单回路控制系统整定实验报告 一、实验目的 (1)掌握动态模型的创建方法.。 （2）掌握单回路控制系统的理论整定方法和工程整定方法。 （3）了解调节器参数对控制品质的影响。 二、实验仪器 计算机一台 三、实验步骤 （1）启动计算机，运行MATLAB应用程序。 （2）在MATLAB命令窗口输入Smulink,启动Simulink。 （3）在Simulink库浏览窗口中，单击工具栏中的新建窗口快捷按钮或在Simulink库窗口中选择菜单命令File→New→Modeel,打开一个标题为“Untitled”的空白模型编辑窗口。 （4）用鼠标双击信号源模块库（Source）图标，打开信号源模块库，将光标移动到阶跃信号模块（Step）的图标上，按住鼠标左键，将其拖放到空白模型编辑窗口中。用鼠标双击附加模块库（Simulink Extra）图标，打开A到底提哦哪里Liner模块库，将光标移到PID Controller 图标上，按住鼠标左键，将其拖放到空白模块编辑窗口中。 （5）用同样的方法从连续系统模块库(Continuous)、接受模块库(Sinks)和数学运算模块库(Math Operations)中把传递函数模块(Transfer Fcn)、示波器模块(Scope)和加法器模块（Sum）拖放到空白模型编辑
窗口中。 （6）用鼠标单击一个模块的输出端口并用鼠标拖放到另一模块的输入端口，完成模块间的连接，如图1，图二。 图1 图二 （7）构造图1所示的单回路反馈系统的仿真模型。其中控制对象由子系统创建，如图2。 （8）设调节器为比例调节器，对象传递函数为： 0(1) n K T s （其中：0K =1，0T =10，n=4） ，用广义频率特性法按衰减率0.75计算调节器的参数；
XMT-2000 智能型数字显示温度控制器使用说明书 此产品使用前，请仔细阅读说明书，以便正确使用，并妥善保存，以便随时参考。 操作注意 为防止触电或仪表失效，所有接线工作完成后方能接通电源，严禁触及仪表内部和改动仪表。 断电后方可清洗仪表，清除显示器上污渍请用软布或棉纸。显示器易被划伤，禁止用硬物擦拭或触及。 禁止用螺丝刀或书写笔等硬物体操作面板按键，否则会损坏或划伤按键。 1．产品确认 本产品适用于注塑、挤出、吹瓶、食品、包装、印刷、恒温干澡、金属热处理等设备的温度控制。本产品的PID参数可以自动整定，是一种智能化的仪表，使用十分方便，是指针式电子调节器、模拟式数显温控仪的最佳更新换代产品。本产品符合Q/SQG01-1999智能型数字显示调节仪标准的要求。 请参照下列代码表确认送达产品是否和您选定的型号完全一致。 XMT□-□□□□-□ ①②③④⑤⑥ ①板尺寸（mm）3:时间比例(加热) 5:下限偏差报警 省略:80×160(横式) 4:两位PID作用(继电器输出) 6:上下限偏差报警 A:96×96 5:驱动固态继电器的PID调节⑤输入代码 D:72×72 6:移相触发可控硅PID调节 1:热电偶 E:96×48(竖式) 7:过零触发可控硅PID调节 2:热电阻 F:96×48(横式) 9:电流或电压信号的连续PID调节 W:自由信号 G:48×48 ④报警输出⑥馈电变送输出 ②显示方式 0:无报警 V12:隔离12V电压输出 6:双排4位显示 1:上限绝对值报警 V24:隔离24V电压输出 ③控制类型 2:下限绝对值报警 GI4:隔离4-20mA变送输出 0:位式控制3:上下限绝对值报警 2:三位式控制 4:上限偏差报警 2．安装 2.1 注意事项（5）推紧安装支架，使仪表与盘面结合牢固。 （1）仪表安装于以下环境 （2）大气压力：86~106kPa。2．3 尺寸 环境温度：0~50℃。 相对湿度：45~85%RH。 （3）安装时应注意以下情况 H h 环境温度的急剧变化可能引起的结露。 腐蚀性、易燃气体。 直接震动或冲击主体结构。 B l 水、油、化学品、烟雾或蒸汽污染。 b b’ 过多的灰尘、盐份或金属粉末。 空调直吹。阳光的直射。 热辐射积聚之处。 h’ 2．2 安装过程（1）按照盘面开孔尺寸在盘面上打出用来安装单位：mm 仪表的矩形方孔。型号 H×B h×b×1 h’×b’ （2）多个仪表安装时，左右两孔间的距离应大 XTA 96×96 92×92×70 (92+1)×(92+1) 于25mm；上下两孔间的距离应大于30mm。 XTD 72×72 68×68×70 (68+1)×(68+1) （3）将仪表嵌入盘面开孔内。 XTE 96×48 92×44×70 (92+1)×(44+1) （4）在仪表安装槽内插入安装支架 XTG 48×48 44×44×70 (44+1)×(44+1) 3．接线 3.1接线注意 （1）热电偶输入，应使用对应的补偿导线。 （2）热电阻输入，应使用3根低电阻且长度、规格一致的导线。 （3）输入信号线应远离仪表电源线，动力电源线和负荷线，以避免引入电磁干扰。 3.2接线端子 4．面板布置 ①测量值（PV）显示器（红） ?显示测量值。 ?根据仪表状态显示各类提示符。 ②给定值（SV）显示器（绿） ?显示给定值。 ?根据仪表状态显示各类参数。 ③指示灯 ?控制输出灯（OUT）(绿)工作输出时亮。 ?自整定指示灯（AT）(绿) 工作输出时闪烁。 ?报警输出灯1（ALM1）(红)工作输出时亮。 ?报警输出灯2（ALM2）(红)工作输出时亮。 ④SET功能键 ?参数的调出、参数的修改确认。 ⑤移位键 ?根据需要选择参数位，控制输出的ON/OFF。 ⑥▲、▼数字调整键 ?用于调整 数字，启动/退出自整定。
