电烤箱温度控制系统设计

电烤箱的炉温控剌系统设计

创作时间：二零二一年六月三十日

作者姓名

作者学号

指导教师

学院名称

专业名称

创作时间：二零二一年六月三十日

摘要

PID控制用途广泛、使用灵活，已有系列化产物，使用中只需设定三个参数

(Kp,Ti和Td)即可.在很多情况下，其实纷歧定需要全部三个单位，可以

取其中的一到两个单位，但比例控制单位是必不成少的.

在工厂，总是能看到许多回路都处于手动状态，原因是很难让过程在“自

动”模式下平稳工作.由于这些缺乏，采纳PID的工'也控制系统总是受产物质

量、平安、产量和能源浪费等问题的困扰.P1D参数自整定就是为了处置PID

参数整定这个问题而发生的.现在，自动整定或自身整定的PID控制器已是商

业单回路控制器和分散控制系统的一个标准

单回路温度控制系统主要由计算机，采样板卡，控制箱，加热炉体组成.是由

计算机完成温度采样，控制算法，输出控制，监控画面等主要功能.控制箱装有温

度显示与变送仪表，控制执行机构，控制量显示，手控电路等.加热炉体由烤箱改

装,较为美观适合实验室应用.

计算机控制系统一般由控制计算机、A/D与D/A接口、执行机构、被控对

象、检测元件和变送器组成.本实验控制系统主要由计算机、电烤箱、智能控制

仪表、固态继电器、通讯模块、电压数显表等构成,其中智能控制仪表、固态继

电器、通讯模块、电压数显表装置于控制箱上.本设计通过调节PID参数来实现

炉温系统的控制.

关键词：单回路温度控制系统,PID控制,加热炉体,智能控制仪表,温度变送器，

热电阻，可控硅

创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日

目录

摘要I

第1章课程设计目的与任务1

1.1课程设计目的1

1.2课程设计任务与要求1

第2章炉温控制系统的组成2

2.1设计所需设备及参考资料•2

2.1.1设备2

2.1.2参考资料2

2.2炉温控制系统硬件组成2

2.2.1实验设备2

2.2.2设备通讯4

2.2.3智能控制仪表CD901简介5

2.3试验装置连线步伐7

2.4炉温控制系统硬件工作原理7

2.4.1前向通道工作过程7

2.4.2反馈通道工作过程8

第3章人机界面制作9

3.1软件设计目标9

3.2人机界面制作9

3.2.1建立新工程9

3.2.2画面的制作12

3.3画面的制作12

3.4建立数据辞书13

3.5建立动画连接14

3.6调试运行16

第4章PID控制作用及参数整定17

4.1PID的作用17

4.2PID控制器参数的整定17

4.3一般PID控制算法17

4.4工程整定方法介绍19

4.4.1建立新工程19

4.4.2临界比例带入法20

4.4.3经验法21

4.4.4电烤箱传递函数开环响应切线法参数整定22

创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日

第5章实验测试与整定24

感想与总结27

参考文献28

创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日

第1章课程设计目的与任务

1.1课程设计目的

本课程是隶属于实践性教学环节.

通过过程控制系统课程设计这一教学实践环节，使学生能在学完自动检测技

术及仪表、过程控制仪表、过程控制系统等课程以后，能够灵活运用相美基本知

识和基本理论模拟设计一个过程控制系统，以期培养学生解决实际问题的能力.

L2课程设计任务与要求

在基本掌握过程控制惯例控制方案的工作原理及参数整定步伐的基础上，针

对一个电烤箱设计炉温控制系统.

具体要求：

(1)电烤箱控制系统的工作方案设计、设备选型及其连线：

(2)炉温控制系统的对象-传递函数确定；

(3)单回路PID炉温控制的实现；

(4)利用组态王软件编制上位机监控软件；

(5)撰写规范化的说明书一份.

创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日

第2章炉温控制系统的组成

2.1设计所需设备及参考资料

2.1.1设备

电烤箱：1个；控制装置：1套；组态王软件：1套；温度丈量元件：1

个；双向可控硅调压元件：1个.

2.1.2参考资料

•过程控制系统

•组态王培训教程

•相关设备元件的说明书

2.2炉温控制系统硬件组成

2.2.1实验设备

实验控制系统主要由计算机、电烤箱、智能控制仪表、固态继电器、通讯

模块、电压数显表等构成,其中智能控制仪表、固态继电器、通讯模块、电压数

显表装置于控制箱上.监控计算机通过串行通讯与温度控制器（单回路控制器）

连接,实现数据收集、把持和记录的功能.温度对象由烤箱改造而成,增设风扇冷

却装置,加热由烤箱原加热部件实现.

