水温控制系统实验

1、大学实验报告课程名称过程装备控制技术及应用系 专业1班 姓名实验名称水温控制系统实验(实验三)实验日期2013.7.7指导老师一、实验目的了解水温定值控制系统的结构与组成。掌握水温定值控制系统调节器参数的整定和投运方法。掌握临界比例度法整定调节器参数。研究调节器三参数的变化对系统静、动态性能的影响。了解P、PI、PD和PID四种调节器分别对水温定值控制的作用。二、实验设备实验对象、电源控制台、研华模块、计算机一台、万用表一个、实验连接线 若干。三、实验原理被控量为水的温度，实验要求系统的温度稳定在给定值。将温度传感器检测 到温度信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制加热时间，

2、以达到控制被控温度的目的。为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静 差控制，系统调节器应为PI或PID控制。四、实验内容与步骤突增(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。作广义过程的阶跃响应曲线，并由此确定被控过程的数学模型。采用临界比例度法整定调节器参数。在闭环情况下进行，设T=8，t=0， 使调节器工作在纯比例情况下，将比例度由大逐渐变小，使系统的输1 出响应呈现 等幅振荡，如图1所示。根据临界比例度、和振荡周期Ts，按表2所列的经验 算式，求取调节器的参考参数值分别适量改变调节仪的P、I、D参数，重复步骤，用计算机记录不同 参数时闭环系统的干扰阶跃响应曲线。

3、以上几种干扰均要求扰动量为控制量的5%15%,干扰过大可能造成系统 不稳定。加入干扰后，被测温度便离开原平衡状态，经过一段调节时间后，温度 稳定全新的设定值，记录此时的智能仪表的设定值、输出值和仪表参数，温度的 响应过程曲线将如图1所示。图1温控系统的阶跃响应曲线（4）分别用P、PD、PID三种控制规律重复上述步骤，用计算机记录不同 控制规律下系统的阶跃响应曲线。五、数据记录及结果分析由于系统环境基本相同（室温26C）,广义过程的特性参数确定同实验一， 此实验不再重复测量。（1）实验数据记录临界比例度实验、P、PI调节程序同PID实验程序（仅改变kp,ti,td值）， 如下表：实验程序（以PI

4、D控制为例）注释Dim DATA!, tep!, c!, pretep!, newsp!Dim RetVal As Long, IPAddress As StringDim wID%, wModuleName%Dim q0!, q1!, q2!, e1!, e2!, e3!, e4!, e5!, e6!, u1!, u0!, sp!, b!, f%,kp!, td!, ti!, oupt!, st%, a%, d! Dim wGain(0 To 9) As IntegerDim wHex(0 To 15) As Integer, fValue(0 To 15) As Double定义数据；Di

5、m byData(0 To 127) As Byte, wData(0 To 63) As IntegerPrivate Sub Command2_Click()Timer1.Enabled = FalseTimer2.Enabled = FalseIPAddress = byData(1) = 0RetVal = ADAMTCP_Write6KDO(IPAddress, 6050, 1, 1,1, byData(1)Label4.Caption =待检测”Label6.Caption =待检测”Label8.Caption =待检测”End SubPrivate Sub Command1_C

6、lick() sp = Val(Text1.Text)Timer1.Enabled = TrueTimer3.Interval = 1000Timer1.Interval = 5000Line (1200, 6240 - sp * 23.6)-(14640, 6240 - sp * 23.6), RGB(0, 255, 0)End SubPrivate Sub Command3_Click()Timer1.Enabled = FalseTimer2.Enabled = FalseIPAddress = byData(1) = 0RetVal = ADAMTCP_Write6KDO(IPAddr

7、ess, 6050, 1, 1,1, byData(1)Label4.Caption =待检测Label6.Caption =待检测Label8.Caption =待检测EndEnd SubPrivate Sub Command4_Click() sp = Val(Text1.Text)Line (1200, 6240 - sp * 23.6)-(14640, 6240 - sp * 23.6), RGB(0, 255, 0)End SubPrivate Sub Form_Load()停止按钮命令；开始按钮命令；采样时间5S；设定温度值；关闭按钮命令；设定温度确定按钮；u0 = 0 u1 =

8、0 el = 0 e2 = 0 e3 = 0 td = 26.5 kp = 27 ti = 106 q0 = kp * (1 + td / 5 + 5 / ti) ql = -kp * (1 + 2 * td / 5) q2 = kp * td / 5RetVal = ADAMTCP_Open() IPAddress = RetVal = ADAMTCP_Connect(IPAddress, 502, 2000, 2000, 2000) If RetVal Then BeepMsgBox Cant connect + IPAddress ADAMTCP_Close Unload Me End

9、If wGain(1) = 9 wModuleName = 6017 RetVal = ADAMTCP_Read6KAI(IPAddress, wModuleName, 1, wGain(0), wHex(0), fValue(0) DATA = fValue(1) tep = (DATA - 4) * 100 / 16 b = tep End SubPrivate Sub Form_Unload(Cancel As Integer) ADAMTCP_Disconnect ADAMTCP_Close Unload Me End SubPrivate Sub Timer1_Timer() IPA

