单闭环温度控制系统实验
姓名: 徐天富 学号: 0707030115 班级:2007级自动化1班
实验指导老师：___万敏___ 成绩：____________________
一、实验目的
1．理解温度闭环控制的基本原理；
2．了解温度传感器的使用方法；
3. 学习温度PID 控制参数的配置。
二、实验数据或曲线 1.实验数据表
实际温度T 30℃ 35℃ 40℃ 45℃ 50℃
电压pv -1.018066 -1.187744 -1.346436 -1.514893 -1.647949
偏差ei 0.661934 0.492256 0.333564 0.165107 0.032051
控制量op 3.500 3.500 3.500 3.500 3.500
2.参考程序
dim pv,sv,ei,ex,ey,k,ti,td,q0,q1,q2,op,x,Ts,ux,tv sub Initialize(arg) WriteData 0 ,1 end sub sub TakeOneStep (arg) pv = ReadData(1) '当前测量值 sv=50 '设置温度 k=20 ti=5 td=0 Ts=0.1 '采样时间100ms ei=((sv-35)/30+1.18) -abs(pv) '当前偏差 q0=k*(ei-ex) '比例项 if Ti=0 then q1=0 else q1=K*Ts*ei/Ti '当前积分项
end if
q2=k*td*(ei-2*ex+ey) /Ts
'微分项
ey=ex
ex=ei
op=op+q0+q1+q2
if op>=3.5 then
op=3.5
end if
if op<=1 then
op=1
end if
tv=35+30*(abs(pv)-1.18)
TTTRACE "温度=%f",tv
'输出温度
TTRACE "op=%f",op
TTRACE "ei=%f",ei
TTRACE "pv =%f",pv
WriteData op ,1
end sub
sub Finalize (arg)
WriteData 0 ,1
end sub
3.温度控制系统的方框图
三、实验总结
开机就是29℃，但是当时温度莫得那么高，不知道为啥？可能是有偏差吧!也有可能是零点温度设置不对！从45℃-50℃要好久没有上，结果把上限改为150℃相当快就ok 了，不晓得可以不!呵呵！ 数字量给定
输出量
数字
控制器 数/模 转换器 执行器 控制
对象 模/数
转换器 测量 环节
成绩： 重庆邮电大学 自动化学院综合实验报告 题目：51系列单片机闭环温度控制 学生姓名：蒋运和 班级：0841004 学号：2010213316 同组人员：李海涛陈超 指导教师：郭鹏 完成时间：2013年12月
一、实验名称： 51系列单片机闭环温度控制实验 ——基于Protuse仿真实验平台实现 基本情况： 1. 学生姓名： 2. 学号： 3. 班级： 4. 同组其他成员： 二、实验内容(实验原理介绍) 1、系统基本原理 计算机控制技术实训，即温度闭环控制，根据实际要求，即加温速度、超调量、调节时间级误差参数，选择PID控制参数级算法，实现对温度的自动控制。 闭环温度控制系统原理如图： 2、PID算法的数字实现 本次试验通过8031通过OVEN 是模拟加热的装置，加一定的电压便开始不停的升温，直到电压要消失则开始降温。仿真时，U形加热器为红色时表示正在加热，发红时将直流电压放过来接，就会制冷，变绿。T端输出的是电压，温度越高，电压就越高。
8031对温度的控制是通过可控硅调控实现的。可控硅通过时间可以通过可控硅控制板上控制脉冲控制。该触发脉冲想8031用软件在P1.3引脚上产生，受过零同步脉冲后经光偶管和驱动器输送到可控硅的控制级上。偏差控制原理是要求对所需温度求出偏差值，然后对偏差值处理而获得控制信号去调节加热装置的温度。 PID控制方程式： 式中e是指测量值与给定值之间的偏差 TD 微分时间 T 积分时间 KP 调节器的放大系数 将上式离散化得到数字PID位置式算法，式中在位置算法的基础之上得到数字PID 增量式算法： 3、硬件电路设计 在温度控制中，经常采用是硬件电路主要有两大部分组成：模拟部分和数字部分，对这两部分调节仪表进行调节，但都存在着许多缺点，用单片机进行温度控制使构成的系统灵活，可靠性高，并可用软件对传感器信号进行抗干拢滤波和非线性补偿处理，可大大提高控制质量和自动化水平；总的来说本系统由四大模块组成，它们是输入模块、单片机系统模块、计算机显示与控制模块和输出控制模块。输入模块主要完成对温度信号的采集和转换工作，由温度传感器及其与单片机的接口部分组成。利用模拟加热的
运动控制课程设计题目：单闭环直流电机控制系统 院系：工学院 专业：电气工程及其自动化 班级：电气工程1402 姓名：汤安琪 学号：201402012011 指导教师：王玮 二〇一七年二月
运动控制系统课程设计任务书 一、基本情况 学时：1周学分：1学分适应班级：电气工程1402 二、进度安排 本设计共安排1周，合计30学时，具体分配如下： 实习动员及准备工作： 2学时 总体方案设计： 4学时 硬件设计： 12学时 撰写设计报告： 8 学时 答辩： 4学时 教师辅导：随时 三、基本要求 1、课程设计的基本要求 运动控制系统课程设计的主要内容包括：理论设计与撰写设计报告等。其中理论设计又包括总体方案选择，硬件系统设计、硬件设计包括单元电路，选择元器件及计算参数等；课程设计的最后要求是写出设计总结报告，把设计内容进行全面的总结，若有实践条件，把实践内容上升到理论高度。 2、课程设计的教学要求 运动控制系统课程设计课程设计的教学采用相对集中的方式进行，以班为单位全班学生集中到设计室进行。做到实训教学课堂化，严格考勤制度，在实训期间累计旷课达到2节以上，或者迟到、早
