参数初值：系统类型 Kp Ti TdP型系统 0.5K ——PI型系统 0.45K L —PD型系统 0.8K — TPID型系统 0.6K 0.5L 0.125T三、PID控制器应用PID控制器广泛应用于工业自动化中，例如温度控制、压力控制、流量控制等。
PID温度控制实验
PID 温度控制实验PID(ProportionalIntegralDerivative)控制是最早发展起来的控制策略之一，它根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量对系统进行控制。
当我们不彻底了解一个系统和被控对象，或者不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用 PID 控制技术。
由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业过程控制。
PID 调节控制是一个传统控制方法，它合用于温度、压力、流量、液位等几乎所有现场，不同的现场，仅仅是 PID 参数应设置不同，只要参数设置得当均可以达到很好的效果。
本实验以 PID 温度控制为例，通过此实验可以加深对检测技术、自动控制技术、过程控制等专业知识的理解。
2、掌握正校实验的方法，并用正交实验法来确定最佳 P、I、D 参数3、会求根据温度变化曲线求出相应的超调量、稳态误差和调节时间的方法二、仪器与用具加热装置、加热控制模块、单片机控制及显示模块、配套软件、电脑。
三、实验原理1、数字 PID 控制原理数字 PID 算法是用差分方程近似实现的,用微分方程表示的 PID 调节规律的理想算式为:1de(t)u(t)KP[e(t)e(t)dtTD] (1)TI0dt 单片机只能处理数字信号，上式可等价于:tTUnKP[enTIeii0nTD(enen1)] (2) TTTenD(en2en1en2)] (3) TIT (2) 式为位置式 PID 算法公式。
也可把(2)式写成增量式 PID 算法形式: UnUnUn1KP[enen1 其中,en 为第 n 次采样的偏差量； en-1 为第 n-1 次采样的偏差量； T 为采样周期； TI 为积分时间；TD 为微分时间； KP 为比例系数。
2、PID 温度控制的框图设定温度(SV)温度偏差(EV)(EV=SV-PV)PID 调节器按周期调节脉冲宽度输出加热装置实际温度(PV)图 1PID 温度控制的框图温度 PID 控制是一个反馈调节的过程:比较实际温度(PV)和设定温度(SV)的偏差,偏差值经过 PID 调节器运算来获得控制信号,由该信号控制加热丝的加热时间,达到控制加热功率的目的,从而实现对系统的温度控制。
PID控制器整定攻略
PID控制器整定攻略第一篇：PID控制器整定攻略PID控制器整定攻略PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。
它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。
整定第一式：理论计算整定法。
它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。
这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。
整定第二式：工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。
其中招数技能有三：临界比例法、反应曲线法和衰减法。
三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。
但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。
现在一般采用的是临界比例法。
利用该方法进行PID控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。
惯用套路：参数整定找最佳，从小到大顺序查先是比例后积分，最后再把微分加曲线振荡太频繁，比例系数适当加曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳曲线偏离回复慢，积分时间往下降曲线波动周期长，积分时间再加长曲线振荡频率快，先把微分降下来动差大来波动慢。
微分时间应加长理想曲线两个波，前高后低四比一一看二调多分析，调节质量会好滴。
习武心得：PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中P、I、D参数经验数据以下可参照：温度T: P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s压力P: P=30~70%,T=24~180s,液位L: P=20~80%,T=60~300s,流量L: P=40~100%,T=6~60s。
第二篇：PID参数整定PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。
