本次课标题：智能PID调节器的使用(共9页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上本次课标题：模块四 电加热温度控制系统的调试授课班级上课时间周 月 日 第 节上课地点过程控制实验室 周 月 日 第 节教学目的能正确集成电加热控制系统，并实施合理地调试。教学目标能力（技能）目标知识目标1、能用常用仪表组成合理的温度位式控制系统，并根据工艺要求调试好系统。2、能用控制仪表组成温度定值控制系统，并用相关的参数整定方法调试好系统，使系统的品质指标最佳。1、熟悉位式控制规律和系统结构。2、掌握可控硅电力控制器的工作原理与使用方法。3、熟悉温度控制系统的调试技术。重点难点及解决方法重点：温度定值控制系统的调试。难点：温度定值控制系统的调试。解决办法：温度控制

2、系统因时间常数大而使调试时间较长，也使实验结果显得麻烦些。应让学生在实践中认真体会，通过自我分析问题、处理问题的过程，逐渐提高能力。 参考资料1 高志宏主编，过程控制与自动化仪表，浙江大学出版社，2006年2 厉玉鸣主编，化工仪表及自动化，化学工业出版社，2004年.3 王森等主编，仪表工试题集，化学工业出版社，2003年第二版.4 解怀仁、杨彬彦主编，石油化工仪表控制系统选用手册，北京，中国石化出版，2004年5 吴勤勤主编，控制仪表及装置，化学工业出版社，2002年第二版.课前准备：多媒体课件制作、以4人/小组进行分组。模块四：电加热温度控制系统的调试本次课我们将对电加热水温控制系统进行集

3、成与调试。为了对电加热水温控制有一正确地理解、巩固所学知识，要求采用两种控制方法位式控制和定值控制来实现对水温的自动控制。这是因为位式控制由于简单、方便和易实现的突出优点而在工业实际中广泛应用，因此，掌握好该项技术的应用是十分必要的；同时，通过两种控制方法的对比，有助于加深对温度控制技术的正确理解，从而提高技术应用能力。一、实验要求为了进一步锻炼大家处理问题的能力、团队合作的能力，并为接下来的综合实践打下一定的基础，本次课将以小组的形式在明确实验任务的基础上，根据实训指导书的所述方法与步骤，小组独立完成整个实验过程。时间是4课时。希望大家做好小组的任务分工，明确各个成员职责，合作完成实验。实验

4、中应积极思考、科学安排，切忌在未搞清实验任务与原理的情况下仓促动手以造成人为事故的发生。同时，又要大胆实践，以对温度控制技术及单回路控制技术的应用，达到熟练的程度。二、任务提出某小型热水锅炉，其工艺流程如图1所示，冷水从上部加入，经加热后由下部出水管供给用户。工艺要求供水温度应保持在801的数值上，现采用电加热方式，要求采用位式控制和PID定值控制两种方法，实现对水温的自动控制。图1 电加热锅炉工艺流程图三、实验内容（1）根据控制方案正确选用控制仪表，并组成合理的控制系统（位式和定值）；（2）认真做好相关仪表和系统的运行前准备工作，并根据控制要求合理地设置好调节器的参数（位式和定值）；（3）根

5、据控制系统的特点与工艺要求，科学地调试系统以达到一定的品质指标（位式和定值）；（4）运行计算机监控系统，及时记录下不同系统的输出响应曲线及相关数据（位式和定值）；（5）认真总结实验过程，并做好实验数据的整理与加工工作以完成实验报告。三、课后作业完成实验指导书中的相应实验报告内容，积极尝试思考题。注：后附本次实验的实验指导书。专心-专注-专业附实验指导书实验一 锅炉内胆动态水温定值控制系统一、实验目的 1、进一步熟悉单回路温度控制系统的组成与工作原理。 2、研究P、PI、PD和PID四种调节器分别对温度系统的控制作用。 3、掌握好PID参数自整定的方法。 二、实验设备 1、THJ-2型高级过程控

6、制系统实验装置 2、计算机、上位机MCGS组态软件、RS232-485转换器1只、串口线1根 3、万用表 1只 三、实验原理 图2为一个单回路锅炉内胆动态水温定值控制系统结构示意图。图2 锅炉内胆动态水温控制系统的结构示意图其中锅炉内胆为动态循环水，变频器、磁力泵与锅炉内胆组成循环水系统。而被控的参数为锅炉内胆水温，即要求锅炉内胆水温等于给定值。实验前先通过变频器、磁力泵支路给锅炉内胆打满水，然后关闭锅炉内胆的进水阀门F1-13。待系统投入运行以后，变频器-磁力泵再以固定的小流量使锅炉内胆的水处于循环状态。在内胆水为静态时，由于没有循环水加以快速热交换，而三相电加热管功率为4.5KW，使内胆水

7、温上升相对快速，散热过程又相对比较缓慢，而且调节的效果受对象特性和环境的限制，导致系统的动态性能较差，即超调大，调节时间长。但当改变为循环水系统后，便于热交换及加速了散热能力，相比于静态温度控制实验，在控制的动态精度，快速性方面有了很大地提高。系统采用的调节器为工业上常用AI智能调节仪。 图3 锅炉内胆动态水温控制系统的方框图 四、实验内容与步骤 1、按图2要求，完成实验系统的接线。 2、接通总电源和相关仪表的电源。 3、打开阀F1-1、 F1-2、 F1-5和 F1-13，关闭其它与本实验无关的阀。用变频器-磁力泵支路给锅炉内胆打满水。待实验投入运行以后，变频器-磁力泵再以固定的小流量使锅炉