退累计达到4次以上的学生，该课程考核按不及格处理。在实训期 间需要外出查找资料，必须在指定的时间内方可外出。 课程设计的任务相对分散，每5-6名学生组成一个小组，完成一个 课题的设计。小组成员既有分工、又要协作，同一小组的成员之间 可以相互探讨、协商，可以互相借鉴或参考别人的设计方法和经验。 但每个学生必须单独完成设计任务，要有完整的设计资料，独立撰 写设计报告，设计报告雷同率超过60%的课程设计考核按不及格处 理。 四、设计题目及控制要求 题目：单闭环直流电机控制系统 设计参数： （1）直流电机：12V 20W、U P N N ==、 1.5A I N =、 300r/min n N =、电枢电阻 4.5ΩR a =、电枢电感22a 15.68N.cm 6.76mH、GD L ==、30ms T m = （2）双闭环直流调速系统：N dm im *n 1.5I 5V、I 5V、U U ===、 5%σi ≤ 设计要求： (1)、根据题目的技术要求，分析并确定主电路的结构形式和闭 环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图。 (2)、调速系统主电路元部件的确定及其参数的计算（包括电力 电子器件、平波电抗器与保护电路等） (3)、动态设计计算：根据技术要求，对系统进行动态校正，确 定调节器的结构形式及进行参数计算，使调节系统工作稳定，并满
1 绪论 1.1 课题背景 随着现代工业的逐步发展，在工业生产中，温度、压力、流量和液位是四种最常见的过程变量。其中，温度是一个非常重要的过程变量。例如：在冶金工业、化工工业、电力工业、机械加工和食品加工等许多领域，都需要对各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉的温度进行控制[1]。这方面的应用大多是基于单片机进行PID控制,然而单片机控制的DDC系统软硬件设计较为复杂,特别是涉及到逻辑控制方面更不是其长处,然而PLC在这方面却是公认的最佳选择。 随着PLC功能的扩充在许多PLC控制器中都扩充了PID控制功能,因此在逻辑控制与PID控制混合的应用场所中采用PLC控制是较为合理的，通过采用PLC来对它们进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大的优点，而且可以大幅度提高被测温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，PLC对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的控制问题。这也正是本课题所重点研究的内容。 1.2 研究的主要内容 本课题的研究内容主要有： 1）温度的检测； 2）采用PLC进行恒温控制； 3）PID算法在PLC中如何实现； 4）PID参数对系统控制性能的影响； 5）温控系统人机界面的实现。
2 基于PLC的炉温控制系统的硬件设计 2.1系统控制要求 本PLC温度控制系统的具体指标要求是：对加热器加热温度调整范围为0℃—150℃，温度控制精度小于3℃，系统的超调量须小于15%。软件设计须能进行人机对话，考虑到本系统控制对象为电炉，是一个大延迟环节，且温度调节范围较宽，所以本系统对过渡过程时间不予要求。 2.2系统设计思路 根据系统具体指标要求，可以对每一个具体部分进行分析设计。整个控制系统分为硬件电路设计和软件程序设计两部分。 系统硬件框图结构如图所示: 图2.1系统硬件框图 被控对象为炉内温度，温度传感器检测炉内的温度信号，经温度变送器将温度值转换成0～10V的电压信号送入PLC模块。PLC把这个测量信号与设定值比较得到偏差，经PID运算后，发出控制信号，经调压装置输出交流电压用来控制电加热器的端电压，从而实现炉温的连续控制。 2.3系统的硬件配置 2.3.1 S7-200PLC选型 S7-200 系列 PLC 是由德国西门子公司生产的一种超小型系列可编程控制器，它能够满足多种自动化控制的需求，其设计紧凑，价格低廉，并且具有良好的可扩展性以及强大的指令功能，可代替继电器在简单的控制场合，也可以用于复杂的自动化控制系统。由于它具有极强的通信功能，在大型网络控制系统中也能充分发挥作用[2] S7-200系列可以根据对象的不同, 可以选用不同的型号和不同数量的模块。并可以将这些模块安装在同一机架上。 SiemensS7-200 主要功能模块介绍： (1)CPU 模块S7-200的CPU 模块包括一个中央处理单元,电源以及数字I/O 点,这些都被集成在一个紧凑,独立的设备中。CPU 负责执行程序,输入部分从现场设备中采集信号,输出部分则输出控制信号,驱动外部负载.从 CPU 模块的功能来看, CPU
第十七单元 晶闸管直流调速系统 第二节 单闭环直流调速系统 一、转速负反馈直流调速系统 转速负反馈直流调速系统的原理如图l7-40所示。 转速负反馈直流调速系统由转速给定、转速调节器ASR 、触发器CF 、晶闸管变流器U 、测速发电机TG 等组成。 直流测速发电机输出电压与电动机转速成正比。经分压器分压取出与转速n 成正比的转速反馈电压Ufn 。 转速给定电压Ugn 与Ufn 比较，其偏差电压ΔU=Ugn-Ufn 送转速调节器ASR 输入端。 ASR 输出电压作为触发器移相控制电压Uc ，从而控制晶闸管变流器输出电压Ud 。 本闭环调速系统只有一个转速反馈环，故称为单闭环调速系统。 1．转速负反馈调速系统工作原理及其静特性 设系统在负载T L 时，电动机以给定转速n1稳定运行，此时电枢电流为Id1，对应转速反馈电压为Ufn1，晶闸管变流器输出电压为Udl 。 n n I C R R C U C R R I U n d e d e d e d d d ?+=+-=+-=0)(φ φφ 当电动机负载T L 增加时，电枢电流Id 也增加，电枢回路压降增加，电动机转速下降，则Ufn 也相应下降， 而转速给定电压Ugn 不变，ΔU=Ugn-Ufn 增加。 转速调节器ASR 输出电压Uc 增加，使控制角α减小，晶闸管整流装置输出电压Ud 增加，于是电动机转速便相应自动回升，其调节过程可简述为： T L ↑→Id ↑→Id(R ∑+Rd)↑→n ↓→Ufn ↓→△U ↑→Uc ↑→α↓→Ud ↑→n ↑。 图17-41所示为闭环系统静特性和开环机械特性的关系。
