实验8 温度滞后控制系统设计.ppt
长滞后温度PID控制实验
长滞后温度PID控制实验一、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DCS过程控制实验装置， PC机，DCS系统与监控软件。
三、实验原理图8-1、温度控制系统原理图整个纯滞后系统如图8-1所示，加热水箱为纯滞后水箱提供热水，在加热水箱的出水口即纯滞后水箱的进水口装有温度传感器。
纯滞后水箱，中间固定有一根有机玻璃圆柱，9块隔板呈环形排布在圆柱周围，将整个水箱分隔为9个扇形区间，热水首先流入A区间，再由底部进入B区间，流过B区间后再由顶部进入C区间，如此再依次流过D、E、F、G、H最后从I区间流出，测温点设在E、H区间，当A区间进水水温发生变化时，各区间的水温要隔一段时间才发生变化，当进水水流流速稳定在1.5L/Min时，与进水水温T1相比E区间的水温T2滞后时间常数τ约为4分钟，H区间的水温T3滞后时间常数τ约为8分钟。
各隔板的上沿均低于水箱的外沿，这样如果水流意外过大则会漫过各隔板直接进入I区间再流出。
图8-1 纯滞后系统示意图四、实验内容和步骤此实验以纯滞后水箱的水温为检测对象，循环水流量恒定。
1、打开储水箱进水阀，主管路泵阀，副管路泵阀，旁路阀，关闭其他手阀，将储水箱灌满水。
打开五号加热水箱进水阀。
2、打开控制台及实验对象电源开关，启动DCS系统，连接好通讯线，将组态文件下载至现场控制器中，打开主管路泵、检测设备电源开关。
启动上位软件，进入实验八，如下图所示。
3、点击输出的设置按钮，设定输出值的大小，设定值为一个0~1的小数，对应调压模块。
首先设定一个初始开度，如0.5。
观察水温变化，当水温趋于平衡时，将调压模块开度（输出值）及水温填入下表。
4、点击输出的设置按钮，改变输出值的大小，如0.9，记录阶跃响应得过程参数，填入下表，以此数据绘制变化曲线，上位软件上亦可得到此曲线。
滞后控制系统设计
课程设计任务书摘要在工业过程中，大滞后系统普遍存在。
论文以一实验用加热装置为研究对象，针对该温度控制系统具有大滞后特点，采用Smith 预估控制器的控制方案。
理论分析该种控制系统与单回路PID 控制相比，具有更优的动态特性。
关键词：大纯滞后； PID；smith 预估目录引言 (1)第1章课程设计基本资料 (2)1.1软硬件平台 (2)1.2控制方案 (2)1.3流程： (3)第2章内胆加循环水单环定值控制 (4)第3章纯滞后常规PID控制 (5)第4章Smith预估补偿控制 (7)4．1 Smith预估补偿器原理 (7)4.2对象特性测试 (9)4.3实验步骤： (12)第5章总结 (13)参考文献 (14)引言在工业生产过程中，经常由于物料、能量的传输带来时间延迟的问题，即被控对象具有不同程度的纯滞后，不能及时反映系统所承受的扰动。
即使测量信号能到达控制器,执行机构接受信号后立即动作，也需要经过一个滞后时间，才能影响到被控制量，使之受到控制。
这样的过程必然会产生较大的超调量和较长的调节时间，使过渡过程变坏，系统的稳定性降低。
当τ/T 增加时，过程中的相位滞后增加而使超调增大甚至会因为严重超调而出现聚爆、结焦等事故。
我们通常将纯滞后时间与过程的时间常数TP 之比大于0.3的过程认为是具有大滞后的过程[1]。
传统的PID 控制一般不能解决过程控制上的大滞后问题，因此具有大滞后的过程控制被认为是较难的控制问题，成为过程控制研究的热点。
锅炉的炉温控制问题是一个典型的时间滞后问题。
第1章课程设计基本资料1．1软硬件平台沈阳理工大学信息科学与工程学院购置的“THJ-3型西门子PLC过程控制系统”是由实验控制对象、实验控制柜及上位监控PC机三部分组成。
它是本公司根据工业自动化及其他相关专业的教学特点，并吸收了国内外同类实验装置的特点和长处，经过精心设计，多次实验和反复论证而推出的一套全新的综合性实验装置。
实验8实验指导书具有纯滞后系统的大林控制
实验8实验指导书具有纯滞后系统的大林控制实验8 具有纯滞后系统的大林控制系统一、实验目的1．了解算法的基本原理；2．掌握用于具有纯滞后对象的制算法及其在控制系统中的应用。