过程控制PID整定及参数调整
被控变量 & 操纵变量
控制阀 开闭形式、 流量特性
控制器的类型 及正、反作用
测量变送装置
1.2 被控变量于工艺要求，选择的结果直接影响 生产（产品产量、质量、生产安全）
1.2 被控变量的选择
●分类
直接控制
最基本的热工参数，一般是可以直 接进行测量和控制的参数
进料流量、进料成分等
1.4 控制阀的选择 控制系统的执行部件 接受控制器的命令执行控制任务。
选择内容：
口径大小、开闭形式、流量特性、 结构形式
1.4 控制阀的选择
●
口径大小
● 直接决定介质流过的能力
口径过大，正常流量时阀门处于小的开度，阀的特性不好； 口径过小，正常流量时阀门处于大的开度，阀的特性也不好。 通过计算阀的流通能力，并且保证具有一定的余量，具有 较宽的可控范围。
1.8.2 控制系统整定 ● 整定方法 两类：理论计算和工程整定方法 ●理论整定方法 基于控制原理的计算方法（时域法、频域法、 根轨迹法等）
1.8.2 控制系统整定
●工程整定方法
理论整定方法，必须要求已知各个环节的传递 函数，对于一般的实际问题，难于满足。另外，理 论计算也比较烦琐，工程上一般不采用。 工程整定方法，直接在闭合的控制回路中对控 制器参数进行整定。经验方法，简单、方便，易于 掌握，工程实际中广泛采用。
控制器参数整定
目前基本控制器一般均为PID控制器（比例、积分、 微分控制器）
PID控制器整定，调节P、I、D参数，使得控制系 统的控制性能指标达到满意。
一旦控制控制系统安装到位，控制系统的品质就取 决于控制器的参数设置 选择什么样的控制系统性能指标
常见的，如4：1衰减等，根据不同的实际 情 况，有所不同。
PID参数整定过程及一些常规步骤
PID参数整定过程及一些常规步骤一：PID参数调节原理及一般的整定步骤1．比例作用比例（P）参数越大比例作用越强，动态响应越快，消除误差的能力越强。
但实际系统是有惯性的，控制输出变化后，实际PV值变化还需要等待一段时间后才会缓慢变化，由于实际系统是有惯性的，比例作用不宜太强，比例作用太强会引起振荡不稳定。
通常将比例（P）参数由小向大调，以能达到最快响应又无超调（或无大的超调）为最佳参数。
2．积分作用为了消除静差必须引入积分作用，积分作用可以消除静差，以便被控的PV值最后与给定值一致。
积分作用消除静差的原理是：只要有误差存在，就对误差进行积分，使输出继续增大或缩小，一直到误差为零，一直到误差为零，积分停止，输出不再变化，系统的PV值保持稳定，PV值等于SP值，达到误差调节的效果。
由于实际系统是有惯性的，输出变化后，PV值不会马上变化，须等待一段时间才缓慢变化，因此积分的快慢必须与实际系统的惯性相匹配，惯性大、积分作用就应该弱，积分时间I就应该大些，反之亦然。
如果积分作用太强，积分输出变化过快，就会引起积分过头的现象，产生积分超调和振荡。
通常I参数是由大往小调节，即积分作用由小往大调，观察系统响应以能达到快速消除误差，达到给定值，又不引起振荡为准。
3．微分作用一般的控制系统，不仅对稳定控制有要求，而且对动态指标也有要求，通常都要求负载变化或给定调整等引起扰动后，恢复到稳态的速度要快，因此光有比例和积分调节作用还不能满足要求，必须引入微分作用。
比例和积分作用是事后进行调节（即发生误差后才进行调节），而微分作用则是事前预防控制，即一发现PV有变大或变小的趋势，马上就输出一个阻止其变化的控制信号，以防止出现过冲或超调等。
D越大，微分作用越强，D越小，微分作用越弱。
系统调试通常把D从小往大调节。
由于给定值调整或负载扰动引起PV变化，比例和积分作用一定等到PV值变化后才进行调节，并且误差小时，产生的比例和积分调节作用也小，纠正误差的能力也小，误差大时，产生的比例和积分作用才增大。
温度PID的整定过程
图1-9 Kp=5时，系统加热曲线
/zhangyanxin/blog/item/aa9747080625c1cb63d986bd.html
2011-10-，以上的加热曲线中，加热快速而准确，满足了我们的要求。如果此处想验证更加优化的Kp，可 以多次调整，绘制图像，比较各个图像，选择一个最佳值。此处我们不做更改了，就选择Kp=5； 细心的朋友可能会发现了，我们的目标值是30度，而系统最终稳定在了29度（其实是绘图的误差，系统最 终稳定在了29.6度左右）。但是无论如何，系统没有到达我们的要求值30度，可奇怪的是，此时的系统是稳定 的，一直恒定在这个温度，不像是一个故障状态。 正是如此，这不是故障，也不是我们设计的问题，这就是P控制的缺陷。随着现实温度和目标温度越来越接 近，Ek=TargetTemp-CurrentTemp；越来越小，那么经过Kp*Ek计算出来的DTY就越来越小，那么PWM（） 输出的数值就比较小了，此时执行机构按照这样的小功率加热，往往不能使温度上升了，这其实和执行机构的 精度有关。 这个误差就是PID系统中的“静差”。静差，就是系统达到平衡、稳定后，存在的“静态误差”。如果要消 除这个误差，就必须使用PID控制策略里面的I（积分）。 5.积分项整定 积分项的整定需要谨慎，积分项整定过强，系统会产生严重的振荡；积分项整定过弱，效果不明显。所以， 积分项一般从小大到的整定，不能过大。 那么，是不是积分的整定就无章可循了呢？是不是就要像课本上说的那样，一点一点的试呢？当然不会，我 们既然能将比例项总结出经验，积分项也不例外。