图中①②③④曲线是不同Ud之下的开环机械特性。 假设当负载电流为Id1时，电动机运行在曲线①机械特性的A点上。 当负载电流增加为Id2时，在开环系统中由于Ugn不变，晶闸管变流器输出电压Ud 也不会变，但由于电枢电流Id增加，电枢回路压降增加，电动机转速将由A点沿着曲线①机械特性下降至B’点，转速只能相应下降。 但在闭环系统中有转速反馈装置，转速稍有降落，转速反馈电压Ufn就相应减小，使偏差电压△U增加，通过转速调节器ASR自动调节，提高晶闸管变流器的输出电压Ud0由Ud01变为Ud02，使系统工作在随线②机械特性上，使电动机转速有所回升，最后稳定在曲线②机械特性的B点上。 同理随着负载电流增加为Id3，Id4，经过转速负反馈闭环系统自动调节作用，相应工作在曲线③④机械特性上，稳定在曲线③④机械特性的C，D点上。 将A，B，C，D点连接起来的ABCD直线就是闭环系统的静特性。 由图可见，静特性的硬度比开环机械特性硬，转速降Δn要小。闭环系统静特性和开环机械特性虽然都表示电动机的转速-电流(或转矩)关系，但两者是不同的，闭环静特性是表示闭环系统电动机转速与电流(或转矩)的静态关系，它只是闭环系统调节作用的结果，是在每条机械特性上取一个相应的工作点，只能表示静态关系，不能反映动态过程。 当负载突然增加时，如图所示由Idl突增到Id2时，转速n先从A点沿着①曲线开环机械特性下降，然后随着Ud01升高为Ud02，转速n再回升到B点稳定运行，整个动态过程不是沿着静特性AB直线变化的。 2．转速负反馈有静差调速系统及其静特性分析 对调速系统来说，转速给定电压不变时，除了上面分析负载变化所引起的电动机转速变化外，还有其他许多扰动会引起电动机转速的变化，例如交流电源电压的变化、电动机励磁电流的变化等，所有这些扰动和负载变化一样都会影响到转速变化。对于转速负反馈调速系统来说，可以被转速检测装置检测出来，再通过闭环反馈控制减小它们对转速的影响。也就是说在闭环系统中，对包围在系统前向通道中的各种扰动(如负载变化、交流电压波动、电动机励磁电流的变化等)对被调量(如转速)的影响都有强烈的抑制作用。但是对于转速负反馈调速系统来说，转速给定电压Ugn的波动和测速发电机的励磁变化引起的转速反馈电压Ufn变化，闭环系统对这种给定量和检测装置的扰动将无能为力。为了使系统有较高的调速精度，必须提高转速给定电源和转速检测装置的精度。
实验八单闭环温度恒值控制系统 一、实验目的 1．理解温度闭环控制的基本原理； 2．了解温度传感器的使用方法； 3．学习温度PID控制参数的配置。 二、实验设备 1．THKKL-6型控制理论及计算机控制技术实验箱； 2．PC机1台(含软件“THKKL-6”、“keil uVision3”及“Easy 51Pro”)； 3．51单片机下载线； 4．USB数据线。 三、实验原理 1．温度驱动部分 该实验中温度的驱动部分采用了直流15V的驱动电源，控制电路和驱动电路的原理与直流电机相同，直流24V经过PWM调制后加到加热器的两端。 2．温度测量端（温度反馈端） 温度测量端（反馈端）一般为热电式传感器，热电式传感器式利用传感元件的电磁参数随温度的变化的特性来达到测量的目的。例如将温度转化成为电阻、磁导或电势等的变化，通过适当的测量电路，就可达到这些电参数的变化来表达温度的变化。 在各种热电式传感器中，已把温度量转化为电势和电阻的方法最为普遍。其中将温度转换成为电阻的热电式传感器叫热电偶；将温度转换成为电阻值大小的热电式传感器叫做热电阻，如铜电阻、热敏电阻、Pt 电阻等。 铜电阻的主要材料是铜，主要用于精度不高、测量温度范围（－50℃～150℃）不大的的地方。而铂电阻的材料主要时铂，铂电阻物理、化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温元件和作为温度标准。铂电阻与温度的关系在0℃～630.74℃以内为Rt＝R0（1＋at＋bt2） 式中Rt――温度为t ℃时的温度；R0――温度为0℃时的电阻； t――任意温度；a、b――为温度系数。 本实验系统中使用了Pt100作为温度传感器。 在实际的温度测量中，常用电桥作为热电阻的测量电阻。在如图15-1中采用铂电阻作为温度传感器。当温度升高时，电桥处于不平衡，在a，b两端产生与温度相对应的电位差；该电桥为直流电桥。
单闭环温度控制系统实验 姓名: 徐天富 学号: 0707030115 班级:2007级自动化1班 实验指导老师：___万敏___ 成绩：____________________ 一、实验目的 1．理解温度闭环控制的基本原理； 2．了解温度传感器的使用方法； 3. 学习温度PID 控制参数的配置。 二、实验数据或曲线 1.实验数据表 实际温度T 30℃ 35℃ 40℃ 45℃ 50℃ 电压pv -1.018066 -1.187744 -1.346436 -1.514893 -1.647949 偏差ei 0.661934 0.492256 0.333564 0.165107 0.032051 控制量op 3.500 3.500 3.500 3.500 3.500 2.