计算机控制系统实验报告

实验名称：炉温控制实验

姓 名：

班 级：

任课教师：

完成时间：2012年04月01日

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实验一.炉温控制实验

一、实验目的

1?了解温度控制系统的特点。

.研究采样周期T对系统特性的影响。

?研究大时间常数系统 PID控制器的参数的整定方法。

二、实验仪器

1 . EL-AT-II型计算机控制系统实验箱一台

PC计算机一台

3 .炉温控制实验对象一台

三、炉温控制的基本原理

系统结构图示于图1— 1。

■ R(t)

■ R(t)

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1

1

1

；——

Gc (S)

——?

Gh (S)

Gp IS)

i|

i

1

1

YW

图1 — 1系统结构图

图中Gc ( s) =Kp (1+Ki/s+Kds)

Gh (s) = (1 — e-TS) /s

Gp (s) =1/ (Ts+1)

系统的基本工作原理

整个炉温控制系统由两大部分组成，第一部分由计算机和 A/D&D/A卡组成，主要完成温度采

集、PID运算、产生控制可控硅的触发脉冲，第二部分由传感器信号放大，同步脉冲形成， 以及触发脉冲放大等组成。炉温控制的基本原理是：改变可控硅的导通角即改变电热炉加热 丝两端的有效电压，有效电压的可在0?140V内变化。可控硅的导通角为 0?5CH。温度传感

是通过一只热敏电阻及其放大电路组成的，温度越高其输出电压越小。外部LED丁的亮灭表

示可控硅的导通与闭合的占空比时间，如果炉温温度低于设定值则可控硅导通，系统加热， 否则系统停止加热，炉温自然冷却到设定值。第二部分电路原理图见附录一。

3. PID递推算法：

如果PID调节器输入信号为e (t),其输送信号为u (t),则离散的递推算

法如下：Uk=Kpek+Kiek2+Kd(ek-ek-1),其中ek2是误差累积和。

四、实验内容：

.设定炉子的温度在一恒定值。

.调整P、I、D各参数观察对其有何影响。

五、实验步骤

1.启动计算机，双击桌面 计算机控制实验”快捷方式，运行软件。

2 ?测试计算机与实验箱的通信是否正常，通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信正常 后才可以继续进行实验。

20芯的扁平电缆连接实验箱和炉温控制对象，检查无误后，接通实验箱和炉温控制的电

源。

(开环控制实验没有做，略)

闭环控制

4?在实验项目的下拉列表中选择实验七 ［七、炉温控制］鼠标单击 按钮，弹出实验课题参 数设置对话框，选择PID,在参数设置窗口设置炉温控制对象的给定温度以及 Ki、Kp、Kd值, 点击确认在观察窗口观测系统响应曲线。测量系统响应时间Ts和超调量--。

5?重复步骤6,改变PID参数，观测波形的变化，记入下表中: (设定的炉温初始值为 50 C)

参数

性能指标

阶跃响应曲线

5%

Tp (秒)

Ts (秒)

Kp

Ki

Kd

1.000

0.020

1.000

见下方图

44%

190.6

8.2

0.750

0.020

1.000

见下方图

40%

216.4

10.5

0.750

0.100

0.500

见下方图

38%

275.5

18.0

0.500

0.300

0.500

见下方图

8%

275.5

2.8

uk是控制量，可控硅导通角控六、温度控制软件流程图

uk是控制量，可控硅导通角控

(图中ek为误差，ek1为上一次的误差，ek2为误差的累积和, 制量a =0?5bH, a =0导通角最大，a =5b导通角为零。)

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七、实验结果与截图

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八、实验感想与总结

在这次计算机控制系统实验中，还是收获颇多的，最主要的就是能够以实物(温控炉) 的形式，将 PID 理论知识中的各个参数，通过不断的调节，达到很好地控制炉温的目的，最 终使各项指标都达到最佳，从而对理论知识有了直观的理解。

其实， 这个实验还算是比较简单， 没有复杂的导