1. unsigned int myData; 2. PWM(100); //最高档加热 3. for(;;) 4. { 5. myData = GetTemp(); //获取当前的温度 6. SendOnyByte(myData/10); //发送数据到计算机 7. os_wait(K_TMO,100,0); //等待1秒钟 8. } 复制代码
PID控制器参数整定与应用
PID控制器参数整定与应用PID控制器是一种常用的自动控制器，在工业自动化领域应用广泛。
它的主要作用是通过测量的偏差来调节执行器的控制量，从而使被控制对象的输出值与设定值之间达到最优的控制效果。
在实际中，PID控制器的参数整定是一个重要的环节，它直接影响控制系统的性能。
PID控制器由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个控制部分组成，其中比例部分根据偏差的大小直接产生控制量，积分部分对偏差的积分产生控制量，微分部分对偏差的变化率产生控制量。
三个部分的输出量经过加权求和后作为最终的控制量。
整定PID控制器的参数需要根据被控制对象的特性进行调整，以达到快速、稳定、精确的控制效果。
常用的参数整定方法包括经验法、试验法和理论法。
经验法是根据工程师的经验和实际情况来调整PID控制器的参数。
比如，比例系数Kp的大小与偏差的关系可以通过试验来确定，当偏差增大时，可以逐渐增大Kp的值，直至产生足够的控制量来抵消偏差。
积分时间Ti和微分时间Td可以根据被控对象的时间常数和惯性大小来估计，通常由实验确定。
试验法是通过对控制系统进行一系列实验来获得最佳的参数值。
常见的试验方法有阶跃响应法、频率响应法和脉冲响应法。
阶跃响应法是将控制系统给定值变为一个阶跃信号，观察系统的响应情况，从而调整PID参数以使系统的超调量、稳定时间和上升时间等指标满足要求。
频率响应法是通过对控制系统施加不同频率的输入信号，测量系统的频率响应曲线来获得系统的增益和相位裕度，并根据理论模型进行参数整定。
脉冲响应法是通过给控制系统施加一系列脉冲信号，观察系统的响应特性，并在实验中逐步调整PID参数，直至达到最佳控制效果。
理论法是通过数学模型来推导PID控制器的参数，通常适用于被控对象的数学模型已知的情况。
这种方法可以根据被控对象的稳定裕度、相位裕度、动态响应等指标来推导PID参数的理论值，以实现最佳控制效果。
应用方面，PID控制器被广泛应用于各个领域，如工业过程控制、机械控制、电力系统控制等。
PID参数的经验整定法
PID参数的经验整定法经验法是实际使用者以丰富的实践，根据仪表的调节规律和加热系统的特性总结出来的方法，也是目前广泛应用的一种方法。
经验法实际上是一种试凑方法，即先将仪表的参数设置在常用数据上，然后观察调节过程的曲线形状，改变PTD参数，再观察调节过程，如还不理想，反复试凑，直到调节质量符合工件要求为止。
预先设置PID参数值及反复试凑是经验法的核心。
整定参数大小根据系统对象特性及仪表的量程而定，对于一般热处理炉、电加热设备的温度调节系统，可按下列参考数据进行试凑。
比例带4％～1 0％；积分时问120s～600s，微分时间10s～120s：或者根据xMT 7000系列仪表的出厂参数(比例带=5％，积分时问=250s；微分时间=30s)进行试凑调整，在绝大部分场合都能满足要求。
试凑过程可先调比例带P，再加积分时间I，最后加微分时间D，调试时，首先将PID参数置于影响最小的位置，即P最大、I最大，D最小，按纯比例系统整定比例度，使其得到比较理想的调节过程曲线，然后，比例带缩小0 7倍左右，将积分时间从大到小改变，使其得到较好的调节过程曲线。
最后，在这个积分时间下重新改变比例带，再看调节过程曲线有无改善，如有所改善，可将原整定的比例带适当减小，或再减小积分时间，这样经过多次反复调整，就可得到合适的比例带值和积分时间。
如果在外界干扰作用下，系统稳定性不够好，可以把比例带适当调大，并且适当增加积分时间，使系统有足够的稳定性，在调试过程中可以发现，如果比例带过小，积分时间过短和微分时间过长，都会产生周期性的振荡。
但可以从以下几点分析引起振荡的因素，从而解决振荡问题。
(1)积分时间引起的振荡周期较长；(2)比例带过小引起的振荡周期较短；(3)微分时间过长引起的振荡周期最短；另外也可根据加温曲线的特点，确定参数的变化。
如果温度变化曲线是非周期性的，而且能慢慢回复到设定值，则说明积分时间过长。
如果温度变化曲线不规则，且偏离设定值较大，不能回复，则说明比例带过大。
LNG过程控制中的PID应用
LNG过程控制中的PID应用摘要:PID控制器（比例-积分-微分）是工业控制系统中一种常用的闭环反馈控制系统。
PID控制器经过比较实际测量值和设定值得偏差,通过调节输入信号减小实际值和理想值得误差。
P-（比例）现阶段偏差的调节,I（积分）-收集前段时间的误差,D（微分）-对将来误差的估计,基于电流变化率。