参考程序 dim pv,sv,ei,ex,ey,k,ti,td,q0,q1,q2,op,x,Ts,ux,tv sub Initialize(arg) WriteData 0 ,1 end sub sub TakeOneStep (arg) pv = ReadData(1) '当前测量值 sv=50 '设置温度 k=20 ti=5 td=0 Ts=0.1 '采样时间100ms ei=((sv-35)/30+1.18) -abs(pv) '当前偏差 q0=k*(ei-ex) '比例项 if Ti=0 then q1=0 else q1=K*Ts*ei/Ti '当前积分项 end if q2=k*td*(ei-2*ex+ey) /Ts '微分项 ey=ex ex=ei op=op+q0+q1+q2 if op>=3.5 then op=3.5 end if if op<=1 then op=1 end if tv=35+30*(abs(pv)-1.18) TTTRACE "温度=%f",tv '输出温度 TTRACE "op=%f",op TTRACE "ei=%f",ei TTRACE "pv =%f",pv WriteData op ,1 end sub sub Finalize (arg) WriteData 0 ,1 end sub
单闭环温度恒值控制 姓名: 学号: 班级: 实验指导老师： 一、实验目的 1.理解温度控制的基本原理。 2.了解温度传感器的使用方法。 3.学习温度PID控制参数的配置。 二、实验设备 1.THBCC-1型信号与系统控制理论及计算机控制技术实验平台。 2.THBXD数据采集卡一块（含37芯通信线、16芯排线和USB电缆线各1根）。 3.PC机1台（含软件“THBCC-1”）。 三、实验内容 1．设计并实现具有一个积分环节的二阶系统的最少拍控制。 2．设计并实现具有一个积分环节的二阶系统的最少拍无纹波控制，并通过混合仿真实验，观察该闭环控制系统输出采样点间纹波的消除。 四、实验原理 1．温度驱动部分 该实验中温度的驱动部分采用了直流15V的驱动电源，控制电路和驱动电路的原理与直流电机相同，直流15V经过PWM调制后加到加热器的两端。 2．温度测量端（温度反馈端） 温度测量端（反馈端）一般为热电式传感器，热电式传感器式利用传感元件的电磁参数随温度的变化的特性来达到测量的目的。例如将温度转化成为电阻、磁导或电势等的变化，通过适当的测量电路，就可达到这些电参数的变化来表达温度的变化。 在各种热电式传感器中，已把温度量转化为电势和电阻的方法最为普遍。其中将温度转换成为电阻的热电式传感器叫热电偶；将温度转换成为电阻值大小的
热电式传感器叫做热电阻，如铜电阻、热敏电阻、Pt 电阻等。 铜电阻的主要材料是铜，主要用于精度不高、测量温度范围（－50℃～150℃）不大的的地方。而铂电阻的材料主要时铂，铂电阻物理、化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温元件和作为温度标准。铂电阻与温度的关系在0℃～630.74℃以内为 Rt＝R0（1＋at＋bt2） 式中Rt――温度为t ℃时的温度；R0――温度为0℃时的电阻； t――任意温度；a、b――为温度系数。 该实验系统中使用了Pt100作为温度传感器。 在实际的温度测量中，常用电桥作为热电阻的测量电阻。在如图15-1中采用铂电阻作为温度传感器。当温度升高时，电桥处于不平衡，在a，b两端产生与温度相对应的电位差；该电桥为直流电桥。 3．温度控制系统与实验十三的直流电机转速控制相类似，虽然控制对象不同，被控参数有差别，但对于计算机闭环控制系统的结构，却是大同小异，都有相同的工作原理，共同的结构及特点。 五、温度测量及放大电路图和温度控制系统的框图
开环控制、半闭环控制、闭环控制的区别 2011-11-2 10:31 提问者：升玩就走|浏览次数：485次 数控技术 推荐答案 2011-11-2 13:39 开环：没有测量回路。 半闭环：有一个测量回路（主要反馈控制转速：编码器）注意：编码器有绝对值和相对值之分 全闭环：有两个测量回路（反馈转速+位置：编码器+光栅尺或外置编码器） | 其他回答共2条 2011-11-3 14:01Einstiphen|五级 以监测点的不同来区分三者。 开环控制就是系统按设定的参数来运转，不作监测，不反馈。 半闭环控制就是在系统的执行端之前（非最终端）设置监测，反馈回的信号可以对执行端之前的机构进行实时调整。 闭环控制是在系统的最终执行端设置监测，反馈回的信号直接用于系统整体调整。 开环系统最简单，成本低，但执行精度最差，基本无系统波动。 闭环系统最复杂，控制成本最高，但执行精度相当高，系统波动也最大。 半闭环系统介于以上两者之间。 |评论 2011-11-17 10:09wangpeng3219|二级 闭环 闭环也叫反馈控制系统，是将系统输出量的测量值与所期望的给定值相比较，由此产生一个偏差信号， 利用此偏差信号进行调节控制，使输出值尽量接近于期望值。举例：调节水龙头——首先在大脑 中对水流有一个期望的流量，水龙头打开后由眼睛观察现有的流量大小与期望值进行比较，并不断的
用手进行调节形成一个反馈闭环控制；骑自行车——同理不断的修正行进的方向与速度形成闭环控制。 半闭环 半闭环控制系统:半闭环控制系统是在开环控制系统的伺服机构中装有角位移检测装置，通过检测 伺服机构的滚珠丝杠转角，半闭环控制系统图间接检测移动部件的位移，然后反馈到数控装置的 比较器中，与输入原指令位移值进行比较，用比较后的差值进行控制，使移动部件补充位移，直到 差值消除为止的控制系统。由于半闭环控制系统将移动部件的传动丝杠螺母不包括在环内，所以传动 丝杠螺母机构的误差仍会影响移动部件的位移精度，由于半闭环控制系统调试维修方便，稳定性好， 目前应用比较广泛。半闭环控制系统的伺服机构所能达到的精度、速度和动态特性优于开环伺服机构， 为大多数中小型数控机床所采用。 开环 相对闭环而言开环（kāi huán）英文名open-loop。开环相对于闭环而言，也叫开环控制系统。意思就是不将控制的结果反馈回来影响当前控制的系统。举例：打开灯的开关——按下开关后的一瞬间，控制活动已经结束，灯是否亮起以对按开关的这个活动没有影响；投篮——篮球出手后就无法再继续对其控制，无论球进与否，球出手的一瞬间控制活动即结束。