第五章单回路控制系统设计 ?本章提要 1.过程控制系统设计概述 2.单回路控制系统方案设计 3.单回路控制系统整定 4.单回路控制系统投运 5.单回路控制系统设计原则应用举例 ?授课内容 第一节过程控制系统设计概述 ?单回路反馈控制系统---又称简单控制系统，是指由一个被控过程、一个 检测变送器、一个控制器和一个执行器所组成的．对一个被控变量进行控 制的单回路反馈闭环控制系统。 ?单回路反馈控制系统组成方框图： ?简单控制系统是实现生产过程自动化的基本单元、其结构简单、投资少、易于调整和投运，能满足一般工业生产过程的控制要求、因此在工业生产小应用十分广泛，尤其适用于被控过程的纯滞后和惯性小、负荷和扰动变化比较平缓，或者控制质量要求不太高的场合。 ?过程控制系统设计和应用的两个重要内容：控制方案的设计、调节器整定参数值的确定。 ?过程控制系统设计的一般要求： ●过程控制系统是稳定的，且具有适当的稳定裕度。 ●系统应是一个衰减振荡过程，但过渡过程时间要短，余差要小。 ?过程控制系统设计的基本方法： 设计方法很多，主要有对数频率特性设计法、根轨迹设计法、系统参数优化的计算机辅助设计等。 ?过程控制系统统设计步骤： ●建立被控过程的数学模型 ●选择控制方案
●建立系统方框图 ●进行系统静态、动态特性分析计算 ●实验和仿真 ?过程控制系统设计的主要内容： ●控制方案的设计：核心，包括合理选择被控参数和控制参数、信息的获取 和变送、调节阀的选择、调节器控制规律及正、反作用方式的确定等。 ●工程设计：包括仪表选型、控制室和仪表盘设计、仪表供电供气系统设计、 信号及联锁保护系统设计等。 ●工程安装和仪表调校 ●调节器参数工程整定：保证系统运行在最佳状态。 第二节单回路控制系统方案设计 1.被控参数的选择 ?选取被控参数的一般原则为： ●选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作 用的，可直接测量的工艺参数为被控参数。 ●当不能用直接参数作为被控参数时，应该选择一个与直接参数有单值函数 关系的间接参数作为被控参数。 ●被控参数必须具有足够大的灵敏度。 ●被控参数的选择必须考虑工艺过程的合理性和所用仪表的性能。 2.控制参数的选择 ?需要正确选择控制参数、调节器调节规律和调节阀的特性。 ?当工艺上允许有几种控制参数可供选择时，可根据被控过程扰动通道和控制通道特性，对控制质量的影响作出合理的选择。所队正确选择控制参数就是正确选择控制通道的问题。 ?扰动作用-----由扰动通道对过程的被控参数产生影响，力图使被控参数偏 离给定性 ?控制作用-----由控制通道对过程的被控参数起主导影响，抵消扰动影响， 以使被控参数尽力维持在给定值。 ?在生产过程有几个控制参数可供选择时，一般希望控制通道克服扰动的校正能力要强，动态响应要比扰动通道快。 ?可由过程静态特性的分析（扰动通道静态放大倍数K f、控制通道静态放大倍数K o）、过程扰动通道动态特性的分析（时间常数T f、时延τf、扰动作用点位置）、过程控制通道动态特性的分析（时间常数T o、时延τ（包括纯时延τ0、容量时延τc）、时间常数匹配）确定各参数选择原则。 ?根据过程特性选择控制参数的一般原则： ●控制通道参数选择：选择过程控制通道的放大系数K o要适当大一些，时间 常数T o要适当小一些。纯时延τ0愈小愈好，在有纯时延τ0的情况下，τ0 与T o之比应小—些（小于1），若其比值过大，则不利于控制。 ●扰动通道参数选择：选择过程扰动通道的放大系数K f应尽可能小。时间常 数T f要大。扰动引入系统的位置要远离控制过程（即靠近调节阀）。容量 时延τc愈大则有利于控制。 ●时间常数匹配：广义过程(包括调节阀和测量变送器)由几个一阶环节组成，