10、ddress = wGain(1) = 9 wModuleName = 6017RetVal = ADAMTCP_Read6KAI(IPAddress, wModuleName, 1, wGain(0), wHex(0), fValue(0) DATA = fValue(1)给变量赋初始值；模块名称；从通道1采集传感器 进入模块数据 (4-20mA)；转换成温度值 (0-100C)模块名称；从通道1采集传感器tep = (DATA - 4) * 100 / 16 Label4.Caption = tepLine (a / 180 * 1344 + 1200, -b * 23.6 + 6240)

11、-(s1 / 180 * 1344 + 1200, -tep * 23.6 + 6240), RGB(205, 16, 26)b = tep u0 = u1 e1 = e2 e2 = e3e3 = (sp-tep)/100u1 = u0 + (q0 * e3 + q1 * e2 + q2 * e1) * 4.4 u1 = 3 + q0 * e3 * 4.4 If u1 4.5Then u1 =4.5 End IfLine (a / 180 * 1344 + 1200, -d * 23.6 * 3 + 6240)-(st / 180 * 1344 + 1200, -u1 * 23.6 * 3 +

12、 6240), RGB( 0, 255) d = u1Call appedatfile1 Label8.Caption = u1 a = stTimer2.Interval = Int(u1) * 1000) byData(1) = 1RetVal = ADAMTCP_Write6KDO(IPAddress, 6050, 1, 1, 1, byData(1)Timer2.Enabled = True End SubPrivate Sub Timer2_Timer() byData(1) = 0RetVal = ADAMTCP_Write6KDO(IPAddress, 6050, 1, 1, 1

13、, byData(1)Timer2.Enabled = False End SubPrivate Sub Timer3_Timer() sp = Val(Text1.Text) st = st + 1Label6.Caption = st End SubSub appedatfile1()进入模块数据 (4-20mA)；转换成温度值 (0-100C)对象视图温度输出曲 线.;控制量算法；限制控制的变化范围；对象视图控制量输出)，曲线；加热时间算法；计时器+1；Open C:Documents and SettingsAdministrator 桌 面 PID 调节.txt For Append

14、 As #1Write #1, st; Spc(8); tep; Spc(8); u1Close #1End SubPID实验数据（每隔三个采样周期取一组数据）时间（s）温度（C）时间（s）温度（C）时间（s）温度（C）525.154557582.52385114584.328992024.9301959082.75426116084.522773524.8859460583923775025.0614262083.27306119072.086686525.8670963583.41039120569.542998026.9733765083.47906122068

15、.380269528.3421166583.42413123567.9545311029.7306868083.83001125068.2429312531.505369584.05433126568.5923614033.5927471084.06654128069.260715535.6740672583.9353129569.9488817037.8988374084.01771131070.9178318540.5294975583.97344132572.0241120042.8305577084.34882134073.2051521545.24378584.44801135574

16、.0367723047.7744780084.0116137075.2361324550.0984281584.12299138576.4858526052.5612383084.11079140077.4792127554.8607684584.05433141578.5107129057.1557286083.88647143079.5239230559.1928875842487332061.6739289084.24812146081.14933563.7918790583.99177147581.9729935065.8365892084.179451490

17、82.5482636567.8675593584.40528150583.3417338069.4544995084.16114152083.7552439571.1543496584.36103153584.2420141072.9228798084.45411155084.4113842574.5113399584.31068156584.6860444075.88617101084.08637158084.8111745576.30427102584.20539159584.8798447078.01785104084.54261161084.8737348578.87999105584

18、.5304162584.7302950079.6292107084.68604164084.4983651580.36164108584.40528165584.5731353080.83009110084.39155167084.4983654581.26039111584.41138168584.6234856081.87381113084.2298170084.37934通过大量实验，我们得出，当kp=45时，可以得到较为理想的等幅振荡。将该参数进行临界振荡试验(在闭环情况下，设置Ti=8, Td=0,使调节器在纯比 例情况下工作)得以下实验曲线：温度控制系统当前寿度I：跄,舶口53度制

19、重 室当前寿度I：跄,舶口53度制重 室际止加热sieffiH： ； i雯书佃由族 曜色由街；根据Ziegler-Nichols方法的经验计算式：td=Tcu/8=26.5kp =0.6Kcu= 27 ti = Tcu/2=106 按此参数设置PID控制，作出相应曲线图如下：时网人设定温度600kp =0.6Kcu= 27 ti = Tcu/2=106 按此参数设置PID控制，作出相应曲线图如下：时网人设定温度60010001200L400由图线看出过程初始温度上升较快，并且超调量较小，温度基本稳定在设定值 Tsp=84.6C左右，基本符合温度控制系统的要求。（3）适当改变调节器的P、I、D参数为kp=27, ti =106, td=26.5，在系统稳 定后倒入一定量的冷水作干扰阶跃响应曲线。90 -i从曲线中可以看出，系统能在不超过15%的干扰作用下快速准确地稳定在给定值 的温度值上，可见该PID调节过程有效。（4）分别用P、PI、PID作响应曲线如下：P 控制（Kp=225）：温度控制系统iieea：互色曲咳：野厘-取俯zoo 19D 13Q 170 160 150 UO 130 120 11D 100 90 au 70 60 5u 40 30 坦 IDkD 60 LZ3