实验八单闭环温度恒值控制系统

温度闭环控制实验心得一、实验目的本次实验的目的是学习温度闭环控制系统的原理和实现方法，掌握PID控制器的调参方法，并能够通过实验验证PID控制器对温度的控制效果。

二、实验原理1. 温度传感器本次实验使用的是热电偶温度传感器。

热电偶是一种利用热电效应测量温度的传感器，由两种不同金属或合金组成，当两种金属或合金接触时，在接触点处会形成一个电动势。

随着温度变化，电动势也会发生变化，从而可以测量出温度。

2. PID控制器PID控制器是一种常用的闭环控制系统。

它通过不断地调整输出信号来使被控对象达到期望值。

PID控制器由比例环节、积分环节和微分环节三部分组成。

其中比例环节根据误差大小调整输出信号；积分环节根据误差累计值调整输出信号；微分环节根据误差变化率调整输出信号。

3. 温度闭环控制系统温度闭环控制系统是一种将温度传感器和PID控制器结合起来的系统。

温度传感器负责测量被控对象的温度，PID控制器则根据温度误差调整输出信号，使被控对象的温度达到期望值。

三、实验步骤1. 搭建实验平台首先需要搭建实验平台。

本次实验使用的是Arduino开发板和温度传感器模块。

将Arduino开发板与电脑连接，并将温度传感器模块连接到开发板上。

2. 编写程序编写程序，用Arduino开发板读取温度传感器模块的输出信号，并通过PID控制器调整输出信号，从而控制被控对象的温度。

在编写程序时需要设置PID参数，包括比例系数、积分时间和微分时间等。

3. 调试程序将被控对象（例如加热棒）连接到开发板上，并将温度传感器放置在被控对象附近。

启动程序并进行调试，观察被控对象的温度变化情况，并根据需要调整PID参数以达到更好的控制效果。

4. 实验验证进行实验验证，观察PID控制器对被控对象温度的控制效果，并记录数据以便后续分析和总结。

四、实验心得本次实验让我深入了解了温度闭环控制系统的原理和实现方法。

通过编写程序和调试参数，我成功地将PID控制器应用于温度控制中，并取得了不错的效果。

单闭环温度恒值控制系统实验中出现的问题及解决的方案
在单闭环温度恒值控制系统实验中，可能会出现以下问题：
1.温度波动过大：可能是由于环境温度变化、控制器设置不当或传感器失准等原因导致的。

解决方案可以是增加控制器的参数调整，确保温度控制精度，或使用更为精确的传感器。

2.温度无法达到设定值：可能是由于系统中温度控制器、传感器、加热器等设备的参数设置有误，或者是系统存在故障。

解决方案包括调整控制器参数以保证输出正确、检查设备是否故障等。

3.电源故障导致实验无法进行：此时需要更换电源或者检查电源相关的设备部件是否故障。

4.设备损坏：如果加热器或传感器等设备出现损坏，需要在保证安全的前提下将其更换。

总的来说，单闭环温度恒值控制系统实验中出现的问题可以通过检查设备是否故障、调整控制器参数以及更换设备等方法得到解决。

同时还需关注操作过程中的安全问题，确保实验能够安全进行。

实验八带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统一、实验目的(1)了解单闭环直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理。

(2)掌握晶闸管直流调速系统的一般调试方法及电流截止负反馈的整定。

(3)通过实验，加深理解负反馈原理及转速负反馈电流截止负反馈的在调速系统中的作用。

二、实验所需挂件及附件三、实验线路及原理为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统(包括单闭环系统和多闭环系统)。

对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。

按反馈的方式不同可分为转速反馈，电流反馈，电压反馈等。

在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。

在本装置中，转速单闭环实验是将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经“速度变换”后接到“速度调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较经放大后，得到移相控制电压U Ct，用作控制整流桥的“触发电路”，触发脉冲经功放后加到晶闸管的门极和阴极之间，以改变“三相全控整流”的输出电压，这就构成了速度负反馈闭环系统。

电机的转速随给定电压变化，电机最高转速由速度调节器的输出限幅所决定，速度调节器采用P（比例）调节对阶跃输入有稳态误差，要想消除上述误差，则需将调节器换成PI(比例积分)调节。

这时当“给定”恒定时，闭环系统对速度变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的转速能稳定在一定的范围内变化。

在电流单闭环中，将反映电流变化的电流互感器输出电压信号作为反馈信号加到“电流调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较，经放大后，得到移相控制电压U Ct，控制整流桥的“触发电路”，改变“三相全控整流”的电压输出，从而构成了电流负反馈闭环系统。