由温度控制器输出一路控制信号连接至固态继电器，驱动电烤箱加热单位；

另一路控制信号连接至风扇用于冷却.设计热电阻检测烤箱内温度，检测输入热

电阻信号连接至温度控制器反馈端.其原理结构如图2.1所示.

双温室实验对象将烤箱用隔板隔成两部份，控制装置同样设置配置完全相同

两套,装置于统一的控制箱上.控制箱面板安插图如图2.2所示.

创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日

操作功能：

手自动选择监控计尊机用温实险对象

热电阻

爹数修改

PIDPTJ00

其它实验掾作

监视功能：系统维沪功能：

相应曲线参数没定

数据归档实脸选择电热击

U0数据其它参数V

捏制箱串行通讯

RS232/485

固息

纯电器

单回路

图2.1温度试验系统功能结构图

图2.2控制箱面板（单套控制系统）

本实验的检测元件为热电阻pllOO.热电阻最年夜的特点是工作在中高温区,

性能稳定，丈量精度高.本系统中电炉的温度被控制在0〜300度之间，为了留有

余地，我们要将温度的范围选在0〜400度，它为中高温区，所以本系统选用的是

热电阻pt100作为温度检测元件.

交流固态继电器是一种无触点通断电子开关，为四端有源器件.其中两个端子

为输入控制端，另外两端为输出受控端，中间采纳光电隔离，作为输入输出之间电

创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日

气隔离（浮空）.在输入端加上直流或脉冲信号,输出端就能从关断状态转酿成导通

状态（无信号时呈阻断状态），从而控制较年夜负载.整个器件无可动部件及触点，可.

实现相当于经常使用的机械式电磁继电器一样的功能.固态继电器如图2.3所示,

电压数显表如图2.4所示.

图2.3固态继电器2.4电控数显表

2.2.2设备通讯

实验装置采纳RS-232/RS-485转换器来实现计算机与仪表和控制器的通

讯.RS-232/RS-485转换器如图2.5所示.

RS-232/RS-485转换器，它按RS-232规定的协议工作.RS-232是规定连接电缆的

机械、电气特性、信号功能及传送过程.目前在IBMPC机上的C0M1、COM2

接口，就是RS-232c接口.当通信距离较近时，可不需要Modem,通信双方可以直

接连接，这种情况下，只需使用少数几根信号线.最简单的情况，在通信中根本不

需要RS-232C的控制联络信号，只需三根线（发送线、接收线、信号地线）即

可实现全双工异步串行通信.

B两端为CD901的通讯端，为标准的RS485接口.标准的DB9RS232接口信号

界说如下：

•TKD：发送数据（Transmitleddata-TxD）.通过TxD终端将串

行数据发送到MODEM.

•RKD：接收数据（Receiveddata-RxD）.通过KxD线终端接收

从MODEM发来的串行数据.

•SG：信号地信号线，无方向.

•RS-485可以采纳二线与四线方式，二线制可实现真正的多

点双向通信.RS-485使用一对双绞线，将其中一线界说为A,另一线界说

为B,如图2.6所示.

创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日

图2.5通讯转换器图2.6二线制RS-485

智能控制仪表的前部外观如下图2-8所示.

2.2.3智能控制仪表CD901简介

（1）智能控制仪表CD901的规格型号说明：

•PV：输入值（如：读入烤箱的温度值）

•SV：设定值（如：手

动给定或法式给定值）

•AT：自整定（绿）

•0UT1：第一控制输出

（加热侧）

•0UT2：第二控制输出

（冷却侧）

•ALM1；第一报警端

•ALM2：第二报警端

•SET：设置各种命令

•vR/S：位移及运行/停止图2.7CD901面板

•V：下移减小数字

•八：上移减年夜数字

CD901反面接线柱如下图2.8所示.