数字显示控制仪要问的问题： 1.亲，有没有型号，或者是品牌，功能要求，您可以用手机把仪表接线端子拍照，发给我们让技术看一下，帮您选择一个接线跟您图片相匹配的仪表。 2.您的仪表外形尺寸,或者开孔尺寸是多少毫米。 3.接入的什么传感器，传感器输出信号是什么？ 4.您仪表输出的是几路开关量信号、干接点信号，几路4-20MA电流模拟量输出信号或，如果是其他信号请提前告知我们。 5.是否带DC24直流电压输出，一般配压力变送器,液位变送器，温度变送器使用,是要带DC24V直流电压输出，给传感器或变送器提供工作电源。 6.是否带485通讯协议？或其他通讯协议。 7.如果您温控仪没有其他要求的，比较常用的型号是SWP-C803-01-23-HL,这台表的功能是，热电偶，热电阻，4—20MA,PT100，电流，电压都可以输入的智能仪表，上下限控制或者报警，仪表开孔尺寸是152×76mm。 数显控制仪功能代码描述这一类仪表属于二次仪表SWP,WP,XM,DY，NHR等是各个厂家商标，为品牌标志。没有其他含义。 外形尺寸： 仪表是方形、竖表、横表一定要问清楚外形尺寸一定要问清不清楚不能订货： 1.48*48 7.72*72 9.96*96 4.96*48（横式）48*96（竖式） 8.160*80（横式）80*160（竖式） N：在选型表前面没功能含义 N：在后面代表无报警选型结束，有的就省略了没有功能含义 R：记录功能 LCD：液晶价格较高 LED：数码管是销售的主打产品 DC：直流电 AC：交流电 PID:可编程控制器 C、X：都可代表横式表 D：代表双屏幕显示另加30 D803和C803功能一样 S：代表竖式表 T：在前面代表85-260V宽电压供电（也叫开光电源供电） W:代表数显表是DC24V直流工作电压不用加价 P：DC24V直流电源，馈电输出，是给压力变送器，液位变送器等传感器提供工作电源加50
单回路控制系统原理 一、过程控制的特点 与其它自动控制系统相比, 过程控制的主要特点是: 1、系统由工业上系列生产的过程检测控制仪表组成。一个简单的过程控制系统是由控制对象和过程检测控制仪表( 包括测量元件, 变送器、调节器和调节阀) 两部分组成。 如图1: 液位控制系统 Q2 K C: 调节器的静态放大系数 K V: 调节阀的静态放大系数 K0: 被控对象的静态放大系数
K m: 变送器的静态放大系数 2、被控对象的设备是已知的, 对象的型式很多, 它们的动态特性是未知的或者是不十分清楚的, 但一般具有惯性大, 滞后大, 而且多数具有非线性特性。 3、控制方案的多样性。有单变量控制系统、多变量控制系统; 有线性系统、有非线性系统、; 有模拟量控制系统、有数字量控制系统, 等等。这是其它自动控制系统所不能比拟的。 4、控制过程属慢过程, 多半属参量控制。即需对表征生产过程的温度、流量、压力、液位、成分、PH等进行控制。 5、在过程控制系统中, 其给定值是恒定的( 定值控制) , 或是已知时间的函数( 程序控制) 。控制的主要目的是在于如何减少或消除外界扰动对被控量的影响。 工业生产要实现生产过程自动化, 首先必须熟悉生产过程, 掌握对象特点; 同时要熟悉过程参数的主要测量方法, 了解仪表性能、特点, 根据生产工艺要求和反馈控制理论的分析方法, 合理正确地构建过程控制系统; 而且经过改变调节仪表的PID特性参数, 使系统运行在最佳状态。 过程控制系统的品质是由组成系统的对象和过程检测仪表各环节的特性和系统的结构所决定的。 二、单回路控制系统原理 如图1所示单回路控制系统由对象、测量变送器、调节器、调节阀等环节组成。由于系统结构简单, 投资少, 易于调整、投运, 又
单回路控制器的设计 学院：电子工程学院 年级：2012级 专业：自动化 姓名：、 学号：20125229 指导教师：
摘要 介绍了以89C51单片机实现的单回路智能控制器的设计思想，由于软件功能丰富，因此这可完成模拟仪表难以或无法完成的复杂调节功能，运算功能的显示功能，它可适用于工业过程中控制诸多领域。并且分析了51单片机与8255的连接方法，可以用它制成多路扩展的IO口控制器。该系统将单片机应用到单回路控制系统，实现一个比较简单的单回路PID控制。 。 关键词 单片机单回路智能控制器软件设计 IO扩展 PID控制
目录 摘要 (2) 第1章前言 (1) 1.1当前单片机系统的介绍及在单回路控制过程中的应用与前景错误！未定义书签 第2章单片机外部设备扩展 (2) 2.1单片机最小系统设计 (2) 2.1.1 单片机外部存储器的扩展 (2) 2.12 看门狗电路、复位电路的设计 (2) 2.2I/O接口的扩展 (3) 2.2.1.1 I/O扩展概述 (3) 2.2.2 89c51与可编程RAM/IO芯片8255的接口 (4) 2.3键盘的设计 (4) 2.4 LED显示器设计 (5) 2.5 数字量模拟量转换 (5) 2.5.1 信号采样及转换电路设计 (7) 2.6开关量的输入输设计 (8) 2.7 单片机串行口扩展设计。（MAX232与单片机接口设计） (10) 结论 (11) 参考文献 (12) 致谢 (12)
第1章前言 1．1单回路控制系统的介绍及单片机在单回路控制系统中的应用及前景 89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器， VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