二、实验设备1．THBCC-1型信号与系统?控制理论及计算机控制技术实验平台2．THBXD数据采集卡一块(含37芯通信线、16和USB电缆线各1根) )三、实验内容1．具有纯滞后一阶惯性环节大林算法的实现。
2．具有纯滞后二阶惯性环节大林算法的实现。
四、实验原理在生产过程中，大多数工业对象具有较大的纯滞后时间，对象的纯滞后时间对控制系统的控制性能极为不利，它使系统的稳定性降低，过渡过程特性变坏。
当对象的纯滞后时间与对象的惯性时间常数之时，采用常规的比例积分微分（PID）控制，很难获得良好的控制性能。
长期以来，人们对纯滞后对象的控制作了大量的研究，比较有代表性的方法有大林算法和纯滞后补偿预估)控制。
本实验以大林算法为依据进行研究，大林算法综合目标不是最少拍响应，而是一个具有纯滞后时间的一阶滞后响应。
它的等效闭环传递函数为要求的等效环节的时间常数，T为采样周期。
对零阶保持器法离散化，可求得系统的闭环传递函数：五、实验步骤1、实验接线1.1根据图8-1，连接一个惯性环节的模拟电路；1.2用导线将该电路输出端与数据采集卡的输入端“AD1”相连，电路的输入端与数据采集卡的输入端“DA1”相连；2、脚本程序运行2.1启动计算机，在桌面双击图标“THBCC-1”，运行实验软件；2.2顺序点击虚拟示波器界面上的开始钮和工具栏上的脚本编程器2.3在脚本编辑器窗口的文件菜单下点击“打开”按钮，并在“计算机控制算法VBS\计算机控制技术基础算法”文件夹下选中“大林算法”脚本程序并打开，阅读、理解该程序，然后点击脚本编辑器窗口的调试菜单下“将脚本算法的运行步长设为100ms；2.4点击脚本编辑器窗口的调试菜单下“启动”；用虚拟示察图输出端的响应曲线；2.5点击脚本编辑器的调试菜单下“停止”，修改程序中n(可模拟对象的滞后时间，滞后时间为n*运行步长，单位为ms；当运行步长，n的取值范围为1～5)值以修改对象的滞后时间，再点击“启动”按钮。
温度控制系统滞后校正
题 目: 温度控制系统的滞后校正初始条件：某温箱的开环传递函数为3()(41)sp e G s s s -=+要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、 试用Matlab 绘制其波特图和奈奎斯特图，计算相角裕度和幅值裕度；2、 试设计滞后校正装置，使系统的相角裕度增加15度。
3、 用Matlab 对校正后的系统进行仿真，画出阶跃相应曲线时间安排：指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日温度控制系统的滞后校正1 系统传递函数分析该传递函数由比例环节，延迟环节，积分环节，惯性环节组成。
1.1比例环节比例环节的传递函数和频率特性:1)(=s G 1)(=ωj G幅值特性和相频特性:。
)()(1|)G(j |)A (=∠===ωωϕωωj G对数幅频特性和对数相频特性:。
)(020lg1)20lgA()(L ====ωϕωω所以对数幅频特性L (ω)是ω轴线。
1.2延迟环节延迟环节的传递函数和频率特性:s e s G 3)(-= ωωj e j G 3)(-=幅频特性和相频特性:1|e *1||)G (j |)A(-3j ===ωωωϕωωωωω33.57)(3)()(3*-=-=∠=∠=-rad e j G j对数幅频特性和对数相频特性:ωωϕωω3*-57.3)(020lg1)20lgA()L(====由以上可知延迟环节不影响系统的幅频特性，只影响系统的相频特性。
1.3积分环节积分环节的传递函数和频率特性:ss G 1)(=ωωω901)(j e j j G -== 幅频特性和相频特性:ωωω11)(==j A 。
901)(-=∠=ωωϕj 积分环节的对数幅频特性和对数相频特性:。
-90)(-20lg )20lg(1/)20lgA()L(====ωϕωωωω由于Bode 图的横坐标按lg ω 刻度，故上式可视为自变量为lg ω ，因变量为L (ω)的关系式，因此该式在Bode 图上是一个直线方程式。
滞后校正设计自动控制原理PPT课件
