实验十五 单闭环温度恒值控制系统
实验单闭环比值控制系统
单闭环比值控制系统的信号 (xìnhào)连线
• 流量F1变送器FT101输出接在1#控制器的输入端〔PV〕，其输入的信号在计 算机内利用组态监控软件，除了在屏幕上显示，进行曲线绘制、存储外，还 在软件中进行乘法运算，与比值(bǐzhí)系数K’相乘，运算的结果通过智能模 块的模拟量输出端AO0连接到从动量控制器〔2#PID控制器〕的外给定端 〔SP〕
2. 检查管路阀门，翻开进入下水槽的管线手阀QV105、QV106，关闭进入中 水箱的管线手阀QV107、QV108。注意提高V103出口(chū kǒu)闸板 QV116在3cm以上，确保V103的积水能迅速流出。然后给系统加电；
3. 启动实验软件，选择“比值控制〞工程，两控制器都置于“手动〞；
第十二页，共14页。
单闭环比值(bǐzhí)控制系统
K’
GC2(s)
GV (s)
Gm2 (s)
F2
G0 (s)
Gm1 (s)
F1
单闭环比值系统方框图
• K’是决定两个变送器输出信号能否形成正确比例关系的关键
• 比值(bǐzhí)控制系统要求：假设管路1的流量发生变化，管路2的流量 就要尽快跟随，并在一定范围内始终保持与管路1流量的比例关系
7. 改变主动量F1分别为20%F1max、40%F1max、60%F1max、80%F1max、 F1max，然后按同样间隔返回；同时观察、记录F2流量跟踪的结果〔从电 磁流量计直接读出流量值〕，判断其是否能够保持正确的流量比，并将对应 数据填入相应的表格；
8. 让主动量在40%F1max处，待从动量稳定，在从流量F2系统中施加一外部 干扰〔适度翻开另一水阀，如QV107〕，观察其自身抗扰控制(kòngzhì)效 果。
实验34-温度控制系统的开环控制和闭环控制
实验三十四 温度控制系统的开环控制和闭环控制（自动控制理论—检测技术综合实验）一、 实验原理1．温度控制问题温度是一个极易受环境、负载变化而变化的物理量。
温度控制应用很广，从温室的温度、冶炼时的炉温、化工产品生产制造工艺过程对恒温的需要，到家用电器的温度控制（如电磁炉温度控制）、等等，都需保持温度为恒定值，或按照一定规律变化。
扰动导致的输出（温度）偏离希望值可以通过闭环控制得到抑制。
温度控制系统除了受到负载扰动（如电加热炉的水温控制中，热水因供水需要不断减少和不断补充加入的冷水）的影响外，与其它物理量（如转速、电压、电流等）的控制不同的是，被控的温度容易受到环境温度的影响；此外，温度控制对象（如电炉）具有滞后的特性，即除了一般系统的惯性)1(1+Ts 外，还有一个明显滞后的环节，构成了具有滞后特性的一阶(或二阶)环节：s e τ−1)(+=−Ts e K s G sp τ (34-1) 其中τ远大于T 。
由开环系统的Nyquist 图分析可知，当被控对象不存在滞后特性，即控制系统的开环传递函数为)1()(+=Ts K s G p 时，其Nyquist 图（图34－1）不包围（-1，j0）点，无论增益K 为多大，对应的闭环系统总是稳定的。
而对象具有滞后特性（式（34-1））时，对应的Nyquist 图如图34-2，由于纯滞后环节的相频特性加上τωτωj e j −=∠−)1(+Ts K 的滞后相频特性，相位比仅有)1(+Ts K 环节时更加滞后，Nyquist 图与负实轴有无穷多个穿越点。
当增益K 增大到一定程度时，Nyquist 图顺时针包围（-1，j0）点，系统不稳定。
图34-2 具有滞后特性的惯性环节的Nyquist 图Re Im 图34-1 惯性环节的Nyquist 图因此，温度的控制控制，不能简单地采用普通的PI 控制，或PID 控制，或其它的超前－迟后控制。