1.1.1单回路控制系统设计 第一节过程控制系统设计概述 ?单回路反馈控制系统---又称简单控制系统，是指由一个被控过程、一个 检测变送器、一个控制器和一个执行器所组成的．对一个被控变量进行控 制的单回路反馈闭环控制系统。 ?单回路反馈控制系统组成方框图： ?简单控制系统是实现生产过程自动化的基本单元、其结构简单、投资少、易于调整和投运，能满足一般工业生产过程的控制要求、因此在工业生产小应用十分广泛，尤其适用于被控过程的纯滞后和惯性小、负荷和扰动变化比较平缓，或者控制质量要求不太高的场合。 ?过程控制系统设计和应用的两个重要内容：控制方案的设计、调节器整定参数值的确定。 ?过程控制系统设计的一般要求： ●过程控制系统是稳定的，且具有适当的稳定裕度。 ●系统应是一个衰减振荡过程，但过渡过程时间要短，余差要小。 ?过程控制系统设计的基本方法： 设计方法很多，主要有对数频率特性设计法、根轨迹设计法、系统参数优化的计算机辅助设计等。 ?过程控制系统统设计步骤： ●建立被控过程的数学模型 ●选择控制方案 ●建立系统方框图 ●进行系统静态、动态特性分析计算 ●实验和仿真 ?过程控制系统设计的主要内容： ●控制方案的设计：核心，包括合理选择被控参数和控制参数、信息的获取 和变送、调节阀的选择、调节器控制规律及正、反作用方式的确定等。 ●工程设计：包括仪表选型、控制室和仪表盘设计、仪表供电供气系统设计、 信号及联锁保护系统设计等。 ●工程安装和仪表调校 ●调节器参数工程整定：保证系统运行在最佳状态。
第二节单回路控制系统方案设计 1.被控参数的选择 ?选取被控参数的一般原则为： ●选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作 用的，可直接测量的工艺参数为被控参数。 ●当不能用直接参数作为被控参数时，应该选择一个与直接参数有单值函数 关系的间接参数作为被控参数。 ●被控参数必须具有足够大的灵敏度。 ●被控参数的选择必须考虑工艺过程的合理性和所用仪表的性能。 2.控制参数的选择 ?需要正确选择控制参数、调节器调节规律和调节阀的特性。 ?当工艺上允许有几种控制参数可供选择时，可根据被控过程扰动通道和控制通道特性，对控制质量的影响作出合理的选择。所队正确选择控制参数就是正确选择控制通道的问题。 ?扰动作用-----由扰动通道对过程的被控参数产生影响，力图使被控参数偏 离给定性 ?控制作用-----由控制通道对过程的被控参数起主导影响，抵消扰动影响， 以使被控参数尽力维持在给定值。 ?在生产过程有几个控制参数可供选择时，一般希望控制通道克服扰动的校正能力要强，动态响应要比扰动通道快。 ?可由过程静态特性的分析（扰动通道静态放大倍数K f、控制通道静态放大倍数K o）、过程扰动通道动态特性的分析（时间常数T f、时延τf、扰动作用点位置）、过程控制通道动态特性的分析（时间常数T o、时延τ（包括纯时延τ0、容量时延τc）、时间常数匹配）确定各参数选择原则。 ?根据过程特性选择控制参数的一般原则： ●控制通道参数选择：选择过程控制通道的放大系数K o要适当大一些，时间 常数T o要适当小一些。纯时延τ0愈小愈好，在有纯时延τ0的情况下，τ0 与T o之比应小—些（小于1），若其比值过大，则不利于控制。 ●扰动通道参数选择：选择过程扰动通道的放大系数K f应尽可能小。时间常 数T f要大。扰动引入系统的位置要远离控制过程（即靠近调节阀）。容量 时延τc愈大则有利于控制。 ●时间常数匹配：广义过程(包括调节阀和测量变送器)由几个一阶环节组成， 在选择控制参数时，应尽量设法把几个时间常数错开，使其中一个时间常 数比其他时间常数大得多，同时注意减小第二、第三个时间常数。 ●注意工艺操作的合理性、经济性。 3.系统设计中的测量变送问题 ?被控参数的测量和变送必须迅速正确地反映其实际变化情况，为系统设计提供准确的控制依据。 ?测量和变送环节的描述：
数字PID控制器设计 实验报告 学院电子信息学院 专业电气工程及其自动化学号 姓名 指导教师杨奕飞
数字PID控制器设计报告 一．设计目的 采用增量算法实现该PID控制器。 二．设计要求 掌握PID设计方法及MATLAB设计仿真。 三．设计任务 设单位反馈系统的开环传递函数为： 设计数字PID控制器，使系统的稳态误差不大于，超调量不大于20%，调节时间不大于。采用增量算法实现该PID控制器。 四．设计原理 数字PID原理结构图 PID控制器的数学描述为：
式中，Kp为比例系数；T1为积分时间常数；T D为微分时间常数。 设u(k)为第K次采样时刻控制器的输出值，可得离散的PID表达式为:? 使用模拟控制器离散化的方法,将理想模拟PID控制器D(s)转化为响应的理想数字PID控制器D(z).采用后向差分法,得到数字控制器的脉冲传递函数。