Bode图法设计滞后校正网络
4. Bode图法滞后校正设计步骤
Step1: 根据稳态误差要求确定未校正系统的增益K， 并绘制bode图；
Step2：计算未校正系统的相角裕度，若不满足则继 续；
Step3： 根据相角裕度设计要求计算预期的截止频率， 并考虑引入滞后校正网络带来的的相角滞后（通常可 取为5°）。
得已校正系统的根轨迹仍然通过期望的闭环极点位置。
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根轨迹法设计滞后校正网络
【例2】反馈控制系统开环传递函数为
GH(s) K s(s 2)
要求闭环系统的性能指标为：
0.45 Kv 20
解: Step1：未校正系统根轨迹
Step2：
0.45
主导极点
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根轨迹法设计滞后校正网络
5. 频域滞后校正特点
① 改善系统稳态性能 滞后校正设计主要利用增益衰减的特性，故误
差系数增大，稳态误差变小 ② 响应速度变慢
使系统截止频率前移，导致动态响应速度变慢。 ③ 提高系统的相对稳定性
使系统相角裕度增大，保证了系统的稳定性。 ④ 抗干扰能力提高
高频段增益衰减变大，抑制高频噪声；
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L(c) 20lg
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Bode图法设计滞后校正网络
20lg GH ( j 'c )
20lg
20
j 'c (0.5 j 'c 1)
20 =20lg
c 1.5
10
Step6：计算滞后校正网络的极点：
p 1/ z / 0.015
Gc (s)
K(s z) s p
1 10
s 0.15 s 0.015
温度控制系统滞后校正环节设计
温度控制系统滞后校正环节设计一、引言在工业生产过程中，温度控制是一个非常重要的环节。
为了保持生产过程的稳定性和质量，需要对温度进行精确的控制。
然而，由于温度传感器存在滞后问题，控制系统输出的温度信号将滞后于实际测量值。
为了解决这个问题，需要设计一个滞后校正环节，用于补偿温度的滞后。
二、滞后校正原理温度传感器的滞后现象主要是由于传感器自身的响应速度和传输延迟引起的。
传感器的响应速度是指传感器从接收输入信号到产生输出信号的过程中所需要的时间。
传输延迟是指信号从传感器到控制系统的传输时间。
滞后校正的原理是在温度控制系统的反馈回路中增加一个补偿环节，通过对输出信号进行滞后处理，实现对温度的滞后校正。
具体的滞后校正算法可以根据传感器的响应速度和传输延迟来确定。
1.滞后校正器的位置：滞后校正器应该放置在温度控制系统的反馈回路中，通常放在控制器的输出端。
2.滞后校正算法：滞后校正算法的设计需要考虑传感器的响应速度和传输延迟。
一种常用的滞后校正算法是通过对输出信号进行延迟处理，使得输出信号与实际温度值保持一致。
具体的算法可以根据实际需求来确定。
3.滞后校正器的参数调试：一旦滞后校正器的算法确定，就需要通过实验来调试滞后校正器的参数。
参数调试包括滞后时间和补偿幅度的确定。
滞后时间是指滞后校正器对输出信号的延迟时间，补偿幅度是指滞后校正器对输出信号的增益。
通过不断调试参数，使得滞后校正器对温度的滞后校正达到最佳效果。
4.稳定性分析：在设计滞后校正环节时，还需要进行稳定性分析。
稳定性分析是指分析滞后校正环节对温度控制系统稳定性的影响。
通过稳定性分析，可以确定滞后校正环节的参数范围，以保证温度控制系统的稳定性。
四、实验验证设计完成滞后校正环节后，还需要进行实验验证。
实验验证可以通过对比滞后校正前后的温度数据来评估滞后校正环节的性能。
实验结果应该接近滞后校正前的实际温度值，以验证滞后校正环节的效果。
五、总结滞后校正环节的设计是温度控制系统中非常重要的一个环节。
滞后校正滞后超前校正ppt课件
1) R1C2 s
令：R1C1 1，R2C2 2
26
且设分母多项式分解为两个一次式，时间常数取为T1 、