从闭环特征方程0)()(1=+s G s G p c 上看，特征方程所对应的相位延迟很大；而控制器（校正环节）的传递函数∏∏==−−=1111)()()(n i ic m j j c c c p s zs K s G (34－2) 中，校正环节中的PI 控制特性或校正网络极点仍具有迟后特性，会导致系统的不稳定性更严重；而其中的超前环节（零点）相对于滞后环节而言时间常数太短（电子元件构成的校正环节不可能产生足以补偿温度对象这样的纯滞后环节的时间常数），因此对系统存在的不稳定性无任何改善作用。
单闭环温度恒值控制系统实验中出现的问题及解决的方案
单闭环温度恒值控制系统实验中出现的问题及解决的方案
在单闭环温度恒值控制系统实验中，可能会出现以下问题：
1.温度波动过大：可能是由于环境温度变化、控制器设置不当或传感器失准等原因导致的。
解决方案可以是增加控制器的参数调整，确保温度控制精度，或使用更为精确的传感器。
2.温度无法达到设定值：可能是由于系统中温度控制器、传感器、加热器等设备的参数设置有误，或者是系统存在故障。
解决方案包括调整控制器参数以保证输出正确、检查设备是否故障等。
3.电源故障导致实验无法进行：此时需要更换电源或者检查电源相关的设备部件是否故障。
4.设备损坏：如果加热器或传感器等设备出现损坏，需要在保证安全的前提下将其更换。
总的来说，单闭环温度恒值控制系统实验中出现的问题可以通过检查设备是否故障、调整控制器参数以及更换设备等方法得到解决。
同时还需关注操作过程中的安全问题，确保实验能够安全进行。
《闭环电子控制系统的制作和调试作业设计方案-2023-2024学年高中通用技术地质版2019》
《闭环电子控制系统的制作和调试》作业设计方案第一课时一、设计目的：通过本次作业设计，学生将学到闭环电子控制系统的基本原理和工作方式，掌握相关的调试方法和技巧，培养学生的动手能力和解决问题的能力。
二、设计内容：1. 硬件设计：设计一个简单的闭环电子控制系统，包括传感器、控制器和执行器，能够实现基本的温度控制或速度控制。
2. 软件设计：使用Arduino或其他类似的开发板搭建闭环控制系统的软件，实现传感器数据采集、控制算法执行和执行器控制等功能。
3. 调试实验：通过实验验证闭环电子控制系统的性能，分析控制系统的稳定性和动态响应。
三、具体步骤：1. 硬件设计：(1) 选择合适的传感器和执行器，如温度传感器和风扇等。
(2) 搭建电路，连接传感器、控制器和执行器，设计合适的控制逻辑。
(3) 组装硬件系统，确保连接正确和稳定。
2. 软件设计：(1) 编写传感器数据采集程序，读取传感器数据并显示在串行监视器上。
(2) 设计控制算法，根据传感器数据计算控制输出并发送给执行器。
(3) 编写执行器控制程序，根据控制输出控制执行器的运行。
3. 调试实验：(1) 调试传感器：验证传感器数据的准确性和稳定性。
(2) 调试控制器：验证控制算法的正确性和稳定性，调节控制参数以优化系统性能。
(3) 调试执行器：验证执行器的灵敏度和响应速度，调节执行器参数以适应控制要求。
四、实验结果：通过本次实验，学生将实现一个闭环电子控制系统，能够实现基本的温度或速度控制功能。
学生将掌握控制系统的搭建和调试方法，培养解决问题的能力和动手实验的能力。
五、总结：通过本次作业设计，学生将深入了解闭环电子控制系统的原理和应用，掌握相关的调试方法和技巧，提高学生的实践能力和解决问题的能力。
希望学生能够在本次实验中取得好的成绩，并在以后的学习和工作中有所收获。
第二课时一、设计背景和目的随着电子技术的发展，闭环电子控制系统在工业自动化领域得到了广泛应用。
本设计旨在通过设计与调试闭环电子控制系统的过程，让学生掌握闭环控制原理、电子元件的选用和系统调试方法，培养学生的实践动手能力和问题解决能力。
温度闭环控制系统
自动控制理论温度闭环控制【实践目的及要求】【实践目的】1.在实验基础上，控制实际的模拟对象，加深对理论的理解；2.掌握闭环控制系统的参数调节对系统动态性能的影响；⒊设计一个直流电机转速的控制系统，使它达到相应的设计要求。