创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日

AC100TO2A0V113

214RS425通讯输入

15

控oun—3

制416

输0UT1--------517

出618

19

730空

至8JI

922

10

1123

电电明输A

1224

图2.8CD901背部接线图

（2）CD901的技术数据说明：

•热电阻：Pt100:

电压：0〜5V

电流：（）〜20mA,

•通讯：RS-232/RS-485转换器

•控制类型：4种

F：PID举措及自动演算（逆）

D：P1D举措及自动演算（正）

W：加热/冷却举措及自动演算（水冷）

A：加热/冷却举措及自动演算（风冷）

•设定命据：

测定值（PV）：来自被控对象的以后值

设定值（SV）：与输入范围同样

加热侧比例带（P）：1〜全距0.1〜全距

冷却侧比例带（Pc）：为P的1-1000%

积分时间（D：1〜3600秒

微分时间（D）1〜3600秒

加热侧比例周期（T）：1〜100秒

冷却侧比例周期（t）：1〜100秒

限制积分举措生效范围（ARW）：加热侧比例带

（P）的1〜100%

（3）CD901工作原理

CD901系列仪表可配置数字通讯接口，其接口为RS485,仪表与上位机通讯

为主动方式,采纳上位向仪表发出读写命令,仪表才会举措,通讯采纳ASCII码的

形式.CD901具有PID控制、自动演算、自主校正、设定命据帧、加热/制冷控

创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日

制、数字通讯、正举措、逆举措、温度报警（加热器断线报警、控制环断线报

警）等功能，可进行热电偶、热电阻输入，采样周期：0.5秒,过程值偏置：-1999

〜9999℃或・199.9〜999.9℃（温度输入）土全量程（电压/电流输入）全量.

2.3试验装置连线步伐

依照实验装置面板上的连线原理图将系统运行时的线路连接上，连线原理图

如下图2.9.

图2.9面板上的连线原理图

•硬手动（手动给定）连线：硬手动时分另J连接至调压模块接线柱③、

④；

•OUT1连线：非硬手动时分别连接至调压模块接线柱③、④；

•OUT2连线：当使用风扇制冷时使用.

•TC连线：当使用检测元件作为反馈值时使用.

2.4炉温控制系统硬件工作原理

主机电源箱、多功能检测实验装置、光电转速传感器■光电断续器（已装在

转动源上）、转动源.

2.4.1前向通道工作过程

前向通道有两中工作方式，自动和手动，即可控硅模块的输入可以由计算机

通过数据收集卡的D/A通道自动给定，也可以在控制面板上手动调节，两种方式

只能选择一种.可控硅输入Uk为1〜5伏电压,0〜1伏为死区，死区内输出为0,1〜5

伏电压输入对应0〜220伏电压输出Ud,对应关系为近似线性关系，如图2.1（）所

示.

创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日

图2.10可控硅输入输出关系

可控硅输出电压Ud加在加热炉上，使炉温上升.加热炉也有两种工作方式，二加

热体加热和四加热体加热，功率分别为600瓦和1200瓦,其温度范围分别为

0-220度和0〜300度，每台加热炉因保温效果和加热体实际功率分歧，其温度范

围也不尽相同，本文使用第二种方式测定命学模型参数并进行设计.

2.4.2反馈通道工作过程

反馈通道首先由热电阻Pt100的检测炉温，温度变送器将热电阻的阻值变动

转换放年夜为两路输出信号，一路为0-30()度的温度信号，通过数码显示管在温

度控制装置上显示出来，另一路为0〜5伏的电压信号，通过数据收集卡PCI1711

的A/D通道送入计算机，两路信号近似线性比例约为60.计算机经过计算处置,

获得新的控制量，输出给可控硅.

创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日

第3章人机界面制作

3.1软件设计目标

软件系统的开发要到达以下功能要求：

♦收集温度变送器的电压输出，其范围为。〜5V,即实现A/D功能;

♦输出控制量Uk,其范围也为。〜5V即实现D/A功能；

♦设计方便清晰的人机画面；

♦可以进行开环实验，并绘制加热炉升温曲线；

♦编程实现对收集到的数据进行滤波；

♦编程实现采纳一般PID控制.

3.2人机界面制作

3.2.1建立新工程

点击进入组态王工程管理器,如图3.1所示:

图3.1组态王工程管理器

点击“新建”或在文件菜单中选择“新建工程”,呈现如下提示:

创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日

新建工程向导之------欢迎使用本向导XJ

欢迎使用工程创建向导?