2.增量式PID控制算法 u(k)=u(k-1)+Δu(k) 增量式PID控制系统框图 五．Matlab仿真选择数字PID参数 利用扩充临界比例带法选择数字PID参数，扩充临界比例带法是以模拟PID调节器中使用的临界比例带法为基础的一种数字PID参数
的整定方法。其整定步骤如下 1)选择合适的采样周期T：，因为Tmin<1/10 T,选择采样周期为； 2)在纯比例的作用下,给定输入阶跃变化时,逐渐加大比例作用 Kp(即减小比例带δ),直至系统出现等幅震荡,记录比例增益 Kr,及振荡周期Tr 。Kr成为临界振荡比例增益(对应的临界比 例带δ),Tr成为临界振荡周期。 在Matlab中输入如下程序? G=tf(1,[1/150,36/150,185/150,1]); p=[35:2:45]; for i=1:length(p) Gc=feedback(p(i)*G,1); step(Gc),hold on end; axis([0,3,0,]) 得到如下所示图形： 改变其中的参数P=[35:2:45]为p=[40:1:45]得到下图曲线，得Kr约为43，Tr
XMTD-2000智能型数字显示温度控制器使用说明书概述 XMTD-2000智能数字显示温控仪表是我厂新推出的新一代温控仪表。本产品采用性能优异的单片微机作为主控部件，具有精度高、数字显示、轻触键盘操作、停电数据保存永久、抗干扰性能强、外形美观等特点。 XMTD-2000温控仪可广泛应用于轻工机械层压机，包装、印刷、纺织、造纸、等行业。选用时靖仔细确认是否符合您的要选的型号XMT□—□□-□-□ 传感器分度号测量范围 F:0～10000C K：0～4000C E：0～3000C 输入代码：1：热电隅 外形尺寸：E：72*72 技术参数及安装 1安装注意事项： 仪表安装环境要求： ①大气压力：86—106Kpa。 ②环境温度：0—500C。 ③相对湿度：45—85RH%。 安装时注意以下情况： ①环境温度的急变可能引起的结露。 ②腐蚀性及易燃气体的有可能侵害。 ③直接震动或冲击机的主体。 ④水、油、化学器、烟雾或蒸气的污染等。 ⑤过多的尘埃、盐雾或其它的金属粉末等。 ⑥空调的直吹。 ⑦阳光的直射。 ⑧热辐射的积聚之处等。 2安装过程 ⑴按照盘面的开孔尺寸在盘面上开出来安装仪表的方孔，如多个仪表安装时请将左右两只仪表的距离大于25mm,上下两只仪表的距离应大于30㎜。 ⑵将仪表嵌入盘面的开孔内， ⑶将仪表安装槽内插入安装支架。 ⑷推紧安装支架，使仪表与盘面结合牢固，再拧紧螺钉。 3主要技术性能 ①测量精度：0.5%±1dig; ②电源电压:220VAC; ③环境温度:0—500C; ④应用模糊PID技术控制;
⑤开孔尺寸（㎜）:KCY-E型为:68*68 接线方式 1接线的注意事项： ⑴热电隅输入，应该使用对应的补偿导线。 ⑵输入信号线应远离仪表的电源线、动力电源线、负荷线。以避免产品信号的干扰。 2、接线端子图： XMTD-2000的仪表接线 1、各功能的调出顺序： ◇仪表通电后，上排显示INP，下排显示分度号，表示输入类型；经4秒后，上排显示量程上限，下排显示量程下限，表示测量范围；再经4秒，上排显示测量值，下排显示设定值，此时仪表进入正常工作状态。 ◇各参数设定： 按“SET”键，上排显示TH（上限温度设定值），按∧或∨键，使下排显示为所需要的值； 再按“SET”键，上排显示DT（延时时间设定值），按∧或∨键，使下排显示为所需要的值； 再按“SET”键，上排显示TL（下限温度设定值），按∧或∨键，使下排显示为所需要的值； 再按“SET”键，上排显示AT（报警时间设定值），按∧或∨键，使下排显示为所需要的值； 再按“SET”键退回到标准模式。 ◇控制参数的设定： 按“SET”键4秒种以上，一排显示控制参数的提示符（见参数表），按∧或∨键，使下排显示为所需要的值； 再按“SET”键，上排依次显示各参数的提示符，按∧或∨键，使各控制参数为所需要的值； 再按“SET”键4秒种以上，回到标准模式。 ◇注意：若红色显示的下面出现000说明热电隅接反了，如果上面出现000则说明热电隅开路或温度超过测量范围值了。 2、各功能的使用 ◇在停止状态，仪表上排显示测量值，下排显示“STP”。 ◇冷启动时开始加热，加热指示灯亮，仪表上排显示温度测量值，下排显示TH的数值。当测量值大于TH值时，停止加热，加热指示灯灭。 ◇延时指示灯亮，仪表开始延时，上排显示延时时间，下排显示DT的数值。当延时时间大于DT值时，延时指示灯灭。 ◇风机启动，降温指示灯亮，开始降温过程，仪表上排显示温度测量值，下排显示SPL的数值。当测量值小于TL的数值时，风机停止，降温指示灯灭。 ◇蜂鸣器开始鸣叫，报警指示灯亮，开始报警过程，上排显示报警时间，下排显示AT的数值。当报警时间大于AT的值时，蜂鸣器停止，报警指示灯灭。