【设计要求】设计要求：1.使温度对应的变送电压在0V到10V可调。
2.稳态时无静态速度误差。
3.具有一定的抗扰动能力。
在做这个实验时，先在ACCT-II自动控制理论及计算机控制技术实验板上找到相应的单元。
连电路时，先把给定电压调到最低，然后才开始连接电路。
先是一个比例器，然后是一个比例积分器，在比例积分器后接加温室的输入，把加热室的输出接一个反相器，然后在接到给定电压的输入端，构成一个负反馈。
实验的接线图如图2所示，除了实际的温度变送器、脉宽调制器和电压表外，其它的模拟电路是由ACCT-II自动控制理论及计算机控制技术实验板上的运放单元、近似调节器和反相器组成。
具体参数如下：R 0=R1=R2=100KΩ，R3=100KΩ，R4=1MΩ，R5=100KΩ，C1=1μF，Rf/Ri=1。
【实践原理】温度控制系统框图如下图1所示，由给定、近似调节器、脉宽调制电路、加温室、温度变送器和输出电压反馈等部分组成。
在参数给定的情况下，经过运算产生相应的控制量，使加温室里的温度稳定在给定值。
给定Ug由ACCT-II自动控制理论及计算机控制技术的实验面板上的电源单元U1提供，电压变化范围为1.3V～15V。
但是在做这个实验前，要先测出室温对加温室的影响。
就是在给定电压为0的时候，看加热室反馈回来的电压是多少。
然后在连接好的电路上，所加的电压一定要大于这个电压，不然，所做的试验就没有效果。
所以，理论上电压是可以从0～15V开始调整，但是，最低电压也要大于室温给加温室的反馈电压。
调节器的输出作为脉宽调制的输入信号，经脉宽调制电路产生占空比可调0～100％的脉冲信号，作为对加温室里电热丝的加热信号。
温度测量采用Cu50热敏电阻，经温度变送器转换成电压反馈量，温度输入范围为0～200℃,温度变送器的输出电压范围为DC0～10V。
温度单回路控制实验
温度单回路控制实验一．实验目的通过实验掌握单回路控制系统的构成。
学生可自行设计，构成单回路温度控制系统，并采用经验法整定单回路控制系统的PID参数。
二．实验装置面板图三．实验内容：1. 设计单回路温度控制系统，并进行正确接线。
2. 熟悉组态王软件的使用和参数设置的方法。
3. 温度单回路闭环控制系统的参数整定和分析。
四．实验接线图及设备所用设备：水泵、变频器、压力变送器、主回路调节阀、副回路调节阀、可控硅、热电阻、温度变送器、牛顿模块（输入、输出）。
五．控制系统原理图3．将变频器控制选择开关放在“内控”位置，使水泵在恒压供水状态下工作，打开加热筒进水阀V1（在实验装置面板背面），将加热圆筒内注满水（观察加热圆筒外玻璃管液位计显示），直至出水管有水流出。
4．确认接线无误并且加热筒注满水后，接通加热器电源，在实验界面中，手动自动按钮选择手动，同时调整PID设定中的U（K）0使流量约为12%左右，U（K）约为200左右，保持U（K）0与U（K）不变。
5．待加热筒水温稳定后（观察PV值，不变化为稳定），设定PID参数，加给定值扰动，即调整给定值SP，使SP大于PV。
6．在实验界面中，手动自动按钮选择自动，选择实时曲线，观察温度变化。
7. 同时可点击“历史曲线”按钮，观察温度响应的历史曲线，并进行数据分析。
8. 重复实验步骤5、6，完成不同PID参数整定，使温度响应达到接近4：1衰减曲线。
七．注意事项1．接线后未经教师检查严禁接通总电源。
2. 循环水从水槽经底部水管由水泵抽出流过调节阀Ⅰ，流量计Ⅰ，电磁阀V1到达加热圆筒，加热筒水满后由上部水管溢出经V10到达下水箱并由下水箱流回到水槽。
若加热筒内无水或水不够时打开加热器，则会报警以避免干烧。
3．不要频繁修改PID参数，待温度稳定后再进行修改。
4. 验曲线以计算机截图的方式进行保存，打印后附于实验报告后。
51系列单片机闭环温度控制实验报告
