炉温控制实验报告计算机控制系统课程实验.doc

《计算机控制系统》 实验报告 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。 2．研究采样周期T对系统特性的影响。 3．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 2．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 ： 1． 系统结构图示于图1－1。 图1－1 系统结构图 图中 Gc（s）=Kp（1+Ki/s+Kds） Gh（s）=（1－e-TS）/s G p（s）=1/（Ts+1） 2．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/DD/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，以及可控硅对电热炉的控制等组，第二部分电路原理图见附录一。炉温控制的基本原理是：改变控制可控硅导通的占空比，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。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灯的闪耀表示系统正在加热，如果炉温温度低于设定温度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。 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、实验步骤 ： 1．启动计算机，在桌面双击图标 [Computerctrl]或在计算机程序组中运行[Computerctrl]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。 3．20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。 闭环控制 4．选中[实验课题→炉温控制实验→闭环控制实验]菜单项,鼠标单击将弹出参数设置窗口。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σp。 5．重复步骤4，改变PID参数，观测波形的变化，记入下表中： 性能指标 参数 响应曲线 Kp Ki Kd 1.5 2 0 如图1 1.1 0.5 0 如图2 1 0.5 5 如图3 0.5 3 6 如图4 0.5 3.5 6.5 如图5 图1 图2 图3 图4 图5 五、实验数据分析： 1、过渡过程为最满意时的Kp, Ki, Kd及其响应曲线: 最满意时的Kp=0.5, Ki=3.5, Kd=6.5.响应曲线如图5。 2、温度控制系统有效的选择Kp, Ki, Kd方法： 本实验我们采用的是控制变量法来做的，即在初始数值的基础上改变（变大或者变小都行）一个数值，观察炉温曲线的变化趋势，并初步得出这个变量对于曲线哪一部分有影响。对其中每一个可控变量应用此方法，最后根据我们的需要改变所有变量值，这样得出的曲线应该就能更加切合我们的需要。 3、实验中问题分析： 最后一组响应曲线虽然最后能趋于稳定，但是稳态响应和实验所要求的50摄氏度有点出入。由于我是衣法臻老师的双语计算机控制班的，我们的教学内容很少有涉及到PID控制，所以做起这个实验来不是很得心应手，不太清楚到底应该怎么去调节三个参数才能让系统有更好的响应曲线。由于实验课上的时间有限，最后没能得到完美的响应曲线，还是有些遗憾的。