本向导将帮助您方便、快捷的创建新的祖态王

工程。

创建工程请单击“下一步”。

取消创建谙单击“取消”・

＜上一步回|击澎：®二M取消I

图3.2新建工程向导之一

点击"下一步'’呈现如下窗口，输入将建立的工程路径:

新建工程向导之二一选择工程所在路径X

（上一步越）|下一步国）＞|取消|

图3.3新建工程向导之二

点击“下一步”,输入所建新工程的名称：

创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日

图3.4新建工程向导之三

点击“完成”,并选择“是”,将新建的工程设为以后工程:

图3.5组态王工程管理器

双击新建的工程,由于未装过加密狗，所以会有以下提示,只能在演示方式下进入开发环境,开发环境连续使

用两个小时后自动关闭,必肃重新启动组态匕

创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日

依照相应的提示把持后，弹收工程浏览器窗口、画面制作开发系统和组态王信息窗口，然后就可以进讨下•

步的工作了.

3.2.2画面的制作

3.3画面的制作

(1)制作“进入系统”画面，画面内容主要包括题目、系统简要说明、系统

实物示意图和画面选择.选中工程浏览器左侧的画面，在右侧窗口中双击“新建”,

呈现新画面属性对话框,如下图3.7所示：

图3.7新画面属性对话框

设置好属性后，点击“确定”，利用画面开发系统自带的工具箱、调色板等工

具进行画面制作.做好的进入系统的画面如图5-7所示.

(2)制作“炉温实时控制系统”，主要包括：题目、参数设定、主要参数显

示、控制按钮和温度曲线等，其中绘制实时温度曲线是用“温控曲线”控件来实现

的.

创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日

3.4建立数据辞书

在工程浏览器中单击数据库、数据辞书（如图5-8），在右边窗体中双击“新

建”，可以建立内存离散、内存整数、内存实数、内存字符串、I/O离散、I/O整

数、I/O实数、I/O字符串和存储器九种类型的变量,每种变量都有各自分歧的属

性.变量可以事先建立，也可以在编程或建立动画过程中根据所需随时建立[3].

在组态王中实现A/D、D/A功能不需要独自编程，只要在工程浏览器中建立

新设备，找到所用的板卡理光-CD901,并知道使用的通道号，即可以直接在数据

辞书里建立I/O变量来参数的设定、数据的收集与输出.

创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日

内

簿

内

内

穴B

内

h

内

内E

内

KE

角

角

摄

C

R

父>tuei

R詈

C

31M

a»waM3

M

Amaei

ff府M

aet«

■・>

(fxwwrnt

tfMWMt

图3.9数据辞书

在这个工程傍边需要的9个变量及变量的类型和其他属性如下表5.1：

表3-1界说的变量

变量互称变量类型连接设备数据类型寄存器

PV1/0实型CD901FLOATMO

SVI/O实型CD901FLOATM8

AUTO_TUNI1/01雀散型CD901BITM15

NG

H_PI/O实型CD901FLOATM17

H」I/O实型CD901FLOATM18

H_DI/O实型CD901FLOATM19

ON内存离散型CD901

Runtime内存整型CD901

DevicelD内存整型

其中PV暗示以后值，SV暗示给定值，AUTO.TUNING暗示自动切换值,

H_P喑示加热比例系数，H_I暗示积分时间，H_D暗示微分时间，ON用来设置开

始标识表记标帜.Runtime暗示以后时间，DevicelD用于构建数据库.

创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日

3.5建立动画连接

在建立好的画面上双击要建立动画连接的对象,会弹出“动画连接”窗口:

图3.10动画连接窗口

(1)对文本"####"：双击或用鼠标右键选择快速菜单中的“动画连接”，弹出如

上动画连接窗口，所有文本均选择“模拟值输出”按钮，在弹出的“模拟值输出连

接”对话框，在表达式口分别输入对应的变量名，整数位、小数位对应选择数值.

如下图5・10所示.其他属性默认,单山“确定、返叵并确定.

图3.11模拟值输出连接

(2)对按钮：用同样的方法进入动画连接对话框，选择“弹起时”,进入“命令语

言对话框”,对三个按钮分别输入：

•开始按钮：\\本站点\ON二1;

创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日

SQLConnect(DeviceID,,,dsn=mine,dalabase=table,');

SQLCreateTableCDevicelD/'biao'V'table");

•结束按钮：ON=0;

SQLDisconnect(DevicelD);

・退出按钮：ON=0;

exit(O);

如下图3.12所示:

图3.12按钮命令对话框

（3）对画面：在屏幕上单击鼠标右键，在呈现的快捷菜单中选择画面属性，在

呈现的画面属性对话框中选择命令语言，呈现画面命令对话框，将采样时间改为

1000,在空白处键入：

if（\\本站点\ON==1）

（

xyAddNewPoint（"caiy",\\本站点\Runtime,R本站点\PV,0）;

xyAddNewPoint（"caiy",\\本站点\Runtime,\\本站点\SYD；

\\本站点\Runtime=\\本站点\Runtime+l;

SQLInsertCDevicelD/'biao"/'bind"）;

）

3.6调试运行

先单击菜单项“文件/全部存”，再单击菜单项“文件/切换到View”；就进入运

行系统，单击“画面”中的“翻开”，翻开自己创立的工程，按开始按钮系统开始绘制

温度采样曲线.