成绩：重庆邮电大学自动化学院综合实验报告题目：51系列单片机闭环温度控制学生姓名：***班级：学号：同组人员：李海涛陈超指导教师：***完成时间：2013年12月一、实验名称：51系列单片机闭环温度控制实验——基于Protuse仿真实验平台实现基本情况：1. 学生姓名：蒋运和2. 学号：3. 班级：4. 同组其他成员：二、实验内容(实验原理介绍)1、系统基本原理计算机控制技术实训，即温度闭环控制，根据实际要求，即加温速度、超调量、调节时间级误差参数，选择PID控制参数级算法，实现对温度的自动控制。
闭环温度控制系统原理如图：2、PID算法的数字实现本次试验通过8031通过OVEN 是模拟加热的装置，加一定的电压便开始不停的升温，直到电压要消失则开始降温。
仿真时，U形加热器为红色时表示正在加热，发红时将直流电压放过来接，就会制冷，变绿。
T端输出的是电压，温度越高，电压就越高。
8031对温度的控制是通过可控硅调控实现的。
可控硅通过时间可以通过可控硅控制板上控制脉冲控制。
该触发脉冲想8031用软件在P1.3引脚上产生，受过零同步脉冲后经光偶管和驱动器输送到可控硅的控制级上。
偏差控制原理是要求对所需温度求出偏差值，然后对偏差值处理而获得控制信号去调节加热装置的温度。
PID控制方程式：式中e是指测量值与给定值之间的偏差TD 微分时间T 积分时间KP 调节器的放大系数将上式离散化得到数字PID位置式算法，式中在位置算法的基础之上得到数字PID 增量式算法：3、硬件电路设计在温度控制中，经常采用是硬件电路主要有两大部分组成：模拟部分和数字部分，对这两部分调节仪表进行调节，但都存在着许多缺点，用单片机进行温度控制使构成的系统灵活，可靠性高，并可用软件对传感器信号进行抗干拢滤波和非线性补偿处理，可大大提高控制质量和自动化水平；总的来说本系统由四大模块组成，它们是输入模块、单片机系统模块、计算机显示与控制模块和输出控制模块。
举例说明单闭环比值控制系统的工作过程
举例说明单闭环比值控制系统的工作过程
单闭环比值控制系统是一种常见的自动控制系统，它通过测量被控对象（如温度、压力等）与给定参考值之间的误差，并利用控制器对输出信号进行调整，从而实现对被控对象的控制。
下面以温度控制系统为例来说明单闭环比值控制系统的工作过程：
1. 设置参考值：首先，我们需要设置一个目标温度作为参考值。
2. 测量过程变量：通过传感器实时测量被控对象（如温度）的当前值。
3. 计算误差：将测量到的当前值与设置的参考值进行比较，计算出误差（即偏差）。
4. 控制器调整输出：控制器根据误差信号来决定需要进行的调整动作。
比如，如果当前温度低于目标温度，则控制器会通过增加供热设备的输出来达到升温的目的。
5. 反馈控制：控制器对输出信号进行调整后，被控对象的状态会发生变化。
系统通过反馈机制重新测量被控对象的状态，并将新的测量值与参考值进行比较，重新计算误差。
6. 循环控制：系统会不断地重复上述步骤，通过不断调整输出信号来使误差逐渐减小，直到被控对象的状态稳定在设定值附近。
需要注意的是，单闭环比值控制系统只考虑当前的误差和输出调整，对于系统动态特性的影响较小。
有些情况下，可能需要更为复杂的控制方式，如采用多闭环控制系统来改善系统响应速度和稳定性。
以上就是单闭环比值控制系统的简要工作过程。
单闭环温度恒值控制系统的问题及解决
单闭环温度恒值控制系统的问题及解决单闭环温度恒值控制系统是一种常见的控制系统，用于实现对温度的精确控制。
然而，这种系统在实际应用中可能会遇到一些问题，需要采取相应的解决方案。
问题1：系统稳定性在单闭环温度恒值控制系统中，稳定性是一个重要的问题。
如果系统不稳定，温度将无法保持在设定值附近。
解决方案：1. 使用合适的控制算法：选择合适的控制算法可以提高系统的稳定性。
常见的控制算法包括比例-积分-微分（PID）控制器和模糊逻辑控制器（FLC）等。
根据具体情况选择最适合的算法。