用这三中方法加权求和中,通过控制元件如控制阀的位置,或者调节一个加热源对工艺过程进行调节。
在本文中将主要介绍PID整定的方法在LNG过程控制中的应用。
关键词:PID(比例-积分-微分) LNG（液化天然气）整定（Tuning）Abstract:A proportional–integral–derivative controller (PID controller) is a generic control loop feedback mechanism (controller) widely used in industrial control systems.A PID controller calculates an “error” value as the difference betw een a measured process variable and a desired setpoint.The controller attempts to minimize the error by adjusting the process control inputs.P depends on the present error,I on the accumulation of past errors,and D is a prediction of future errors,based on current rate of change。
The weighted sum of these three actions is used to adjust the process via a control element such as the position of a control valve,or the power supplied to a heating element.In the article we will introduce the application for PID controller in LNG process.Key words:PID(proportional integral differential),LNG(liquefied natural gas),setting(Tuning )1、PID的简介1.1 PID的概况及意义PID控制器（比例-积分-微分控制器）,由比例单元P、积分单元I 和微分单元D组成。
过程控制实训--流量计和温度控制的PID整定
目录目录第一部分、系统介绍 (2)一、AE2000B型系统介绍 (2)二、AE2000B型实验对象组成结构 (2)三、AE2000B型实验对象控制台 (3)第二部分流量控制 (4)2.1、实验一电磁流量计流量PID整定实验 (4)2.2、实验二、涡轮流量计流量PID整定实验 (6)2.3、实验三、涡轮与电磁流量比值控制系统实验 (9)2.4、简单比值控制系统的仿真 (11)第三部分温度控制 (12)3.1、实验一、锅炉夹套水温PID整定实验（动态） (12)3.2、实验二. 锅炉夹套和锅炉内胆温度串级控制系统 (14)3.3、被控对象的仿真模型 (17)3.4、单回路控制系统的仿真 (18)3.5、串级控制系统的仿真 (18)第四部分实训感想 (18)第一部分、系统介绍一、AE2000B型系统介绍AE2000B型过程控制实验装置是根据工业自动化及相关专业教学特点，吸取了国外同类实验装置的特点和长处，并与目前大型工业自动化现场紧密联系，采用了工业上广泛使用并处于领先的AI智能仪表加组态软件控制系统、DCS(分布式集散控制系统)，经过精心设计，多次实验和反复论证，推出的一套基于本科，着重于研究生教学、学科基地建设的实验设备。
该设备涵盖了《信号和信息处理》、《传感技术》、《工程检测》、《模式识别》、《控制理论》、《自动化技术》、《智能控制》、《过程控制》、《自动化仪表》、《计算机应用和控制》、《计算机控制系统》等课程的教学实验与研究。
整个系统美观实用，功能多样，使用方便，既能进行验证性、设计性实验，又能提供综合性实验，可以满足不同层次的教学和研究要求。
AE2000型过程实验装置的检测信号、控制信号及被控信号均采用ICE标准，即电压1~5V，电流4~20mA。
实验系统供电要求：单相220V交流电，外型尺寸：1850×1450×900mm，重量：100Kg二、AE2000B型实验对象组成结构过程控制实验对象系统包含有：不锈钢储水箱（长×宽×高：850×450×400mm）、串接圆筒有机玻璃上水箱、中水箱、下水箱、单相2.5KW电加热锅炉（由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套组成）。
PID控制器参数整定的一般方法
PID控制器参数整定的一般方法1.基于经验法：通过经验法简单快速地调整PID控制器的参数。
这种方法适用于一些简单的控制系统，但不适用于复杂的或非线性系统。
其中包括以下三种方法：-手动调节法：根据系统的实际情况，通过人工调节参数来达到系统的期望控制效果。