创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日

第4章PID控制作用及参数整定

4.1PID的作用

比例控制能迅速反应误差，从而减小误差，但比例控制不能消除稳态误差，比

例系数Kp太小不容易到达给定，Kp过年夜，会引起系统的不稳定；积分控制的

作用是，只要系统存在误差，积分控制作用就不竭的积累，输出控制量以消除误差,

因而，只要有足够的时间，积分控制将能完全消除误差,积分作用太强会使系统超

调加年夜,甚至使系统呈现振荡；微分控制可以减小超调量，克服振荡，使系统的

稳定性提高，同时加快系统的静态响应速度，减小调整时间，从而改善系统的静态

性能.对炉温控制来说，由于加热炉的降温完全依靠自然散热，微分控制的作用其

实不明显.

4.2PID控制器参数的整定

PID控制器的参数可以在被控对象模型未知的情况下采纳试凑法来整定，试

凑法的步伐为：先比例、再加积分、最后加微分.首先只整定比例部份，由小到

年夜调节比例系数直到系统输出反应较快，超调较小，稳态误差到达允许范围内，

即可确定比例系数；然后加入积分作用，积分系数应由小到年夜，并将己整定好

的比例系数略微缩小,观察系统输出响应，直到静态特性较好,而且完全消除静差,

即可确定积分系数；最后加入微分作用，微分系数仍然是由小到年夜，同时配合

修改比例系数和积分系数，以获得良好的调节效果，确定微分系数.如果获得被控

对象模型，则可以采纳仿真试验来整定,可以节约时间.

对传递函数可近似为一阶惯性加滞后环节的被控对象：

目(4-1)

采纳典范PID控制器:，可以用Z—N(Zieglor—

Nichols）经验公式：

EH3(4-2)

进行初步整定,然后用试凑法进行微调整定.

4.3一般PID控制算法

PID控制器的微分方程为：

创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日

(4-3)

在计算机控制系统中，使用数字P1D,将上式离散化写成差分方程:

积分系数;

微分系数.

上式是位置式PID算式,也可以写成增量式,其差分方程:

位置型PID控制算式因为要累加偏差，计算量年夜，不单要占用较多的存储

单位，而且方便于编写法式，计算机的任何故障都可能引起u(k)的年夜幅度变

动；增量式算法不需要做累加，控制量增量简直定仅与最近几次误差采样值rr关,

计算误差或计算精度问题对控制量的计算影响较小.这里采纳增量式暗示的位置

式PID,其差分方程为：

法式流程图如图4.1所示:

创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日

<选择一般PID>

।「।

调整参数Kp,Ki,Kd输入给定x(k)

------------否

是丁’

采样y(k)<

।।

y(Z)*标度变换系数1fy(外

x(k)-y(k)^e(k)

:一

u(k)=u(k-1)+攵-1)]+Ki*e(k)+Kc^e(k)-2*&k-1)+-2)]

J

代01)-&"2)

e(k)—>e(k—V)

〃(攵)一>〃(攵-1)

।j

u(k)*标度变换系数2->u(k)

输出u(k)

图4.1PID调节法式流程图

4.4工程整定方法介绍

4.4.1建立新工程

衰减曲线法是在总结临界比例带法基础上发展起来的，它是利用比例作用

下发生的4:1衰减振荡(w=0.75)过程时的调节器比例带61及过程衰减周期日,

据经验公式计算出调节器的各个参数.

衰减曲线法的具体步伐是：

(1)置调节器的积分时间习-8,微分时间日-0,比例带团为一稍年夜的

创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日

值；将系统投入闭环运行.

a结合此过程下的调节器比例带a,按表4-1计算出调节器的各个参数.

表4-1衰减曲线法计算公式

规律□a

Pa0

PI凶凶0

(3)按计算结果设置好调节器的各个参数，作阶跃扰动试验，观察调节过程,

适当修改调节器参数,到满意为止.