2. 调整参数：对于PID控制器来说，合理调整比例、积分和微分参数可以改善系统稳定性。
通过试错方法或者自动调参算法进行参数调整。
3. 优化传感器位置：传感器位置对于温度测量精度和系统稳定性有重要影响。
将传感器放置在最能代表整个系统温度变化的位置上。
问题2：扰动抑制在实际应用中，单闭环温度恒值控制系统可能会受到外部扰动的影响，导致温度偏离设定值。
解决方案：1. 反馈控制：使用反馈控制可以实时感知温度变化，并对控制器输出进行调整。
通过反馈控制可以抑制扰动对系统的影响。
2. 前馈控制：在系统中引入前馈控制可以预测扰动并提前进行补偿。
通过测量和预测扰动信号，提前调整控制器输出来抵消扰动的影响。
问题3：非线性特性单闭环温度恒值控制系统中，被控对象（如加热器）的非线性特性可能会导致系统输出与输入之间的关系不是简单的比例关系。
解决方案：1. 线性化模型：将非线性被控对象建模为线性模型，然后设计相应的线性控制器。
这种方法适用于非线性特性变化较小或者在某个工作点附近。
2. 非线性控制：使用专门设计的非线性控制算法来处理被控对象的非线性特性。
常见的方法有模糊逻辑控制和神经网络等。
问题4：延迟问题在单闭环温度恒值控制系统中，由于传感器、执行器和控制器的响应时间，可能会产生延迟现象。
解决方案：1. 预测补偿：通过建立模型预测系统响应延迟，并提前调整控制器输出来补偿延迟。
仪表实验报告——温度控制系统
实验四温度控制系统（一）一．实验目的：1．了解温度控制系统的组成环节和各环节的作用。
2．观察比例、积分、微分控制规律的作用，并比较其余差及稳定性。
3．观察比例度δ、积分时间T I、微分时间T D对控制系统（闭环特性）控制品质的影响。
二．温度控制系统的组成：电动温度控制系统是过程控制系统中常见的一种，其作用是通过一套自动控制装置，见图4-1，使炉温自动维持在给定值。
图4-1温度控制系统炉温的变化由热电偶测量，并通过电动温度变送器转化为DDZ-Ⅱ型表的标准信号0～10mA直流电流信号，传送到电子电位差计XWC进行记录，同时传送给电动控制器DTL，控制器按偏差的大小、方向，通过预定控制规律的运算后，输出0～10mA直流电流信号给可控硅电压调整器ZK-50，通过控制可控硅的导通角，以调节加到电炉（电烙铁）电热元件上的交流电压，消除由于干扰产生的炉温变化，稳定炉温，实现自动控制。
三．实验内容与步骤：（一）观察系统各环节的结构、型号、电路的连接，熟悉可控硅电压调整器和电动控制器上各开关、旋钮的作用。
（二）控制系统闭环特性的测定：在以下实验中使用以下具体数值：δ1(50%)，δ2(80%)，T I1(50s)，T I2 (40s)，T D1(30s)来观察比例与积分控制规律的作用（1）考察比例作用将δ置于某值50%，记住δ旋钮在δ1的位置，积分时间置最大（T I=max），微分开关切向0，将干扰开关从“短”切向“干扰”，产生一个阶跃干扰（此时为反向干扰），同时在记录仪的记录线上作一记号，以记录阶跃干扰加入的时刻，观察并记录在纯比例作用下达到稳定的时间及余差大小。
（2）考察积分作用保持δ=δ1不变，置T I=T I1，同时在记录仪的记录线上作一记号，以记录积分作用加入的时刻，注意观察积分作用如何消除余差，直到过程基本稳定。
2．观测PI控制作用下的过渡过程保持δ1，T I1不变，将干扰开关从“干扰”切向“短”，产生一个正向阶跃干扰，观察过渡过程到基本稳定。
闭环恒温控制系统设计
热敏电阻的基本电路
VREF
R VO
RT
VREF
R
R
RT
R
仪器放大器
VO
1K（NTC）热敏电阻实测温度值
温度（℃） 电阻（KΩ） 温度（℃） 电阻（KΩ） 温度（℃） 电阻（KΩ）
15
1.85
25
1.20
35
0.81
16
1.75
26
1.17
36
0.77
17
1.70
27
1.12
37
0.74
18
1.62