通常是先调节比例参数，再逐步调节积分和微分参数，直到系统响应稳定且无超调。
- Ziegler-Nichols法：该方法通过系统的阶跃响应曲线来确定参数。
首先，关闭积分和微分控制，只保留比例控制。
然后，逐步提高比例增益，直到系统发生持续的振荡。
根据系统的振荡周期和幅值，可以计算出适合的参数。
最后，再根据经验公式计算出最终的参数。
- Cohen-Coon法：该方法同样通过系统的阶跃响应曲线来确定参数。
首先，关闭积分和微分控制，只保留比例控制。
然后，根据系统的响应曲线，计算出滞后时间和时间常数。
再根据经验公式计算出最终的参数。
2.基于频率响应法：频率响应法通过分析系统的幅频特性和相频特性，确定PID控制器的参数。
其中包括以下两种方法：- 波特曼法：该方法通过对系统的开环频率响应曲线进行测量和分析，从而得到PID控制器的参数。
首先，绘制系统的Bode图，并测量得到相角裕度和增益裕度。
然后，根据经验公式计算出最终的参数。
-相位余量补偿法：该方法通过补偿系统的幅频特性和相频特性来确定PID控制器的参数。
首先，根据系统的开环传递函数，计算出稳定裕度。
然后，根据经验公式计算出最终的参数。
3.基于优化算法：优化算法通过数学求解或计算机迭代的方式，自动调节PID控制器的参数。
其中包括以下两种方法：-正交设计法：该方法通过正交试验设计的方法，选取一组试验点来进行系统响应的测量。
然后，根据系统的响应数据，使用数学模型或优化算法来计算出最优的参数组合。
-遗传算法：该方法通过模拟生物进化的过程，使用基因编码和自然选择的原理来进行参数调节。
首先，随机生成一组初始参数，并计算出适应度函数。
PID温度控制实验
PID 温度控制实验PID( Proportional Integral Derivative)控制就是最早发展起来的控制策略之一,它根据系统的误差,利用比例、积分、微分计算出控制量对系统进行控制。
当我们不完全了解一个系统与被控对象,或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,最适合用PID 控制技术。
由于其算法简单、鲁棒性好与可靠性高,被广泛应用于工业过程控制。
PID 调节控制就是一个传统控制方法,它适用于温度、压力、流量、液位等几乎所有现场,不同的现场,仅仅就是PID 参数应设置不同,只要参数设置得当均可以达到很好的效果。
本实验以PID 温度控制为例,通过此实验可以加深对检测技术、自动控制技术、过程控制等专业知识的理解。
一、实验目的 1、了解PID 控温原理2、掌握正校实验的方法,并用正交实验法来确定最佳P 、I 、D 参数3、会求根据温度变化曲线求出相应的超调量、稳态误差与调节时间的方法 二、仪器与用具加热装置、加热控制模块、单片机控制及显示模块、配套软件、电脑。
三、实验原理1、数字PID 控制原理数字PID 算法就是用差分方程近似实现的, 用微分方程表示的PID 调节规律的理想算式为:01()()[()()]tP D I de t u t K e t e t dt T T dt=++⎰ (1)单片机只能处理数字信号,上式可等价于:10[()]nDn P n i n n i IT TU K e e e e T T-==++-∑ (2) (2)式为位置式PID 算法公式。
也可把(2)式写成增量式PID 算法形式:1112[(2)]D n n n P n n n n n n I T TU U U K e e e e e e T T----∆=-=-++-+ (3) 其中, e n 为第n 次采样的偏差量;e n-1为第n- 1次采样的偏差量;T 为采样周期;T I 为积分时间;T D 为微分时间;K P 为比例系数。
温度pid控制实验报告
温度pid控制实验报告温度PID控制实验报告引言：温度控制是工业生产中非常重要的一个环节，对于保证产品质量和提高生产效率有着至关重要的作用。
PID控制器是一种常用的温度控制方法，本实验旨在通过对PID控制器的实际应用，探究其在温度控制中的有效性和稳定性。
一、实验目的本实验旨在通过调整PID控制器的参数，实现对温度的精确控制，验证PID控制器在温度控制中的有效性。
二、实验器材和方法1. 实验器材：- 温度控制系统：包括温度传感器、加热器和PID控制器。
- 数据采集仪：用于记录和分析实验数据。
- 电脑：用于控制PID控制器和进行数据处理。
2. 实验方法：- 设置目标温度：根据实验要求，设定目标温度为X摄氏度。
- 参数调整：通过调整PID控制器的比例系数（P）、积分系数（I）和微分系数（D），找到最佳参数组合。
- 实验记录：记录实验过程中的温度变化和PID控制器的输出信号。
- 数据分析：通过对实验数据的分析，评估PID控制器的性能。
三、实验结果与分析在实验过程中，我们首先设定了目标温度为X摄氏度，并通过调整PID控制器的参数来实现对温度的控制。
在初始阶段，我们选择了一个较小的比例系数，以避免温度波动过大。
随着实验的进行，我们逐渐增加了比例系数，同时调整了积分系数和微分系数，以达到更精确的温度控制。
通过实验数据的分析，我们发现PID控制器能够有效地控制温度，并在设定的目标温度附近保持稳定。