T2 ，则上式可写成：
Gc
(s)
( 1 s
(T1s
1)( 2s
1)(T2 s
1) 1)
2、滞后-超前校正装置的零、极点分布
T1
式中， 1 2
1 2 T2
谐振频率ωr ； 谐振峰值 Mr ; 带宽频率ωb与闭环带宽0~ωb :
一 般 规 定 L(ω) 由 20lgA(0) 下 降 到 － 3dB 时 的 频
率，亦即A(ω)由A(0)下降到0.707A(0)时的频率叫作系
统的带宽频率。频率由0~ωb的范围称为系统的闭环带宽
。
5
二、频率法校正
6
低频段
R2Cs
1
＝1＋bTs
1 Ts
其中：b
R2 R1 R2
(b
1),T
( R1
R2 )C
21
2、滞后校正的零、极点分布
zc
1 bT
1 pc T
3、滞后校正装置的频率特性
Gc ( j )
jbT 1 jT 1
1 (b
2
T ) e j(arc tanbT arctanT )
L(ω)在开环截止频率ωc（0分贝附近）的区段。
频率特性反映闭环系统动态响应的平稳性和快速性。
时域响应的动态特性主要取决于中频段的形状。
反映中频段形状的三个参数为：开环截止频率ωc、中 频段的斜率、中频段的宽度。
为了使系统稳定，且有足够的稳定裕度，一般希望： 中频段开环对数幅频特性斜率为-20dB/dec的线段， ωc 较大，且有足够的宽度；
温度控制系统滞后校正环节设计
课程设计任务书学生姓名： 专业班级：指导教师： 谭思云 工作单位： 自动化学院题 目: 温度控制系统滞后校正环节设计 初始条件：传递函数为))(s/)(s .(s/KG(s)151150+++=的三阶系统描述了一个典型的温度控制系统。
用滞后补偿设计满足给定性能指标的补偿环节。
要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）（1） 设计滞后补偿环节，使系统满足9=P K 和相角裕度 50≥PM 的性能指标； （2） 画出系统在（1）校正前后的奈奎斯特曲线和波特图；（3） 用Matlab 画出上述每种情况的阶跃响应曲线，并根据曲线分析系统的动态性能指标；（4） 用Matlab 画出校正前后系统的根轨迹（5） 对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须写清楚分析计算的过程，给出响应曲线，并包含Matlab 源程序或Simulink 仿真模型，说明书的格式按照教务处标准书写。
时间安排：（1） 课程设计任务书的布置，讲解 （半天） （2） 根据任务书的要求进行设计构思。
（半天） （3） 熟悉MATLAB 中的相关工具（一天） （4） 系统设计与仿真分析。
（三天） （5） 撰写说明书。
（二天） （6） 课程设计答辩（半天）指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日摘要 (3)1 滞后校正原理及其装置 (4)1.1 滞后校正原理及特性 (4)1.2 滞后校正装置 (5)1.3 滞后校正参数设定步骤 (6)2 滞后校正环节的参数设计 (6)2.1 用频域法确定滞后校正参数 (6)2.2 校验滞后校正参数 (7)2.3 绘制校正前后奈氏曲线及波特图 (8)2.4 奈奎斯特稳定判据 (10)3 校正前后系统的动态性能分析 (10)3.1 系统的阶跃响应曲线 (10)3.2 系统的根轨迹 (11)3.3 系统的动态性能分析 (12)4 Simulink仿真 (13)4.1 校正前系统仿真 (13)4.2 校正后系统仿真 (15)5 心得体会 (18)参考文献 (19)附录 (20)附录一 (20)附录二 (20)本次课程设计的目的是完成对所给的温度控制系统进行滞后校正，使其校正后的系统满足要求的相位裕度并进行仿真。
温度控制系统PPT课件
2019/12/30
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2019/12/30
9Байду номын сангаас
温度显示模块