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闭环恒温控制系统
设计目的和任务
❖ 设计目的：掌握测控电路的基本构成和调试方法 ❖ 设计任务：
1.设计一个温度采集系统，能够实时采集环境温 度；
2.设计一个闭环恒温控制系统。 ❖ 技术指标：
1.温度采集精度不大于0.1 ℃； 2.恒温控制范围20℃～40℃，步进0. 5℃。 ❖ 技术要求：模块兼容EDP试验箱，能够实现温度测 量和控制功能，并通过LCD显示。
调功电路
按键
试验箱调功电路
VCC
IO 大功率 电阻
在试验中，为了减低实验难度和 降低实验危险系数，通过单片机 IO编程对三极管的开关来实现对 一个大功率电阻供电，从而控制 大功率电阻的发热量，实现简单 的温度控制功能。
o V K K 3 NTC1 0 R1 VCC 2 1 1 1 0 R20/2W Q9 VCC 0 K R1 I/O
28
1.06
38
0.72
19
1.57
29
1.03
39
0.68
20
单闭环温度恒值控制系统出现问题及解决方案
单闭环温度恒值控制系统出现问题及解决方案
如果单闭环温度恒值控制系统出现问题，解决方案可以有以下几个：
1. 检查传感器是否损坏或失灵，需要更换或调整传感器。
传感器是感应温度变化，将这种变化转化为电信号输出的装置。
如果传感器损坏或失灵，将不能反映温度变化，导致系统不能正常控制温度。
2. 检查控制器是否正常工作，需要检查控制器的各个部件是否正常，例如查看继电器是否正常吸合，是否需要更换电容或电阻等元件。
3. 检查执行器是否损坏或失灵，需要更换或调整执行器。
执行器是负责控制加热器或制冷器的设备，如果执行器损坏或失灵，将不能正常控制加热器或制冷器的运转。
4. 检查供电电源问题，需要检查供电线路是否正常连接，线路是否老化，插头是否损坏等问题。
如果电源输入不稳定，也会影响到单闭环温度恒值控制系统正常工作。
5. 如果以上都正常，可以考虑更换控制系统中的程序或算法，或对现有控制系统进行升级更新，以提高系统的精度和稳定性。
总之，出现问题时，需要根据具体情况逐一排查，找出问题所在，才能有效解决并恢复系统的正常工作。
控制技术实验指导书
计算机控制技术实验指导及操作说明书实验十五单闭环温度恒值控制系统一、实验目的1．理解温度闭环控制的基本原理；2．了解温度传感器的使用方法；3．学习温度PID控制参数的配置。
二、实验设备1．THBDC-1型控制理论·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芯排线和USB电缆线各1根)3．PC机1台(含软件“THBDC-1”)三、实验原理1．温度驱动部分该实验中温度的驱动部分采用了直流15V的驱动电源，控制电路和驱动电路的原理与直流电机相同，直流15V经过PWM调制后加到加热器的两端。
2．温度测量端（温度反馈端）温度测量端（反馈端）一般为热电式传感器，热电式传感器式利用传感元件的电磁参数随温度的变化的特性来达到测量的目的。
例如将温度转化成为电阻、磁导或电势等的变化，通过适当的测量电路，就可达到这些电参数的变化来表达温度的变化。
在各种热电式传感器中，已把温度量转化为电势和电阻的方法最为普遍。
其中将温度转换成为电阻的热电式传感器叫热电偶；将温度转换成为电阻值大小的热电式传感器叫做热电阻，如铜电阻、热敏电阻、Pt 电阻等。
铜电阻的主要材料是铜，主要用于精度不高、测量温度范围（－50℃～150℃）不大的的地方。
而铂电阻的材料主要时铂，铂电阻物理、化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温元件和作为温度标准。
铂电阻与温度的关系在0℃～630.74℃以内为Rt＝R0（1＋at＋bt2）式中Rt――温度为t ℃时的温度；R0――温度为0℃时的电阻；t――任意温度；a、b――为温度系数。