当温度偏离目标温度时，PID控制器会根据偏差大小和变化趋势来调整输出信号，以实现温度的快速调整和稳定控制。
尤其是积分和微分项的引入，使得PID控制器具有了更好的稳定性和抗干扰能力。
在参数调整过程中，我们发现比例系数的增加会加快温度的响应速度，但也容易引起过冲现象；积分系数的增加可以减小温度的稳态误差，但过大的积分系数可能导致系统不稳定；微分系数的增加可以提高系统的动态响应速度，但过大的微分系数可能引起噪声干扰。
综合考虑，我们通过实验得出了最佳的PID控制器参数组合，实现了对温度的精确控制。
PID控制原理及参数整定方法
PID控制原理及参数整定方法PID控制是一种经典的控制策略，广泛应用于各种工业自动化系统。
其通过比较设定值与实际输出值，根据误差及其变化趋势，实时调整控制器的参数，以达到期望的控制效果。
本文将详细介绍PID控制原理及参数整定方法，旨在帮助读者更好地理解和应用PID控制。
PID控制模型是由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个环节组成的。
在工业自动化中，PID控制器作为一种核心组件，用于维持系统输出值与设定值之间的误差为最小。
PID控制器具有结构简单、稳定性好、易于实现等优点，因此被广泛应用于各种工业控制系统中。
PID控制原理基于控制系统的稳态误差，通过比例、积分和微分三个环节的作用，达到减小误差的目的。
比例环节根据误差信号的大小，产生相应的控制输出；积分环节根据误差信号的变化率，进一步调整控制输出；微分环节则根据误差信号的变化趋势，提前进行控制调整，以迅速消除误差。
PID参数整定的目的是选择合适的控制器参数，以满足系统的动态性能和稳态性能要求。
整定过程中，需要合理调整比例系数、积分时间和微分增益等参数。
其中，比例系数主要影响系统的稳态误差；积分时间用于控制积分环节的灵敏度；微分增益则决定了微分环节的作用强度。
针对不同的控制对象和系统要求，需要灵活调整这些参数，以获得最佳的控制效果。
以某化工生产线的液位控制为例，说明PID控制原理及参数整定的应用。
在此案例中，液位控制器通过比较设定值与实际液位值的误差，实时调整进料泵的转速，以维持液位稳定。
选择一个合适的比例系数Kp，使得系统具有较快的响应速度；调整积分时间Ti，以避免系统出现稳态误差；适当微分增益Kd的设定，可以改善系统的动态性能。
通过合理的参数整定，液位控制系统可以取得良好的控制效果。
然而，若比例系数过大，系统可能会出现振荡现象；若积分时间过长，系统可能无法达到预期的稳态性能；若微分增益过强，系统可能会对噪声产生过度反应。
因此，在参数整定过程中，需要根据实际情况进行反复调整，以达到最佳的控制效果。
浙大工业过程控制-4.PID控制器的参数整定及其应用
2
pid控制器通过比较压力设定值与实际值之间的 误差，不断调整气瓶的阀门或泵的工作状态，从 而实现对压力的精确控制。
3
在压力控制系统中，pid控制器能够快速响应压 力的变化，并自动调整气瓶的阀门或泵的工作状 态，确保压力的稳定。
05 结论
pid控制器的发展趋势
智能化
随着人工智能和机器学习技术的发展，PID控制器将逐渐实现智能 化，能够自适应地调整参数，提高控制精度和稳定性。
详细描述
智能优化算法利用人工智能和优化算法，如遗传算法、粒子群算法等，自动确 定PID控制器的参数。这种方法能够处理高度非线性、不确定性和时变性的系统， 但需要较高的计算资源和较长的计算时间。
04 pid控制器的应用实例
液位控制系统
液位控制系统是pid控制器最常见的应 用之一。通过pid控制器，可以精确控 制液位的高度，使其保持在设定的范 围内。
浙大工业过程控制-4.pid控制器的 参数整定及其应用
目录
• 引言 • pid控制器的基本原理 • pid控制器的参数整定方法 • pid控制器的应用实例 • 结论Fra bibliotek01 引言
背景介绍
工业过程控制是实现工业自动化和智 能化的重要手段，而PID控制器作为 一种经典的控制算法，在工业过程控 制中得到了广泛应用。
PID控制器具有结构简单、易于实现、 鲁棒性强等优点，适用于各种线性或 非线性系统。
pid控制器的重要性
PID控制器在工业过程控制中发挥着至关重要的作用，能够提高系统的控制精度 、稳定性和响应速度，从而提高生产效率和产品质量。
PID控制器的参数整定是实现其优良性能的关键，需要根据不同的控制系统和工 况进行合理调整。
在液位控制系统中，pid控制器能够快 速响应液位的变化，并自动调整水泵 的工作状态，确保液位高度的稳定。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