显示模块选择用数码管，数码管是由若干发光二极管组成的会发 光的半导体组件。数码管也有很多种类型。根据组成段数的不同有七段数 码管和八段数码管。七段数码管与八段数码管的不同之处在于，八段数码 管更加精确，比七段数码管多一位有效数字。根据发光二极管连接方式的 不同有共阳极数码管和共阴极数码管之分。发光二极管的阳极相连的就是 共阳极数码管，阴极相连的就是共阴极数码管。共阳极数码管的特点是二 极管的阴极是低电平就会亮起，是高电平时就熄灭。而共阴极数码管恰恰 相反，当二极管的阳极为高电平时就会亮起，是低电平时就会熄灭。
实物调试
实物的制作基本完成，能够实现所要求的基于PID算法的加热、制热。运用在实际中可进行水温 监测控制与加热等。
调试结果如下所示。当传感器测得温度低于设定温度时，启动加热，加热电阻升温，相应的指 示灯亮，同时相应的继电器吸合，继电器可以驱动负载（风扇、制冷片、加热管等）。当温度高 于报警值时，声光报警。
2019/12/30
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温度控制模块
本系统选用的温度控制器为继电器，电路图如图2-8所示，继电器 （英文名称：relay）是一种电控制器件，它的工作方式为：在电力输出电 路中，如果激励量（输入量）的改变满足设置条件，被控量会产生期望的 阶跃变化。在输入回路（控制系统）和输出回路（被控制系统）之间，它 具有一定的互动关系。在自动化的工作电路中，它受到了广泛应用。
2019/12/30
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温度采集模块
本系统的主要作用是对温度进行测量，选择用温度传感器，温度传感 器主要是把温度以电的形式表达出来，进而得出准确温度。这是整个测量 系统最重要的部分。将单片机与传感器结合是现在经常使用的手段。温度 传感器DS18B20可以直接对温度进行测量，并通过转化将温度呈现出来， 可以达到所需目的。
【2021】实验 温度滞后控制系统设计.完整资料PPT
四、实验步骤
❖ 将阀门F2-1、F2-6、F1-13 全开，将锅炉出水阀门F2-12 关闭。
❖ 打开变频器电源，给锅炉内 胆贮适量水（高于红线位置。
❖ 关闭变频器，关闭阀F2-1、 F2-6、F1-13、F2-9、F2-10， 打开阀F2-2、F2-7、F2-8， 为给盘管供热水作好准备。
常规PID控制，对参数整定提出更高要求。 盘管出水口温度滞后控制系统
自行设计表格记录实验数据。 滞后的原因通常有以下三种： 关闭变频器，关闭阀F2-1、F2-6、F1-13、F2-9、F2-10，打开阀F2-2、F2-7、F2-8，为给盘管供热水作好准备。
三、实验任务
❖ 被控量:盘管出水口水温,TT3检测 ❖ 控制量:三相调压模块,用变频器供水系统以固定的频
❖ 3 仿真模拟相同干扰进行主、副回路是系统输出波 动曲ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。
阶跃响应曲线：手动控制待盘管出口水温稳定于给定值时，将调节器切换到“自动”状态，待水温平衡后，突增（或突减）仪表设定 值的大小，使其有一个正（或负）阶跃增量的变化（即阶跃干扰，一般为设定值的5％～15%为宜。 关闭变频器，关闭阀F2-1、F2-6、F1-13、F2-9、F2-10，打开阀F2-2、F2-7、F2-8，为给盘管供热水作好准备。
实验八
盘管出水口温度滞后控 制系统
一、实验方法
❖ 1．以盘管输出温度为被控参数，以加热量为控制 参数，接线；
❖ 2．以仿真得到PI参数为预设参数，进行PI参数整定， 直至衰减比大约为4：1；
❖ 3. 记录至少两组PI参数的响应曲线，与不含盘管温 度对象进行比较。
二、实验原理
当输入量改变后，过程的输出量并不立即跟着 响应，而是要经过一段时间后才能作出反映，纯滞 后时间就是指在输入参数变化后，看不到系统对其 响应的这段时间。
《温度控制系统》PPT课件
2021/3/26
4
➢研究内容
本次设计控制对象是1L水的温度，主要要求如下： （1）能够连续测量水的温度值，用LCD1602显示水的实 际温度。