该实验系统中使用了Pt100作为温度传感器。
在实际的温度测量中，常用电桥作为热电阻的测量电阻。
在如图15-1中采用铂电阻作为温度传感器。
当温度升高时，电桥处于不平衡，在a，b两端产生与温度相对应的电位差；该电桥为直流电桥。
图15-1 温度测量及放大电路4．温度控制系统与实验十三的直流电机转速控制相类似，虽然控制对象不同，被控参数有差别，但对于计算机闭环控制系统的结构，却是大同小异，都有相同的工作原理，共同的结构及特点。
基于TL494的单闭环温度控制系统的设计
经验交流
Technical Communications
基于 TL４ ９ ４ 的单闭环温度控制系统的设计
董圣英
（德州职业技术学院， 山东 德州 ２ ５ ３ ０ ３ ４ ）
摘 要：针对传统温度控制系统设计复杂的缺点，提出了一种新的温度控制设计思路。以 ＴＬ４９４ 为控制单元，采用 ＡＤ５９０ 为温度传感 器，组成温度闭环控制系统．该系统具有结构新颖、电路简单和控制方便等优点。实际运行结果表明，该系统控制精度高、运 行稳定，控制效果良好。
４ 结束语
本方法对于最终用户不能及时确定工艺方案的工作台或生
（上接第１１７页） Ｐ Ｗ Ｍ 控制信号． 用 Ｐ Ｗ Ｍ 控制信号去控制执行电路， 及时调整被 控制量温度，使实际温度始终与给定温度保持一致，形成温度闭环 控制。当反馈信号大于设定值时，通过 ＴＬ４９４ 的脉宽调制作用，其 ９ 脚与 １０ 脚并联输出信号的脉宽变窄，占空比变小，双向可控硅导 通时间减少，温度下降。当反馈信号小于设定值时，输出信号的脉 宽变宽，占空比变大，双向可控硅导通时间增加，温度上升，通过温 度闭环控制， 使实际温度与给定温度保持一致。
３．２．１ 输入电路
两个运算放大器 ＩＣ１Ａ、ＩＣ１Ｂ 都接成有源二阶低通滤波电路， 分别作为温度反馈信号和温度给定信号的处理电路。在电路设计 上，使两个输入电路完全对称。将有源二阶低通滤波电路的截止频 率 ｆｐ 设计为 ４Ｈｚ，根据有源二阶低通滤波电路中 ｆｐ＝０．３７ｆ０（ｆ０ 为 该滤波器的特征频率）选取 Ｃ１ 与 Ｃ２ 为 １ μ Ｆ，然后算得 Ｒ１ 与 Ｒ２ 为 １６ｋ Ω。这样可以滤除传感器由于输入引线过长而带来的高频 杂波干扰和平滑传感器信号本身的波动，使送到 ＴＬ４９４ 的 １脚即误 差放大器 Ｉ 同相输入端 ＩＮ＋ 的信号尽可能地平滑和相对稳定。在 有源二阶低通滤波电路与误差放大器 Ｉ 同相输入端 ＩＮ＋ 之间接有 １０ｋ Ω的限流隔离电阻。把 ＴＬ４９４ 的 １４ 脚输出的 ５Ｖ 基准电压，用
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实验十五单闭环温度恒值控制系统
一、实验目的
1．理解温度闭环控制的基本原理；
2．了解温度传感器的使用方法；
3．学习温度PID控制参数的配置。
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芯排线和USB电缆线各1根)
3．PC机1台(含软件“THBCC-1”)
三、实验原理
1．温度驱动部分
该实验中温度的驱动部分采用了直流15V的驱动电源，控制电路和驱动电路的原理与直流电机相同，直流15V经过PWM调制后加到加热器的两端。
2．温度测量端（温度反馈端）
温度测量端（反馈端）一般为热电式传感器，热电式传感器式利用传感元件的电磁参数随温度的变化的特性来达到测量的目的。
例如将温度转化成为电阻、磁导或电势等的变化，通过适当的测量电路，就可达到这些电参数的变化来表达温度的变化。
在各种热电式传感器中，已把温度量转化为电势和电阻的方法最为普遍。
其中将温度转换成为电阻的热电式传感器叫热电偶；将温度转换成为电阻值大小的热电式传感器叫做热电阻，如铜电阻、热敏电阻、Pt 电阻等。