概述 本系列智能数字显示仪表采用专用的集成仪表芯片，测量输入及变送输出采用数字校正及自校准技术，测量精确稳定，消除了温漂和时漂引起的测量误差。本系列仪表采用了表面贴装工艺，并设计了多重保护和隔离设计，并通过EMC电磁兼容性测试，抗干扰能力强、可靠性高，具有很高的性价比。 本系列智能数字显示仪表具有多类型输入可编程功能，一台仪表可以配接不同的输入信号（热电偶/热电阻/线性电压/线性电流/线性电阻/频率等）, 同时显示量程、报警控制等可由用户现场设置，可与各类传感器、变送器配合使用，实现对温度、压力、液位、容量、力等物理量的测量显示、调节、报警控制、数据采集和记录，其适用范围非常广泛。 智能数字显示仪表以双排LED显示测量值（PV）和设定值（SV），还具有零点和满度修正、冷端补偿、数字滤波、通讯接口、4种报警方式，可选配1～4个继电器报警输出，还可选配变送输出，或标准通讯接口（RS485或RS232C）输出等。 一、智能数字显示报警仪表性能特点 1、专用的集成仪表芯片，具备更为可靠的抗干扰性及稳定性。 2、万能信号输入，通过菜单设置即可配接常用热工信号。 3、可在线修改显示量程、变送输出范围、报警值及报警方式。 4、软、硬件结合的抗干扰模式，有效抑制现场干扰信号。 5、数字化校准技术，无电位器等可调部件。 6、热电偶冷端温度及热电阻引线电阻自动补偿。 7、可对外接的二、三线制变送器提供配电功能。 8、具备光电隔离的变送输出功能。 9、具备光柱模拟显示功能。 10、具备RS232或RS485通讯功能，与上位机连接可构成数据采集系统及控制系统。 11、仪表具有记忆功能：当仪表输入断线时，仪表指示灯及继电器均保持仪表断线前的状态。 二、技术指标 1、显示方式：以双排LED显示测量值（PV）和设定值（SV）。 2、显示范围：-1999～9999。 3、测量准确度：±0.2%FS±1字或0.5%FS±1字；±0.1%FS±1字（需特殊订制）。 4、分辨率：末位一个字。 5、输入信号： 热电偶: K、E、S、B、J、T、R、N；冷端温度自动补偿范围0～50℃，补偿准确度±1℃。 热电阻：Pt100、Cu100、Cu50、BA2、BA1；引线电阻补偿范围≤15Ω。 直流电压：0～20mV、0～75mV、0～200mV、0～5V、1～5V；0～10V（订货时需指定，与其他信号不兼容）。 直流电流：0～10mA、0～20mA、4～20mA。 线性电阻：0～400Ω（远传压力表）。 频率：0.1Hz-10KHz。（该功能需单独指定，与其它信号不兼容输入）。 6、变送输出准确度：同测量准确度。 7、模拟输入阻抗：电流信号Ri=100Ω；电压信号Ri=500KΩ。 8、模拟输出负载能力： 电流信号：4～20mA输出时Ro≤750Ω；0～10mA输出时Ro≤1.5KΩ。 电压信号：要求外接仪表的输入阻抗Ri≥250KΩ，否则不保证连接外部仪表后的输出准确度。 9、配电输出：DC24±2V 30mA。 10、报警方式：1-4路报警控制(下下限SP4、下限SP2、上限SP1、上上限SP3)，LED指示。 11、报警精度：±1字。 12、保护方式：输入回路断线、输入信号超/欠量程报警。 13、通讯方式：RS232或RS485 。 14、通讯距离：1km。 15、设定方式：面板轻触式按键数字设定，设定值断电永久保存。 16、使用环境温度：-10～55℃；环境湿度：10～90%RH。 17、耐压强度: 输入/输出/电源/通讯≥1000V.AC 1分钟。 18、绝缘阻抗: 输入/输出/电源/通讯≥100MΩ。 19、电源：开关电源：交流：85～265V，频率： 50Hz/60Hz； 直流电源：24V±2V。 20、功耗：<5W。
一、单回路控制系统 1. 画出图示系统的方框图： 2. 一个简单控制系统总的开环增益（放大系数）应是正值还是负值？仪表行业定义的控制器增益与控制系统中定义的控制器的增益在符号上有什么关系？为什么？ 3. 试确定习题1中控制器的正反作用。若加热变成冷却，且控制阀由气开变为气关，控制器的正反作用是否需要 4. 什么是对象的控制通道和扰动通道？若它们可用一阶加时滞环节来近似，试述K P 、K f 、τp 、τf 对控制系统质量的影响。 5. 已知广义对象的传递函数为1) S (T e K P S τP P +-，若P P T τ的比值一定时，T P 大小对控制质量有什么影响？为什么？ 6. 一个简单控制系统的变送器量程变化后，对控制质量有什么影响？举例说明。 7. 试述控制阀流量特性的选择原则，并举例加以说明。 8. 对图示控制系统采用线性控制阀。当负荷G 增加后，系统的响应趋于 非周期函数，而G 减少时，系统响应震 9. 一个简单控制系统中，控制阀口 径变化后，对系统质量有何影响？ 10. 已知蒸汽加热器如图所示，该系 统热量平衡式为：G 1C 1(θ0-θi )=G 2λ(λ 为蒸汽的冷凝潜热)。 （1）主要扰动为θi 时，选择控制阀的流量特性。 （2）主要扰动为G 1时，量特性。 （3特性。 11.
