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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。其调节过程如下:
温度偏差(EV)PID调节器输出的脉冲宽度可控硅导通时间与发热管输
出功率加热装置温度实际温度(PV)
3、PWM控温原理
温度控制的功率输出我们采用脉冲宽度调制原理(PWM)来实现。如图
2所示,双向可控硅的输出端为脉宽可调的电压U。当双向可控硅的触发
角触发时,电源电压UAN通过双向
OUT
可控硅的输出端加到发热管的两端;当双向可控硅的触发角没有触发
信号时,双向可控硅关断。因此,发热管两端的平均电压为
UOUTtUANKUAN其中K=t/T,为一个周期TT中,双向可控硅触发导通的比
率,称为负载电压系数或者是占空比,K的变化率在0-1之间。普通是
周期T固定不便,调节t,当t在0-T的范围内变化时,发热管的电压
即在0-UAN之间变化,如图3所示,这种调节方法称为定频调宽法。将
位置式或者增量式PID算法的结果Un(Un)对摹拟量的连续控制转化为
Un(Un)对时间量的连续控制,使用双向可控硅直接控制加热管工作电流
的导通与断开。
TriggerUOUT双向可控硅UAUU加热管
图2双向可控硅加热控制电路
图3脉宽调制电压输出示意图
4、温度控制的两个阶段
温度控制系统是一个惯性
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