与临界比例带法一样，衰减曲线法也是利用了比例作用下的调节过程.从表

4-1可以发现，对-0.75,采纳比例积分调节规律时相对采纳比例调节规律引入

了积分作用，因此系统的稳定性将下降，为了仍然能获得V-0.75的衰减率，就需

将日放年夜1.2倍后作为比例积分调节器的比例带值.

图4.2衰减曲线

4.4.2临界比例带入法

临界比例带法乂称鸿沟稳定法,其要点是将调节器设置成纯比例作用,将系

统投入自动运行并将比例带由年夜到小改变，直到系统发生等幅振荡为止.这时

控制系统处于鸿沟稳定状态，记下此状态下的比例带值，即临界比例带可以及

振荡周期凶，然后根据经验公式计算出调节器的各个参数.可以看出临界比例

带法无需知道对象的静态特性,直接在闭环系统中进行参数整定.

临界比例带法的具体步伐是：

(1)将调节器的积分时间置于最年夜，即日-8;置微分时间区=0；置比例

带田于一个较年夜的值.

创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日

(2)将系统投入闭环运行，待系统稳定后逐渐减小比例带回，直到系统进入

等幅振荡状态.一般振荡继续4〜5个振幅即可,试验记录曲线如图4.3所示.

据记录曲线得振荡周期凶，此状态下的调节器比例带为秋「行克

(3)3>衣

??计算出调节器的各个参数.

表?？？?临界比例带法计算公式后1

规律ad凶

P□30

PI臼目0

(4)将计算好的参数值在调节器上设置好，作阶跃响应试验，观察系统的调

节过程,适当修改调节器的参数,直到调节过程满意为止.

4.4.3经验法

如果调节系统在运行中经常受到扰动影响，那么要获得闭环系统确切的阶

跃响应曲线就很困难，因此临界比例法和衰减曲线法都不能获得满意的结果.

通过长期实践，人们总结了一套参数整定的经验，称之为经验法.经验法可

以说是根据经验进行参数试凑的方法,它首先根据经验设置一组调节器参数，然

后将系统投入闭环运行,待系统稳定后作阶跃扰动试验,观察调节过程；如果过

度过程不令人满意，则修改调节器参数，再作阶跃扰动试验，观察调节过程；反

复上述试验,直到调节过程满意为止.

经验法整定参数的具体步伐是：

(1)将调节器的积分时间凶放到最年夜，微分时间可置于最小，据经验设置

比例带回值.将系统投入闭环运行，稳定后作阶跃扰动试验，观察调节过程，若过

度过程有希望的衰减率仲=0.75〜0.9)则可,否则改变比例带日值,重复上述试验.

(2)将调节器的积分时间可由最年夜调整到某一值，由于积分作用的引入使系

创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日

统的稳定性下降，这时应将比例带值回适当增年夜，一般为纯比例作用的1.2倍.

作阶跃扰动试验,观察调节过程，修改积分时间重复试验,直到满意为止.

(3)坚持积分时间大变，改变比例带，看调节过程有无改善，若有改善则继续

修改比例带，如无改善则反方向修改比例带，直到满意为止.坚持比例带不变修改

积分时间，同样反复试凑直到满意为止.如此反复凑试，直到有一组合适的积分时

间和比例带.

4.4.4电烤箱传递函数开环响应切线法参数整定

确定了开环响应方案后，同时完成组态软件与硬件的正常结合后.将手动控

制器接至固态继电器端，输出一个稳定电压X=220V(检测所得).

读取并读取开环温度响应曲线显示与上位机中，待温度最后稳按时保管数据.

用绘图软件做出响应曲线如下图所示：

图4.4开环温度响应曲线

在开环稳定温度在16()℃左右时,根据响应曲线确定一阶延时模型各参数:

创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日

T

控温局部曲线

160-

140-

0-TT01500

时间/S

图4.5局部切线法求参示意图

根据局部切线图中数据读取可得:

可得［3：

(4-7)

日

日

创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日

第5章实验测试与整定

（I）首先根据临届比例法，测出相应的比例系数.为1.7左右，通过前文介绍计

算方法获得年夜概的积分或微分时间，如图.

温度过程控制曲线

参数设置

参数显示

开始智停退出

图5.1

（2）如上曲线明显不符合实验目的,经检验，为测试比例值时呈现死区，重新测

试.可得如下曲线,可知微分作用过强.

创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日

参数设置温度过程控制曲线

—

1CC.C

比例系数：030.0140C

—130.C

积分时间：106120.0

110.0

1CQC

微分时间：

055*v.V

/

erC

/

7nn

给定值：112