作用后，对系统质量有什么影响？为了保持同样的衰减比，比例度δ要增加，为什么？ 12. 试写出正微分和反微分单元的传递函数和微分方程；画出它们的阶跃响应，并简述它们的应用场合。 13. 什么叫积分饱和？产生积分饱和的条件是什么？ 14. 采用响应曲线法整定控制器参数，选用单比例控制时，δ=K P τP /T P ×100%,即δ∝K P ，δ∝τP /T P ,为什么？而选择比例积分控制时，δ=1.44K P τP /T P ×100%，即比例度增加，为什么？ 15. 采用临界比例度法整定控制器参数，在单比例控制时，δ=2δK (临界比例度)，为什么？ 16. 在一个简单控制系统中，若对象的传递函数为 ) 1T )(1S 1)(T S (T K W P V P +-+S ，进行控制器参数整定时，应注意什么？ 17. 已知广义对象的传递函数为1) S (T e K P S τP P +-，采用比例控制，当系统达到稳定边缘时，K C =K CK ，临界周期为T K 。问： (1)T K /τP 在什么数值范围内(即上、下界)，τP /T P 增加时，这一比值是上升还是下降？ (2)K CK 在什么数值范围内(即上、下界)，τP /T P 增加时，K CK 是上升还是下降？ 18. 一个过程控制系统的对象有较大的容量滞后，而另一系统由于测量点位置造成纯滞后。若对两个系统均采用微分控制，试问效果如何？ 19. 某一温度控制系统，采用4:1衰减曲线法进行整定，测得系统的衰减比例度 δs=25%，衰减振荡周期Ts=10min ，当控制器采用P 和PI 控制作用时，试求其整定参数值。 20. 有一个过程控制系统(采用DDZ-Ⅲ型仪表)，当广义对象的输入电流（即控制器的输出电流）为14mA 时，其被控温度的测量值为70℃。当输入电流突然从14mA 增至15mA ，并待被控温度达到稳定时，其测量值为74℃。设测温仪表的量程为50-100℃。同时由实验测得广义对象的时间常数T P =3min ，滞后时间τP =1.2min ，试求衰减比为4:1时PI 控制器的整定参数值。 21. 某一个过程控制系统，利用临界比例度法进行控制器的参数整定。当比例度为12%时，系统出现等幅振荡，其临界振荡周期为180s ，试求采用PID 控制器时的整定参数值。 22. 已知控制系统方块图如下： 求：(1)X 作单位跃阶变化时，随动控制系统的余差。
十、仪表使用与维修 1、根据需要，正确选择仪表型号和有关程序，以便用户免调试或直接使用。 2、由于仪表功能多，根据工况需要正确设置B菜单操作程序 3、和正确接线，如有需要建议用户派员到厂家学习。 3、如属制造厂质量问题引发仪表损坏，一年内由厂方免费维修。 十一、随机附件 1、智能表1台 2、合格证1份 3、使用说明书1份 目录 前言 一、概述 (1) 二、选型表 (2) 三、主要技术指标 (4) 四、显示说明 (5) 五、键盘定义 (6) 六、B菜单 (7) 七、E菜单（校准菜单） (11) 八、现场标定校准（校准菜单） (12) 九、仪表接线 (13) 十、仪表使用与维修 (17) 十一、随机附件 (17)
图4 注：如有不同，以随仪表接线图为准
智能数字显示调节仪 使 用 说 明 智能数字显示调节仪 使 用 说 明 图3 注：如有不同，以随仪表接线图为准 前 言 欢迎您使用我公司生产的智能数字（光柱）显示 调节仪！使用前，敬请仔细阅读本使用说明书，以期 仪表按照您的意愿工作。本仪器的输入、输出、报警、控制方式等，都可以由用户设置。因此，在安装或更 新的智能仪表时，如果其参数没有被正确设置，即使 它们具有相同型号，也必须由熟悉工业控制现场要求 和本仪表性能的技术人员对该仪表进行正确设置，方 可在现场安装运行。 如果智能仪表的参数没有被正确设置，则有可能 造成不可预知的后果。因误操作、误设置造成的后果， 恕我公司不能承担责任。
一、概述 本公司生产的智能化数字调节仪采用了自行研制开发，委托日本集成电路制造商定制生产的专用集成电路，它不仅汇集目前自动控制系统中各类调节仪表的大部分功能，同时还集成了CPU 、I/O 接口、EPROM 和D/A 转换等电路，辅以博采众长、精心编制、反复调试的软件系统使本仪表独具以下特点： 1、仪表硬件大幅度减少，系统的组成结构相对简单。在用户申请范围内，多种输入信号兼容。 2、采用了优化设计，工艺显著改善，没有飞线，没有调整电位器，所有的校准和功能可全部通过键盘由软件完成。 3、最多可设定六个报警输出，报警方法可达十种以上，并可对报警参数进行监控。 4、可选加两路D/A 输出口，可以对过程量和控制量同时进行光电隔离输出，以确保被控系统的安全可靠。提供5V 和24V 两个恒压源输出，可满足大多数辅助功能的需求。 5、任何复杂的控制、调节、报警、输出等功能，均可由仪表工进行简单的操作，设定后加以密码保护，使其变成一个傻瓜式仪表，现场操作工将不能修改被锁定的参数。甚至还可做到不让操作工查看。由用户自已设定的四个类别百种级别的抗干扰模式，可适应各种环境的干扰源。 6、线性输入或Pt100X 仪表可自定义零点和满度。 图2 注：如有不同，以随仪表接线图为准
数字PID控制器设计 设计任务： 设单位反馈系统的开环传递函数为： 设计数字PID控制器，使系统的稳态误差不大于0.1，超调量不大于20%，调节时间不大于0.5s。采用增量算法实现该PID控制器。 具体要求： 1.采用Matlab完成控制系统的建立、分析和模拟仿真，给出仿真结果。 2.设计报告内容包含数字PID控制器的设计步骤、Matlab仿真的性能曲线、采样周期T的选择、数字控制器脉冲传递函数和差分方程形式。 3.设计工作小结和心得体会。 4.列出所查阅的参考资料。
数字PID控制器设计报告 一、设计目的 1 了解数字PID控制算法的实现； 2 掌握PID控制器参数对控制系统性能的影响； 3 能够运用MATLAB/Simulink 软件对控制系统进行正确建模并对模块进行正确的参数设置； 4 加深对理论知识的理解和掌握； 5 掌握计算机控制系统分析与设计方法。 二、设计要求 1采用增量算法实现该PID控制器。 2熟练掌握PID设计方法及MATLAB设计仿真。 三、设计任务 设单位反馈系统的开环传递函数为： 设计数字PID控制器，使系统的稳态误差不大于0.1，超调量不大于20%，调节时间不大于0.5s。采用增量算法实现该PID控制器。 四、设计原理 1.数字PID原理结构框图