（2）能够设定水的温度值，设定范围是30℃～90℃。 （3）能够实现水温的自动控制，如果设定水温为85℃， 则能使水温保持恒定在85℃的温度下运行。 （4）用DS18B20做温度传感器，用单片机AT89C52和 PID算法控制电加热器，通过矩阵键盘的输入来控制水温 的设定值，数值采用LCD1602显示。
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➢小插曲
3.以前我用单片机烧写程序的时候都是用M8下载器，这次我是用 的串口烧写，需要的条件是USB转串口驱动，和一个STC-ISP软 件，注意要调节好对应的USB口。 4.在实习的时候我看了公司的不少程序蛮有感触的，我发现他对 变量的命名很好让人看到这个变量知道这个变量的作用，方法是 下划线和大小写。还有一个是扫描程序，用定时器让一个变量自 加，就等于到了某个时间单片机会去检查某个部位，本来我是打 算用中断写这些程序的。本次毕业设计我就用上了这些学到的东 西。初次用比较生疏。
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➢研究方案
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USB供电
➢电路设计
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晶振和复位电路
➢电路设计
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程序下载电路
➢电路设计
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报警电路
➢电路设计
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显示电路
➢电路设计
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矩阵键盘
➢电路设计
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2021/3/2622源自➢总结同时本设计还存在着一些不足，例如：系统的硬件设计 方面有待完善，可以增加各种保护功能和故障检测功能。 还有可以用12864显示温度曲线，或者用电脑和单片机 描出图形，使得PID参数更好的调节。 通过本次毕业设计我感受很深，从中学到了很多东西。 通过本次实践，不但培养了我们独立思考问题的能力， 同时也增强了我的动手能力，为以后步入工作岗位奠定 了基础。
温度控制系统滞后校正环节设计
1 无源滞后校正的原理1.1设计原理所谓校正，就是在系统中加入一些其参数可以根据需要而改变的机构或装置，使系统整个特性发生变化，从而满足给定的各项性能指标。
系统校正的常用方法是附加校正装置。
按校正装置在系统中的位置不同，系统校正分为串联校正、反馈校正和复合校正。
按校正装置的特性不同，又可分为PID 校正、超前校正、滞后校正和滞后-超前校正。
这里我们主要讨论串联校正。
一般来说，串联校正设计比反馈校正设计简单，也比较容易对信号进行各种必要的形式变化。
在直流控制系统中，由于传递直流电压信号，适于采用串联校正;在交流载波控制系统中，如果采用串联校正，一般应接在解调器和滤波器之后，否则由于参数变化和载频漂移，校正装置的工作稳定性很差。
串联超前校正是利用超前网络或PD 控制器进行串联校正的基本原理，是利用超前网络或PD 控制器的相角超前特性实现的，使开环系统截止频率增大，从而闭环系统带宽也增大，使响应速度加快。
1.2 无源滞后网络校正的原理无源滞后网路电路图如下。
1R图1-1无源滞后网络电路图如果信号源的内部阻抗为零，负载阻抗为无穷大，则滞后网络的传递函数为T s T s Ts Ts s U s U s G c 1111)()()(12++⋅=++==ααα分度系数时间常数在设计中力求避免最大滞后角发生在已校系统开环截止频率''c ω附近。