铜电阻的主要材料是铜，主要用于精度不高、测量温度范围（－50℃～150℃）不大的的地方。
而铂电阻的材料主要时铂，铂电阻物理、化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温元件和作为温度标准。
铂电阻与温度的关系在0℃～630.74℃以内为Rt＝R0（1＋at＋bt2）
式中Rt――温度为t ℃时的温度；R0――温度为0℃时的电阻；
t――任意温度；a、b――为温度系数。
该实验系统中使用了Pt100作为温度传感器。
在实际的温度测量中，常用电桥作为热电阻的测量电阻。
在如图15-1中采用铂电阻作为温度传感器。
当温度升高时，电桥处于不平衡，在a，b两端产生与温度相对应的电位差；
该电桥为直流电桥。
图15-1 温度测量及放大电路
4．温度控制系统与实验十三的直流电机转速控制相类似，虽然控制对象不同，被控参数有差别，但对于计算机闭环控制系统的结构，却是大同小异，都有相同的工作原理，共同的结构及特点。
四、实验步骤
1、实验接线
1.1 用导线将温度控制单元24V的“+”输入端接到直流稳压电源24V的“+”端；
1.2 用导线将温度控制单元0～5V的“+”输入端接到数据采集卡的“DA1”的输出端，同时将温度变送器的“+”输出端接到数据采集卡的“AD1”处；
1.3打开实验平台的电源总开关。
2、脚本程序的参数整定及运行
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“”按钮和工具栏上的“”按钮(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“计算机控制技术应用算法”文件夹下选中“温度控制”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“步长设置”，将脚本算法的运行步长设为100ms；
2.3点击脚本编辑器窗口的调试菜单下“启动”；观察温度加热器内温度的变化。
2.4 当控制温度稳定在设定值后，再点击脚本编辑器的调试菜单下“停止”，重新配置P、
I、D的参数或改变算法的运行步长，等加热器温度冷却后再次启动程序，并观察运行结果。
2.5 实验结束后，关闭脚本编辑器窗口，退出实验软件。
注：为了更好地观测温度曲线，本实验中可将“分频系数”设置到最大。
五、实验报告要求
1．画出温度控制系统的方框图。
2．分析P、I、D控制参数对温度加热器中温度控制的影响。
六、参考程序
dim pv,sv,ei,ex,ey,k,ti,td,q0,q1,q2,op,x,Ts,ux,tv ‘变量定义
sub Initialize(arg)
WriteData 0 ,1
end sub
sub TakeOneStep (arg) ‘初始化函数pv = ReadData(1) '当前温度电压测量值
sv=50 '设置温度
k=20
ti=5
td=0
Ts=0.1 '采样时间100ms
ei=((sv-35)/30+1.18) -abs(pv) '当前偏差
q0=k*(ei-ex) '比例项
if Ti=0 then
q1=0
else
q1=K*Ts*ei/Ti '积分项
end if
q2=k*td*(ei-2*ex+ey) /Ts '微分项
ey=ex
ex=ei
op=op+q0+q1+q2
if op>=3.5 then
op=3.5
end if
if op<=1 then
op=1
end if
tv=35+30*(abs(pv)-1.18)
TTTRACE "温度=%f",tv '输出温度TTRACE "op=%f",op
TTRACE "ei=%f",ei
TTRACE "pv =%f",pv
WriteData op ,1
end sub
sub Finalize (arg) ‘退出函数WriteData 0 ,1
end sub。