2. 增量式PID 控制算法 ()()()()()01P I D i u k K e k K e i K e k e k ∞ ==++--????∑ =u(k-1)+Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)] =u(k-1)+(Kp+Ki+Kd)e(k)-(Kp+2Kd)e(k-1)+Kde(k-2) 所以Δu(k)=u(k)-u(k-1) =Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)] =(Kp+Ki+Kd)e(k)-(Kp+2Kd)e(k-1)+Kde(k-2) 整理： Δu(k)= Ae(k)-Be(k-1)+Ce(k-2) A= Kp+Ki+Kd B=-(Kp+2Kd ) C=Kd 五、Matlab 仿真选择数字PID 参数 （扩充临界比例度法/扩充响应曲线法 具体整定步骤） 利用扩充临界比例带法选择数字PID 参数，扩充临界比例带法是 以模拟PID 调节器中使用的临界比例带法为基础的一种数字 PID 参数的整定方法。其整定步骤如下：；
课程设计报告 ( 2015-- 2016年度第2学期) 名称：过程控制系统 题目：单回路控制系统参数整定院系： 班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 设计周数：第十七周 成绩： 日期：2016年6月23日
《过程控制系统》课程设计 任务书 一、目的与要求 1．掌握单回路控制系统整定方法； 2．掌握PID参数对控制品质影响规律； 3．运用相应软件开发单回路控制系统整定程序。 二、主要内容 1．学习基于被控对象模型的单回路控制系统参数整定方法； 2．开发单回路控制系统PID参数整定程序； 3．寻找不同PID参数对控制品质影响规律。 三、进度计划 四、设计成果要求 1．阐明基于被控对象模型的单回路控制系统参数整定方法的基本原理； 2．完整的、可运行的单回路控制系统PID参数整定程序； 3．验证整定的PID参数下的控制效果，给出控制曲线图，同时给出其它PID参数下的控制曲线图，总结不同PID参数对控制品质影响规律。 五、考核方式 1．设计报告； 2．设计答辩。
二、设计（实验）正文 1.学习基于被控对象模型的单回路控制系统参数整定方法； 1）经验法 内容： 经验法实际是一种试凑法，是在生产实践中总结出来的参数整定法，该法在现场中得到了广泛的应用。利用经验法对系统的参数进行整定时，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；若调节过程不满足要求，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。 实验步骤： (1) 首先将调节器的积分时间Ti置最大，微分时间Td置最小，根据经验设置比例带δ的数值，完成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，若过渡过程有希望的衰减率则可，否则改变比例带δ的值，重复上述试验，直到满意为止； (2) 将调节器的积分时间Ti由最大调整到某一值，由于积分作用的引入导致系统的稳定性下降，因而应将比例带适当增大，一般为纯比例作用的1.2倍。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，若过渡过程有希望的衰减率则可，否则改变积分时间Ti的值，重复上述试验，直到满意为止； (3) 将调节器的微分时间由小到大调整到某一数值，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，修改微分时间重复试验，直到满意为止； 2）临界比例带法 内容： 临界比例带法又称边界稳定法，首先将调节器设置成纯比例调节器，然后系统闭环投入运行，将比例带由大到小改变，观察系统输出，直到系统产生等幅振荡为止。记下此状态下的比例带数值（即为临界比例带δk）和振荡周期Tk，然后根据经验公式计算调节器的其它参数。 实验步骤： (1) 将调节器的积分时间Ti置于最大，微分时间Td置最小，即Ti→∞，Td＝0；置比例带δ为一个较大的值； (2) 系统闭环投入运行，待系统稳定后调整比例带δ的数值直到出现等幅振荡。记录并计算临界状态下临界比例带δcr和振荡周期Tcr，根据表2－1计算调节器的参数； (3)根据δcr和Tcr,由计算公式求得控制器的各个参数。 (4) 将调节器按计算出的参数设置好，系统闭环投入运行，待系统稳定后作阶跃扰动试验，观察系统的调节过程，适当修改参数，直到满意为止。
XMT-6000 智能型数字显示温度控制器 使用说明书 此产品使用前，请仔细阅读说明书，以便正确使用，并妥善保存，以便随时参考。 ＸＭＴ□-□□□□ □ □ □—□ ① ②③④⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ①面板尺寸（mm ） ⑤输入类型 D:96×96 1:热电偶信号
（4）XMTE-6011；6311；6411；6012；6312；6412；6701G；6702G型仪表（72×72）接线端子：
（8） XMTG-6301V；6401V；6302V；6402V 型带固态继电器（SSR）仪表（48×48）接线端子： （9）XMTG-6701；6702型触发双向可控硅仪表（48×48）接线端子： 电源电压： AC198~242V （50Hz ）[包括电压变化] 控制输出： 继电器接点输出：240V AC 3A （阻性负载） 电压输出：0~12V DC （负载电阻600Ω以上） 3.4面板布置说明 ?显示测量值。 ?根据仪表状态显示各类提示符。 ?显示给定值。 ② ?根据仪表状态显示各类参数。 ③指示灯 ③ ?自整定指示灯（AT）（绿）工作时闪烁。 ?控制输出灯（OUT）（绿）工作输出时亮。 ?报警输出灯（ALM）（红）工作输出时亮。 ?参数的调出，参数的修改确认。 ⑤、⑥数字调整键或自整定进入键 ?用于调整数字或进入自整定状态。 4． 操作 4.1各功能的调出顺序 例：输入为E 0～400℃的仪表，仪表通电后出现： (标准显示模式) 代码Sn 分度号 输入信号 分度号 测量范围（℃） 0 S E 0~6001 B K 0~13002 K S 0~16003 E 热电偶 B 200~18007 Pt100 Pt100 -200.0~200.08 Pt100 Pt100 -200~500输 入 类 型 9 Cu50 热电阻 Cu50 -50.0~150.0