8、内胆的水处于循环状态。 4、手动操作调节器输出，用计算机记录锅炉内胆中水温的响应曲线，并由该曲线求得K、T和值，据此查表确定PI调节器的参数和TI，并整定之。 5、设置好温度的给定值，先用手操作调节器的输出，通过三相移相调压模块给锅炉内胆加热,等锅炉水温趋于给定值且不变后，把调节器由手动切换为自动，使系统进入自动运行状态。 6、打开计算机，运行MCGS组态软件，并进行如下的实验： 当系统稳定运行后，突加阶跃扰动（将给定量增加5%15%），观察并记录系统的输出响应曲线。 7、通过反复多次调节PI的参数，使系统具有较满意的动态性能指标。用计算机记录此时系统的动态响应曲线。 五、实验报告 1、用实验

9、方法整定PI调节器的参数。 2、作出比例P控制时，不同值下的阶跃响应曲线，并记下它们的余差ess。 3、比例积分调节器（PI）控制 1) 在比例调节控制实验的基础上，加上积分作用“I”，即把“I”（积分）设置为一参数，根据不同的情况，设置不同的大小。观察被控制量能否回到原设定值的位置，以验证系统在PI调节器控制下，系统的阶跃扰动无余差产生。 2) 固定比例P值（中等大小），然后改变调节器的积分时间常数TI值，观察加入阶跃扰动后被调量的输出波形和响应时间的快慢。 3) 固定TI于某一中等大小的值，然后改变比例度的大小，观察加阶跃扰动后被调量的动态波形和响应时间的快慢。 4、分析和TI值改变时，各

10、给系统动态性能产生什么影响。 六、思考题 1、消除系统的余差为什么采用PI调节器，而不采用纯积分器？ 2、在温度控制系统中，为什么用PD和PID控制，系统的性能并不比用PI控制时有明显地改善？ 3、内胆动态水的温度控制会比静态水时的温度控制更容易稳定、性能更好？能否通过实验验证一下？ 实验二 锅炉内胆水温位式控制系统 一、实验目的 1、了解位式温度控制系统的结构与组成。 2、掌握位式控制系统的工作原理及其调试方法。 二、实验设备 1、THJ-2型高级过程控制系统实验装置 2、计算机、上位机MCGS组态软件、RS232-485转换器1只、串口线1根 3万用表 1只 三、实验原理 图4 锅炉内胆水

11、温位式控制结构示意图 温度测量通常采用热电阻元件（感温元件）。它是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的，在本实验中采用的热电阻为Pt100铂电阻。铂电阻元件是采用特殊的工艺和材料制造，它具有很高的稳定性和耐震动等特点，还具有较强的抗污染能力。 本实验的被控对象是锅炉内胆的电热丝，被控制量是内胆的水温T，温度变送器把被控制量T转变为反馈电压Vi，它与二位调节器设定的上限输入Vmax 和下限输入Vmin比较，从而决定二位调节器输出继电器闭合与断开，即控制位式接触器接通与断开。图5为位式控制器的工作原理图。图5 位式控制器的输入-输出特性 图中： V0-位式控制器的输出 Vi-

12、位式控制器的输入 Vmax-位式控制器的上限输入 Vmin-位式控制器的下限输入 由图5可见，VO与Vi的关系不仅有死区存在，而且还有回环，因而图5所示的系统实质上是一个典型的非线性控制系统。执行器只有“开”或“关”两种极限工作状态，故称这种控制器为二位调节器。该系统的工作原理是： 当被控制的锅炉水温T减小到小于设定下限值时，即ViVmin时，位式调节器的输出继电器闭合，交流接触器接通，使电热丝接通三相380V电源进行加热（如图4所示）。随着水温T的升高，Vi也不断增大，当增大到大于设定上限值时，即ViVmax时，则位式调节器的输出继电器断开，这样交流接触器也断开，切断电热丝的供电。由于这种控

13、制方式具有冲击性，易损坏元器件，只适用在对控制质量要求不高的场合才使用。 位式控制系统的输出是一个断续控制作用下的等幅振荡过程，因此不能用连续控制作用下的衰减振荡过程的温度品质指标来衡量，而用振幅和周期作为控制品质的指标。一般要求振幅小，周期长，然而对同一个位式控制系统来说，若要振幅小，则周期必然短；若要周期长，则振幅必然大。因此通过合理选择中间区以使振幅在限定范围内，而又尽可能获得较长的周期。图4为本实验系统的结构图，图6为本实验系统的方框图。 图6 锅炉位式控制方框图 四、实验内容与步骤 1、按图4要求，完成实验系统的接线。 2、接通总电源和相关仪表的电源。 3、打开阀F1-1、 F1-2、F1-5和F1-13，关闭其它所有与本实验无关的阀，用电动调节阀支路给锅炉内胆打水至最大容量的三分之二左右时，停止打水。 4、在调节器上设置好温度的给定值及控制范围（即仪表的回差值dF），让系统投入运行。 5、打开计算机，运行MCGS组态软件并进入本实验，观察并记录系统的输出响应曲线。 6、当系统进入等幅振荡后，突加阶跃扰动（将给定量增/减5%15%），观察并记录系统的输出响应曲线。 五、实验报告 1、根据图4，画出本实验系统的方框图。 2、试评述温度位式控制的优缺点。 六、思考题 1、温度位式控制系统与连续的PID控制系统有什么区别？ 2、本系统会不会产生发散振荡？