目录目录第一部分、系统介绍 (2)一、AE2000B型系统介绍 (2)二、AE2000B型实验对象组成结构 (2)三、AE2000B型实验对象控制台 (3)第二部分流量控制 (4)2.1、实验一电磁流量计流量PID整定实验 (4)2.2、实验二、涡轮流量计流量PID整定实验 (6)2.3、实验三、涡轮与电磁流量比值控制系统实验 (9)2.4、简单比值控制系统的仿真 (11)第三部分温度控制 (12)3.1、实验一、锅炉夹套水温PID整定实验（动态） (12)3.2、实验二. 锅炉夹套和锅炉内胆温度串级控制系统 (14)3.3、被控对象的仿真模型 (17)3.4、单回路控制系统的仿真 (18)3.5、串级控制系统的仿真 (18)第四部分实训感想 (18)第一部分、系统介绍一、AE2000B型系统介绍AE2000B型过程控制实验装置是根据工业自动化及相关专业教学特点，吸取了国外同类实验装置的特点和长处，并与目前大型工业自动化现场紧密联系，采用了工业上广泛使用并处于领先的AI智能仪表加组态软件控制系统、DCS(分布式集散控制系统)，经过精心设计，多次实验和反复论证，推出的一套基于本科，着重于研究生教学、学科基地建设的实验设备。
该设备涵盖了《信号和信息处理》、《传感技术》、《工程检测》、《模式识别》、《控制理论》、《自动化技术》、《智能控制》、《过程控制》、《自动化仪表》、《计算机应用和控制》、《计算机控制系统》等课程的教学实验与研究。
整个系统美观实用，功能多样，使用方便，既能进行验证性、设计性实验，又能提供综合性实验，可以满足不同层次的教学和研究要求。
AE2000型过程实验装置的检测信号、控制信号及被控信号均采用ICE标准，即电压1~5V，电流4~20mA。
实验系统供电要求：单相220V交流电，外型尺寸：1850×1450×900mm，重量：100Kg二、AE2000B型实验对象组成结构过程控制实验对象系统包含有：不锈钢储水箱（长×宽×高：850×450×400mm）、串接圆筒有机玻璃上水箱、中水箱、下水箱、单相2.5KW电加热锅炉（由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套组成）。
系统动力支路分两路组成：一路由单相增压泵、电动调节阀、涡轮流量计、自锁紧不锈钢水管及手动切换阀组成；另一路由增压泵、变频调速器、小流量涡轮流量计、自锁紧不锈钢水管及手动切换阀组成。
如图2-1所示：2-1、系统结构图对象系统结构图中检测变送和执行元件包括：液位传感器、温度传感器、涡轮流量计、压力表、电动调节阀等。
AE2000B实验对象检测及执行装置包括：检测装置：扩散硅压力液位传感器、涡轮流量传感器、Pt100热电阻温度传感器。
执行装置：单相可控硅移相调压装置、电动调节阀、变频器。
三、AE2000B型实验对象控制台仪表控制台面板由三部分组成：（1）电源控制屏面板：充分考虑人身安全保护，带有漏电保护空气开关、电流型漏电保护器。
（2）仪表及远程数据采集模块面板：1块变频调速器面板、3块AI/818A 智能调节仪面板、2块远程数据采集模块面板组成，各装置外接线端子通过面板上自锁紧插孔引出。
（3）I/O信号接口面板：该面板的作用主要是将各传感器检测及执行器控制信号同面板上自锁紧插孔相连，再通过航空插头同对象系统连接，便于学生自行连线组成不同的控制系统，进行几十种过程控制实验。
第二部分流量控制2.1、实验一电磁流量计流量PID整定实验一、实验目的1）、了解电磁流量计的结构及其使用方法。
2）、熟悉单回路流量控制系统的组成。
二、实验设备1）、AE2000B型过程控制实验装置：上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根。
2）、万用表一只三、实验原理图8-1、流量控制系统四、实验内容与步骤1）、利用实验装置,信号接口面板上涡轮流量计的测量信号组成图9-4所示的单回路流量控制系统。
如图8-2所示：图8-2、实验接线图2）、把调节器置于“手动”状态，积分时间常数为零，微分时间常数为零，根据仪表使用说明设定比例P，设置相关的参数，使调节器工作在比例调节上。
3）、启动工艺流程并开启相关仪器和计算机系统，在开环状态下，利用调节器的手动操作按钮把被调量管道的流量调到给定值（一般把流量控制在流量量程的50%处）。
4）、运行MCGS组态软件，进入实验系统相关的实验,如图8-3所示：图8-3、实验软件界面5）、观察计算机显示屏上实时的响应曲线，待流量基本稳定于给定值后，即可将调节器由“手动”状态切换到“自动”状态，使系统变为闭环控制运行。
待系统的流量趋于平衡不变后，加入阶跃信号（一般可通过改变设定值的大小来实现）。
经过一段时间运行后，系统进入新的平稳状态。
由记录曲线观察并记录在不同的比例P下系统的余差和超调量。
（计算超调量！）6）、记录软件中的实时曲线的过程数据作出一条完整的过渡过程曲线，记录表格自拟。
2.2、实验二、涡轮流量计流量PID整定实验一、实验目的1）、了解涡轮流量计的结构及其使用方法。
2）、熟悉单回路流量控制系统的组成。
二、实验设备1）、AE2000B型过程控制实验装置：上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根。
2）、万用表一只三、涡轮流量计的工作原理1、工作原理当被测流体流经传感器时，传感器内的叶轮借助于流体的动能而产生旋转，周期性地改变磁电感应转换系统中的磁阻值，使通过线圈的磁通量周期性地发生变化而产生电脉冲信号。
在一定的流量范围下，叶轮转速与流体流量成正比，即电脉冲数量与流量成正比。