如图所示是JN6201集成电路鸡蛋孵化温度控制器电路图，根据该原理图完成1~3题。 1.该电路图作为控制系统的控制（处理）部分是IC JN6201，当JN6201集成输出9脚长时间处于高电平，三极管V2处于截止状态，继电器释放，电热丝通电加热。 2.安装好调试时，先将温度传感器Rt1放入37℃水中，调整电位器Rp1，使继电器触点J-2吸合，再将温度传感器Rt2放入39℃水中，调整Rp2，使继电器触点J-2释放。 3.调试时发现，不管电位器Rp1和Rp2怎么调，继电器J 始终吸合，检查电路元器件安装和接线都正确，用万用表测三极管V2集电极电位，在不同的调试状态分别为2.8V 和0V ，可知电路发生故障的原因是（ B ） A.二极管V6内部断路 B.三极管V3内部击穿（短路） C.电阻R4与三极管V3基极虚焊 D.继电器线圈内部短路 如图所示是运算放大器鸡蛋孵化温度控制器电路图，根据该原理完成4~6题。 4.该电路作为控制系统的输出部分是继电器J 、电热丝等，当电路中集成运放2脚的电位低于3脚的电位，三极管V3处于饱和状态，继电器J 吸合，电热丝通电加热。 上限 V2饱和导通时候Uce 电压降0.2V ，所以留下来给集电极2.8V ，截止时候0V
5.安装好后调试时，将温度传感器Rt 放入39℃水中，调R4，使电压U2=U3，集成运放输出端6脚的电压为0V ，电路实现39℃单点温度控制。 6.调试时发现，将温度传感器Rt 放入高于39℃水中，继电器吸合；将温度传感器Rt 放入低于39℃水中，继电器释放，出现该故障现象的原因可能是（ A ） A.集成运放2脚与3脚接反 B.二极管V4接反 C.电阻R2断路 D.三极管V3损坏 如图所示是晶体管组成的水箱闭环电子控制系统电路，根据该原理图完成7~9题。 7.该电路作为控制系统被控对象的是水箱内的水，水箱的水位从a 点降到b 点的过程中，三极管V1处于饱和状态，三极管V2处于截止状态，继电器触点J-1处于吸合状态。 8.安装调试时，将三个水位探头按图中的高低放入空玻璃杯中，如果电路正常，电路通电后，继电器J 吸合；向玻璃杯中加水，到达a 点时，继电器J 释放；接着将玻璃杯中的水排出，水位降到b 点以上时，继电器J 释放；水位降到b 点以下时，继电器J 吸合。 9.调试时发现，玻璃杯中的水位在b 点以下时，继电器J 就吸合；水位加到b 点，继电器J 就释放。出现该故障现象的原因是（ D ） A.继电器J 没用 B.三极管V1损坏 C.二极管V3接反 D.电路没接J-1触点，b 点直接接到了电阻R1 如图所示是555集成电路组成的水箱水位闭环电子控制系统电路图， (第4~6题) (第7~9题) R4 10k ?R5 4.7k R3 4.7k
THKKL-6型 控制理论·计算机控制技术实验箱 Control Theory & Computer Control-based Technology Experimental Case 实验指导书
目录 第一部分使用说明书 (1) 第一章系统概述 (1) 第二章硬件的组成及使用 (2) 第二部分实验指导书 (5) 第一章控制理论实验 (5) 实验一典型环节的电路模拟 (5) 实验二二阶系统的瞬态响应................................................................... 错误！未定义书签。 实验三高阶系统的瞬态响应和稳定性分析........................................... 错误！未定义书签。 实验四线性定常系统的稳态误差........................................................... 错误！未定义书签。 实验五典型环节和系统频率特性的测量............................................... 错误！未定义书签。 实验六线性定常系统的串联校正........................................................... 错误！未定义书签。 实验七典型非线性环节的静态特性....................................................... 错误！未定义书签。 实验八非线性系统的描述函数法........................................................... 错误！未定义书签。 实验九非线性系统的相平面分析法....................................................... 错误！未定义书签。 实验十系统能控性与能观性分析........................................................... 错误！未定义书签。 实验十一控制系统极点的任意配置....................................................... 错误！未定义书签。 实验十二具有内部模型的状态反馈控制系统....................................... 错误！未定义书签。 实验十三采样控制系统的分析............................................................... 错误！未定义书签。 实验十四采样控制系统的动态校正....................................................... 错误！未定义书签。 