如图1-2所示，选择滞后网络参数时，通常使网络的交接频率Tα1远小于''c ω一般取=T α1''c ω/10图1-2校正装置的波德图当它与由于滞后校正网络具有低通滤波器的特性，因而系统的不可变部分串联相连时，会使系统开环频率特性的中频和高频段增益降低和截止频率减小，从而有可能使系统获得足够大的相位裕度，它不影响频率特性的低频段。
由此可见，滞后校正在一定的条件下，也能使系统同时满足动态和静态的要求。
1.3 设计步骤所研究的系统为最小相位单位反馈系统，则采用频域法设计串联无源滞后网络的步骤如下：C R R T R R R )(121212+=<+=α1） 根据稳态误差要求，确定开环增益K 。
实验九、控制系统的PID校正设计
1
一般选
1 c / 10 T1
， 8 ~ 10
，c
为校正前的幅值穿越频率
选择校正后系统的希望频率
c 2 ，
超前校正部分为： 1( s ) Gc
（4）超前校正器参数的确定。
L(c2 ) 10 lg
Lc 2 a 10 10
1 aT2 s 1 T2 s
m c 2
（5）验证
1
T 2
T 2
1
c 2
4.实验内容： 练习10－1； 练习10－2； 练习10－3；
1.6 绘图
实验八、控制系统的PID(滞后超前)校正设计
实验目的:
1. 应用频率综合法对系统进行PID校正综合设计；
2．学习用MATLAB对系统性能进行仿真设计、分析；
1．滞后校正设计原理 滞后校正（亦称PI校正）的传递函数为：
GC (S )
Ts 1
Ts 1
( 1)
其对数频率特性如图9-1所示，参数表征滞后校正验相位裕度和幅值裕度等指标是否满足要求， 不符合则重新计算；
一、实验设计原理 1．滞后超前校正的传递函数
滞后超前校正（亦称PID校正）的传递函数为：
GC (S )
(T2 S 1)(T1 S 1) ( T2 S 1)(T1 S 1)
( 1) , (T2 T1 )
它相当于一个滞后校正与一个超前校正相串联，其对数频率特性如图10-1所示：
2.设计原理：
滞后超前校正（亦称PID校正）的基本原理：利用 超前部分增大系统的相位裕度，同时利用其滞后部分来 改善系统的稳态性能。 滞后超前校正更多的是经验和试探
温度控制系统硬件设计PPT
温度变送器
AD574
主要研究内容
• 由于温度控制系统含有纯滞后的特性，因此本 设计的主要研究内容之一是控制对象的纯滞后补 偿。 为了克服纯滞后对系统的影响，用史密斯预 估器对系统进行补偿。其基本思路是预先估计出 系统在基本扰动下的动态特性，然后由预估器对 时滞进行补偿，使被延迟了的被调量超前反映到 调节器,使之提前动作，从而抵消掉时滞特性所造 成的影响，提高系统的稳定性。
30pF
X1 U1
19 12MH z VC C XTAL1 P0.0/AD 0 P0.1/AD 1 P0.2/AD 2 P0.3/AD 3 P0.4/AD 4 P0.5/AD 5 P0.6/AD 6 P0.7/AD 7 P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 P3.0/R XD P3.1/T XD P3.2/INT 0 P3.3/INT 1 P3.4/T 0 P3.5/T 1 P3.6/WR P3.7/R D 0 39 AD 1 38 AD 2 37AD 3 36 AD AD 4 35 5 34AD 6 33 AD 7 32 AD 21 22 23 24 25 26 27 28 10 11 12 13 14 15 16 17 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
PSEN ALE E A
D7 6 4 5
E 1 E 2 E 3 74LS138
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 AT 89C51
8
9
CLR
ENTER
A 1 2 4 5 74LS21 2 4 6 8 1 A 0 A 1 A 2 A 3 O E 74LS244 Y 0 Y 1 Y 2 Y 3 18 16 14 12 VC C
纯滞后控制技术PPT课件