该脉冲喜好经放大器放大后送至二次仪表进行流量和总量的显示或积算。
在测量范围内，传感器的输出脉冲总数与流过传感器的体积总量成正比，其比值称为仪表常数，以ξ（次/L）表示。
每台传感器都过实际标定测得仪表常数值。
当测出脉冲信号的频率f和某一段时间内的脉冲总数N后，分别除以仪表常数ξ（次/L）便可求得瞬时流量q（L/s）和累积流量Q(L)。
即：q=f/ξQ=N/ξ四、实验内容与步骤1）、利用实验装置,信号接口面板上涡轮流量计的测量信号组成图9-4所示的单回路流量控制系统。
如图9-2所示：图9-2、实验接线图图9-3、实验软件界面5）、观察计算机显示屏上实时的响应曲线，待流量基本稳定于给定值后，即可将调节器由“手动”状态切换到“自动”状态，使系统变为闭环控制运行。
待系统的流量趋于平衡不变后，加入阶跃信号（一般可通过改变设定值的大小来实现）。
经过一段时间运行后，系统进入新的平稳状态。
由记录曲线观察并记录在不同的比例P下系统的余差和超调量。
（计算超调量！）6）、记录软件中的实时曲线的过程数据作出一条完整的过渡过程曲线，记录表格自拟。
2.3、实验三、涡轮与电磁流量比值控制系统实验一、实验目的1）、了解涡轮流量计的结构及其使用方法。
2）、熟悉单回路流量控制系统的组成。
3）、试了解比值控制在工业上的应用。
二、实验设备1）、AE2000B型过程控制实验装置：上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根。
2）、万用表一只三、比值系统组成原理在各种生产过程中，需要使两种物料的流量保持严格的比例关系是常见的，例如，在锅炉的燃烧系统中，要保持燃料和空气量的一定比例，以保证燃烧的经济性。
而且往往其中一个流量随外界负荷需要而变，另一个流量则应由调节器控制，使之成比例地改变。
保证二者之比值不变。
否则，如果比例严重失调，就可能造成生产事故，或发生危险。
又如，以重油为原料生产合成氨时，在造气工段应该保持一定的氧气和重油比率，在合成工段则应保持氢和氮的比值一定。
这些比值调节的目的是使生产能在最佳的工况下进行。
本实验比值调节系统的组成原理如下图所示：图13-1、比值控制系统原理图五、实验内容与步骤1）、连接好比值调节实验硬件连线。
如图13-2图13-2 实验接线图2）、启动工艺流程并开启相关仪器和计算机系统。
3）、设定好调节仪的各项参数。
和常规的PID调节参数设置相同4）、运行MCGS组态软件，进入实验系统相关的实验，如图13-3所示：图13-3、实验软件界面5）、调节比值器的放大系数，在泓格7000上实现，软件设定放大系数。
（计算超调量！）6）、观察计算机显示屏上实时的响应曲线，改变放大系数。
待系统稳定后 记录过渡过程曲线。
记录各项参数。
2.4、简单比值控制系统的仿真被控对象的数学模型为假设双闭环比值控制系统中的主动量控制系统的数学模型为式（1），从动量控制系统的数学模型为式（2）。
G （s ）=118310+-s e s（1） G （s ）=)145)(120(85++-s s e s（2） 在MATLAB 环境下对开环比值控制系统进行仿真，要求有主副被控对象的的响应曲线。
第三部分温度控制3.1、实验一、锅炉夹套水温PID整定实验（动态）一、实验目的1）、了解不同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。
4）、了解PID参数自整定的方法及参数整定在整个系统中的重要性。
5）、分析动态的温度单回路控制和静态的温度单回路控制不同之处。
二、实验设备1）、AE2000B型过程控制实验装置、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根。
2）、万用表一只。
三、实验原理图11-1、温度控制系统本系统所要保持的恒定参数是锅炉夹套温度给定值，即控制的任务是控制锅炉夹套温度等于给定值，采用工业智能PID调节。
四、实验内容与步骤（一）、比例调节器（P）控制1）、按图11-1所示方块图的要求接成实验系统。
如下图：图11-2 系统连线图2）、打开相应的阀门，启动变频器往锅炉进水，约经1-2分钟后，关闭变频器，保证夹套内有水。
3）、开启相关仪器和计算机，运行软件，进入相应的实验，如图11-3所示：图11-3、实验软件界面4)、把智能调节器置于“手动”，输出值为小于等于10，把温度设定于某给定值（如：将水温控制在40。
C），设置各项参数，使调节器工作在比例（P）调节器状态，此时系统处于开环状态。
5）、启动变频器，以15Hz的频率启动循环水系统。
6）、运行MCGS组态软件，进入相应的实验，观察实时或历史曲线，待水温（由智能调节器的温度显示器指示）基本稳定于给定值后，将调节器“手动”切换至“自动”位置，使系统变为闭环控制运行。
待基本不再变化时，加入阶跃扰动：6）、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）3.2、实验二. 锅炉夹套和锅炉内胆温度串级控制系统一、实验目的1）、熟悉串级控制系统的结构与控制特点。