第二章计算机控制技术基础实验 .............................................................. 错误！未定义书签。 实验一A/D与D/A转换.......................................................................... 错误！未定义书签。 实验二数字滤波器................................................................................... 错误！未定义书签。 实验三离散化方法研究........................................................................... 错误！未定义书签。 实验四数字PID调节器算法的研究 ...................................................... 错误！未定义书签。 实验五串级控制算法的研究................................................................... 错误！未定义书签。 实验六解耦控制算法的研究................................................................... 错误！未定义书签。 实验七最少拍控制算法研究................................................................... 错误！未定义书签。 实验八具有纯滞后系统的大林控制....................................................... 错误！未定义书签。 实验九线性离散系统的全状态反馈控制............................................... 错误！未定义书签。 实验十模糊控制系统............................................................................... 错误！未定义书签。 实验十一具有单神经元控制器的控制系统........................................... 错误！未定义书签。 实验十二二次型状态调节器................................................................... 错误！未定义书签。 实验十三单闭环直流调速系统............................................................... 错误！未定义书签。 实验十四步进电机转速控制系统........................................................... 错误！未定义书签。
实验十五单闭环温度恒值控制系统 一、实验目的 1．理解温度闭环控制的基本原理； 2．了解温度传感器的使用方法； 3．学习温度PID控制参数的配置。 二、实验设备 1．THBCC-1型信号与系统?控制理论及计算机控制技术实验平台 2．THBXD数据采集卡一块(含37芯通信线、16芯排线和USB电缆线各1根) 3．PC机1台(含软件“THBCC-1”) 三、实验原理 1．温度驱动部分 该实验中温度的驱动部分采用了直流15V的驱动电源，控制电路和驱动电路的原理与直流电机相同，直流15V经过PWM调制后加到加热器的两端。 2．温度测量端（温度反馈端） 温度测量端（反馈端）一般为热电式传感器，热电式传感器式利用传感元件的电磁参数随温度的变化的特性来达到测量的目的。例如将温度转化成为电阻、磁导或电势等的变化，通过适当的测量电路，就可达到这些电参数的变化来表达温度的变化。 在各种热电式传感器中，已把温度量转化为电势和电阻的方法最为普遍。其中将温度转换成为电阻的热电式传感器叫热电偶；将温度转换成为电阻值大小的热电式传感器叫做热电阻，如铜电阻、热敏电阻、Pt 电阻等。 铜电阻的主要材料是铜，主要用于精度不高、测量温度范围（－50℃～150℃）不大的的地方。而铂电阻的材料主要时铂，铂电阻物理、化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温元件和作为温度标准。铂电阻与温度的关系在0℃～630.74℃以内为Rt＝R0（1＋at＋bt2） 式中Rt――温度为t ℃时的温度；R0――温度为0℃时的电阻； t――任意温度；a、b――为温度系数。 该实验系统中使用了Pt100作为温度传感器。 在实际的温度测量中，常用电桥作为热电阻的测量电阻。在如图15-1中采用铂电阻作为温度传感器。当温度升高时，电桥处于不平衡，在a，b两端产生与温度相对应的电位差；该电桥为直流电桥。 4．温度控制系统与实验十三的直流电机转速控制相类似，虽然控制对象不同，被控参数有差别，但对于计算机闭环控制系统的结构，却是大同小异，都有相同的工作原理，共同的结构及特点。 四、实验步骤 1、实验接线 1.1 用导线将温度控制单元24V的“+”输入端接到直流稳压电源24V的“+”端； 1.2 用导线将温度控制单元0～5V的“+”输入端接到数据采集卡的“DA1”的输出端，同时将温度变送器的“+”输出端接到数据采集卡的“AD1”处； 1.3打开实验平台的电源总开关。 2、脚本程序的参数整定及运行