在实际生产过程中，大多数工业对象具有较大的纯滞后 时间。对象的纯滞后时间τ对控制系统的控制性能极为不利。
当对象的纯滞后时间τ与对象的时间常数Tc之比， 即τ／ Tc≥0.5时，采用常规的PID控制来克服大纯滞后是很难适应的， 而且还会使控制过程严重超调，稳定性变差。
长期以来，人们对纯滞后对象的控制作了大量的研究。 但在工程实践上有效的方法还是不多。比较有代表性的方法
y(t)
Gp (s)e s
达林算法
在工业过程(如热工、化工)控制中，由于物料或能量的传输 延迟，许多被控制对象具有纯滞后性质。对象的这种纯滞后 性质常引起系统产生超调或者振荡。
在控制系统设计中，对这类纯滞后对象的控制，快速性是次 要的，主要要求系统没有超调或很少的超调。
达林（Dahlin）算法是专门针对工业生产过程中含有纯滞后 控制对象的控制算法。
0.8
0.2
0.6
0 0.4
-0.2
0.2 -0.4
-0.6
0
2
4
6
8 10 12 14 16 18 20
0
0
2
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8 10 12 14 16 18 20
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（1）振铃现象的分析
系统的输出Y(z)和数字控制器的输出U(z)间有下列关系： Y(z)=U(z)G(z)
系统的输出Y(z)和输入函数的R(z) Y(z)=Ф(z)R(z)
Φ(z) D(z)G(z)
D(z) 1 (z)
1 D(z)G(z)
G(z) 1 (z)
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（1）一阶惯性环节的达林算法 当被控对象为带纯滞后的一阶惯性环节时
G
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盘管出水口温度滞后控 制系统
一、实验方法
❖ 1．以盘管输出温度为被控参数，以加热量为控制 参数，接线；
❖ 2．以仿真得到PI参数为预设参数，进行PI参数整定， 直至衰减比大约为4：1；
❖ 3. 记录至少两组PI参数的响应曲线，与不含盘管温 度对象进行比较。
二、实验原理
当输入量改变后，过程的输出量并不立即跟着 响应，而是要经过一段时间后才能作出反映，纯滞 后时间就是指在输入参数变化后，看不到系统对其 响应的这段时间。
率把锅炉内胆热水恒速输送到盘管，流回锅炉内胆。
四、实验步骤
❖ 将阀门F2-1、F2-6、F1-13 全开，将锅炉出水阀门F2-12 关闭。
❖ 打开变频器电源，给锅炉内 胆贮适量水（高于红线位置。
❖ 关闭变频器，关闭阀F2-1、 F2-6、F1-13、F2-9、F2-10， 打开阀F2-2、F2-7、F2-8， 为给盘管供热水作好准备。
参考接线：
五、实验报告
❖ 1.说明实验方案，画出实验的结构图与 方框图。
❖ 2.自行设计表格记录实验数据。 ❖ 3.比较明不同参数对系统过渡过程的影响。
六、预 习
❖ 1 实验九 设计以中水箱为副对象，以下水箱为主对 象的串级控制系统；
❖ 2 根据已经建好的数学模型，用MATLAB仿真设计 串级控制系统，并进行副、主控制器的PI参数整定 ；
❖ 3 仿真模拟相同干扰进行主、副回路是系统输出波 动曲线。
滞后的原因通常有以下三种： ❖ 1、传输滞后 ❖ 2、测量滞后 ❖ 3、容量滞后
当物流沿着一条特定的路径传输时，路径 的长度和物流的速度是构成纯滞后的因素。
G0（s）=eτs
常规PID控制，对参数整定提出更高要求。
三、实验任务
❖ 被控量:盘管出水口水温,TT3检测 ❖ 控制量:三相调压模块,用变频器供水系统以固定的频
❖ 选择PID控制规律，整定调节器参数。
❖ 阶跃响应曲线：手动控制待盘管出口水温稳定于 给定值时，将调节器切换到“自动”状态，待水 温平衡后，突增（或突减）仪表设定值的大小， 使其有一个正（或负）阶跃增量的变化（即阶跃 干扰，一般为设定值的5％～15%为宜。
❖ 适量改变调节仪的P、I参数，重复上步，记录不同 参数时系统的响应曲线。