闭环控制系统 许多实时嵌入式系统使作出控制决策。这些决策通常是由软件和基于硬件反馈的基础上由它控制（被称为机械）。这些反馈通常采用的是模拟传感器，可以通过一个A / D转换器读取他形式。例如：传感器可能代表位置，电压，温度或其他任何适当的参数。每样提供软件和附加信息基础控制决策。 闭环控制的基本知识 基于反馈原理建立的自动控制系统。所谓反馈原理，就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。在反馈控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，两者组成一个闭合的回路。因此，反馈控制系统又称为闭环控制系统。反馈控制是自动控制的主要形式。自动控制系统多数是反馈控制系统。在工程上常把在运行中使输出量和期望值保持一致的反馈控制系统称为自动调节系统，而把用来精确地跟随或复现某种过程的反馈控制系统称为伺服系统或随动系统。 反馈控制系统由控制器、受控对象和反馈通路组成。比较环节，用来将输入与输出相减，给出偏差信号。这一环节在具体系统中可能与控制器一起统称为调节器。以炉温控制为例，受控对象为炉子；输出变量为实际的炉子温度;输入变量为给定常值温度,一般用电压表示。炉温用热电偶测量，代表炉温的热电动势与给定电压相比较，两者的差值电压经过功率放大后用来驱动相应的执行机构进行控制。 同开环控制系统相比，闭环控制具有一系列优点。在反馈控制系统中，不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。但反馈回路的引入增加了系统的复杂性，而且增益选择不当时会引起系统的不稳定。为提高控制精度，在扰动变量可以测量时，也常同时采用按扰动的控制（即前馈控制）作为反馈控制的补充而构成复合控制系统。 一个闭环系统采用反馈来衡量实际的系统运行参数，如温度，压力，流量，液位，转速控制。这种反馈信号发送回的地方是较理想的系统设定点控制器。该控制器发一个误差信号，即启动纠正措施和驱动器输出设备所需的值。在直流电动机驱动上很容
单闭环控制系统设计及仿真 班级电信2014 姓名张庆迎 学号142081100079
摘要直流调速系统具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动中获得了广泛应用。本文从直流电动机的工作原理入手，建立了双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。然后按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，利用Simulink对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。在理论分析和仿真研究的基础上，本文设计了一套实验用双闭环直流调速系统，详细介绍了系统主电路、反馈电路、触发电路及控制电路的具体实现。对系统的性能指标进行了实验测试，表明所设计的双闭环调速系统运行稳定可靠，具有较好的静态和动态性能，达到了设计要求。采用MATLAB软件中的控制工具箱对直流电动机双闭环调速系统进行计算机辅助设计，并用SIMULINK进行动态数字仿真,同时查看仿真波形,以此验证设计的调速系统是否可行。 关键词直流电机直流调速系统速度调节器电流调节器双闭环系统 一、单闭环直流调速系统的工作原理 1、单闭环直流调速系统的介绍 单闭环调速系统的工作过程和原理：电动机在启动阶段，电动机的实际转速(电压)低于给定值,速度调节器的输入端存在一个偏差信号，经放大后输出的电压保持为限幅值,速度调节器工作在开环状态,速度调节器的输出电压作为电流给定值送入电流调节器, 此时则以最大电流给定值使电流调节器输出移相信号,直流电压迅速上升,电流也随即增大直到等于最大给定值, 电动机以最大电流恒流加速启动。电动机的最大电流(堵转电流)可以通过整定速度调节器的输出限幅值来改变。在电动机转速上升到给定转速后, 速度调节器输入端的偏差信号减小到近于零,速度调节器和电流调节器退出饱和状态,闭环调节开始起作用。 2、双闭环直流调速系统的介绍 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。两者之间实行嵌套连接，如图1—1所示。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称
第二节单闭环流量定值控制系统 一．实验目的： 1．了解单闭环流量控制系统的结构组成与原理。 2．掌握单闭环流量控制系统调节器参数的整定方法。 3．研究P、PI、PD和PID四种控制分别对流量系统的控制作用。 二．实验原理： 离心泵恒流量控制系统图如图5.3-1所示，控制系统方框图如图5.3-2所示。 图5.3-1 离心泵恒流量控制系统图 图5.3-2 离心泵恒流量控制系统方框图 离心泵恒流量控制系统为单回路简单控制系统，安装在离心泵出口管路上涡轮流量传感器TT将离心泵出口流量转换成脉冲信号，其脉冲频率经频率/电压转换器转换成电压信号后输出至流量调节器TC，TC将流量信号与流量给定值比较后，按PID调节规律输出4—20mA信号，驱动电动调节阀改变调节阀的开度，达到恒定离心泵出口流量的目的。离心泵恒流量控制系统方框图如图十三所示。 控制参数如下： 1．控变量y：离心泵出口流量Q。 2．定值(或设定值)ys：对应于被控变量所需保持的工艺参数值 3．测量值ym：由传感器检测到的被控变量的实际值 4．操纵变量(或控制变量)：实现控制作用的变量，在本实验中为离心泵出口流量。使用电动调节阀作为执行器对离心泵出口流量进行控制。电动调节阀的输入信号范围：4—20mA。 5．干扰(或外界扰动)f：干扰来自于外界因素，将引起被控变量偏离给定值。在
本实验中采用突然改变离心泵转速的方法，改变离心泵出口压力，人为模拟外界扰动给控制变量造成干扰。 6．偏差信号e:被控变量的实际值与给定值之差， e=ys-ym 。 ym---离心泵出口流量值Q 。 ys---离心泵出口流量设定值。 7．控制信号u ：工业调节器将偏差按一定规律计算得到的量。 离心泵恒流量控制系统采用比例积分微分控制规律(PID)对离心泵流量进行控制。比例积分微分控制规律是比例、积分与微分三种控制规律的组合，理想的PID 调节规律的数学表达式为： 01()()()()t P D I de t u t K e t e t dt T T dt ???=++??? ?? 三．实验方法： 1．向V103中注入2/3以上清水 2．打开设备总电源，检查各仪表，执行器是否正常 3．打开阀门VA110或VA111，A112，A117，其余阀门关闭 4．松动离心泵放气螺丝，直到有水流出，拧紧螺丝 5．将离心泵出口压力测量表（PI-03）设为手动输出且输出值为100，变频器的频率即设为50.00Hz 6．打开实验软件，进入流量曲线界面点击菜单栏中的“曲线 流量控制曲线”开始记录液位变化 7．将流量测量表（FI-01）设为自动输出且SV 值为4.00，P=3，I=5，D=1.5 FILE=5 8．打开立式离心泵向观察曲线变化情况，待流量稳定后，点击菜单栏中的“曲线 流量控制曲线”重新记录液位变化 9．大约10秒钟后通过以下几种方式加干扰： （1）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；（此法推荐，下面方法仅供参考）。 （2）改变开立式离心泵频率 以上两种干扰均要求扰动量为控制量的5％～15％，干扰过大可能
《过程控制工程》考试试题 一、填空（20分） 1、定值控制系统是按（）进行控制的，而前馈控制是按（）进行控制的；前者是（）环控制，后者是（）环控制。前馈控制一般应用于扰动（）和扰动（）与扰动（）的场合。 2、串级控制系统能迅速克服进入（）回路的扰动，改善（）控制器的广义对象特性，容许（）回路内各环节的特性在一定的范围内变动而不影响整个系统的控制品质。 二、试写出正微分与反微分控制作用的传递函数，画出它的阶跃响应，并简述各自的应用场合。（15） 三、前馈控制适用于什么场合？为什么它常与反馈控制构成前馈—反馈控制 系统？对于扰动至测量值通道的传递函数为，控制作用对测量通 道的传递函数为的前馈—反馈控制系统，试求前馈控制规律 。（20分） 四、甲的正常流量为240kg/h，仪表量程为0~360kg/h；乙的正常流量为120NM3/h，仪表量程为0~240NM3/h。设计控制乙的单闭环比值控制系统，画出流程图并计算引入开方运算与不引入开方运算所分别设置的比值系数。（15分）
五、如图示的加热炉，采用控制燃料气的流量来保证加热炉出口温度恒定。（20分） 1、总进料量是主要扰动且不可控扰动时，设计合理的控制方案，并作简要说明。 2、当燃料气阀前压力是主要扰动且不可控扰动时，设计合理的控制方案，并作简要说明。 六、APC的涵义是什么？它主要包括哪些控制系统？（10分） 一、答： 1.定值控制系统是按（偏差）进行控制的，而前馈控制是按（扰动）进 行控制的；前者是（闭）环控制，后者是（开）环控制。前馈控制一般应用于扰动（可测）和扰动（显著）与扰动（频繁）的场合。
2.串级控制系统能迅速克服进入（副）回路的扰动，改善（主）控制器 的广义对象特性，容许（副）回路内各环节的特性在一定的范围内变动而不影响整个系统的控制品质。 二、答： 理想微分作用：；。 由于理想微分作用对高频分量要有巨大的 放大能量，无法达到。因此，实际情况： ；阶跃响应曲线如图： 当时，为正微分作用；如果则为反微分作用；当时，为 的单纯比例作用。 1.微分作用可以使系统开环频率特性幅值比增大，相位提前。微分作用量适当，可以使系统的稳定域度提高，最大偏差减小，回复时间缩短；对温度和成分控制系统，往往引入微 分控制。对真正的时滞，微分作用不能改善控制品质。对噪声大的对象，微分作用会把这些高频干扰放大的很厉害，将使系统的控制质量降低。因此，对流量和液位控制系统，一般不引入微分作用。如实必要，须先将测量信号滤波。 2.反微分作用常常用在噪声很大的流量系统控制。 三、答：
大连民族大学 温度闭环控制设计电路仿真 专业：通信工程 学生姓名：熊和艳 指导教师：吴宝春老师 完成时间：2015年4月26日
一、设计内容 1.通过运算差分放大电路将温度传感器的阻值变化转化为电压信号的变化放大。 2.利用A/D转换实现魔力信号到数字信号的转换，根据模拟电路部分电路原理计算得出最后电压与温度值的关系，并通过数码管显示温度的值，实现温度的测量。 3.并利用比较器来实现对温度的控制，通过设定温度上下限可使整个系统工作于一个限定的温度范围内。 4.报警设置，当被测温度超出温度范围时，进行相应的报警设。 5.学会系统仿真、测量和测试。 二、方案实现及设计思路 1.当温度小于等于20℃时，系统自动加热。 2.当水温高于或等于50℃时，系统停止加热。 3.并用数码管显示温度情况，水温测量用热敏电阻，加热、停止加热用不同的发光二极管。 4.系统流程图： 电路仿真及调试方案设计电路设计器件设计机构设计
方案设计：按照要求，将电路划分为若干模块，从而将一个大的系统划分为小的单元电路，并分配各单元模块要完成的任务，确定各模块间输入输出关系，最后决定各单元电路的组成方式。 电路设计：电路设计是按功能模块确定的单元电路设计。在该部分中，要详细拟定单元电路组成，性能指标及前后电路关系，明确采用的算法，理清思路。 器件设计：是在单元电路的结构确定后，根据单元电路的功能，确定具体器件型号及计算相应的系数，计算量较大。主要分为①阻容原件的设计；②分立元件的选择；③模拟集成电路的相关计算。 电路仿真测试：使用Proteus 软件仿真，争取实现各单元的具体功能。 三、设计方法及步骤 1.系统框图 ⑴信号调理模块 由于被测是温度，由设计要求，温度检测用热敏电阻。而热敏电阻将温度转化成电阻值的变化，故在系统中由信号调理电路作用是将温度的变化这样一个非电量转化成电信号，然后加以放大。以便后一温度显示 检测对象 信号调理 水温检测 加热、停止、状态显示 加热、停止检测