电机的最高转速也由电流调节器的输出限幅所决定。

同样，电流调节器若采用P（比例）调节，对阶跃输入有稳态误差，要消除该误差将调节器换成PI(比例积分)调节。

当“给定”恒定时，闭环系统对电枢电流变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的电枢电流能稳定在一定的范围内变化。

单闭环温度恒值控制系统的问题及解决单闭环温度恒值控制系统是一种常见的控制系统，用于实现对温度的精确控制。

然而，这种系统在实际应用中可能会遇到一些问题，需要采取相应的解决方案。

问题1：系统稳定性在单闭环温度恒值控制系统中，稳定性是一个重要的问题。

如果系统不稳定，温度将无法保持在设定值附近。

解决方案：1. 使用合适的控制算法：选择合适的控制算法可以提高系统的稳定性。

常见的控制算法包括比例-积分-微分（PID）控制器和模糊逻辑控制器（FLC）等。

根据具体情况选择最适合的算法。

2. 调整参数：对于PID控制器来说，合理调整比例、积分和微分参数可以改善系统稳定性。

通过试错方法或者自动调参算法进行参数调整。

3. 优化传感器位置：传感器位置对于温度测量精度和系统稳定性有重要影响。

将传感器放置在最能代表整个系统温度变化的位置上。

问题2：扰动抑制在实际应用中，单闭环温度恒值控制系统可能会受到外部扰动的影响，导致温度偏离设定值。

解决方案：1. 反馈控制：使用反馈控制可以实时感知温度变化，并对控制器输出进行调整。

通过反馈控制可以抑制扰动对系统的影响。

2. 前馈控制：在系统中引入前馈控制可以预测扰动并提前进行补偿。

通过测量和预测扰动信号，提前调整控制器输出来抵消扰动的影响。

问题3：非线性特性单闭环温度恒值控制系统中，被控对象（如加热器）的非线性特性可能会导致系统输出与输入之间的关系不是简单的比例关系。

解决方案：1. 线性化模型：将非线性被控对象建模为线性模型，然后设计相应的线性控制器。

这种方法适用于非线性特性变化较小或者在某个工作点附近。

2. 非线性控制：使用专门设计的非线性控制算法来处理被控对象的非线性特性。

常见的方法有模糊逻辑控制和神经网络等。

问题4：延迟问题在单闭环温度恒值控制系统中，由于传感器、执行器和控制器的响应时间，可能会产生延迟现象。

解决方案：1. 预测补偿：通过建立模型预测系统响应延迟，并提前调整控制器输出来补偿延迟。

成绩：综合实验报告题目：51系列单片机闭环温度控制班级：小组成员：指导教师：完成时间：2015年11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.实验项目组长：2. 小组成员：3.具体分工：负责程序编写，主要负责查询资料与实验报告撰写。

4.实验要求：①设计硬件电路：温度检测：采用热电偶或热电阻温度给定：采用电位器进行模拟电压给定，0——5VAD转采用12位转换显示采用8位LED，或者LCD1602显示键盘4X4，PID等参数通过键盘设置。

②软件控制算法：数字PID，参数在线修改。

显示窗口：显示温度的设置值SV、温度的实际值PV。

实际温度值，温度峰值、峰值时间等通过串口上传到上位机(选做)二、实验内容1、系统基本原理(实验原理介绍)根据实验要求，温度闭环控制，即对加温速度、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图如下：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、温度控制软件设计程序结构图如下：4、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。

单闭环温度恒值控制系统出现问题及解决方案
如果单闭环温度恒值控制系统出现问题，解决方案可以有以下几个：
1. 检查传感器是否损坏或失灵，需要更换或调整传感器。

传感器是感应温度变化，将这种变化转化为电信号输出的装置。

如果传感器损坏或失灵，将不能反映温度变化，导致系统不能正常控制温度。

2. 检查控制器是否正常工作，需要检查控制器的各个部件是否正常，例如查看继电器是否正常吸合，是否需要更换电容或电阻等元件。

3. 检查执行器是否损坏或失灵，需要更换或调整执行器。

执行器是负责控制加热器或制冷器的设备，如果执行器损坏或失灵，将不能正常控制加热器或制冷器的运转。

4. 检查供电电源问题，需要检查供电线路是否正常连接，线路是否老化，插头是否损坏等问题。

如果电源输入不稳定，也会影响到单闭环温度恒值控制系统正常工作。

5. 如果以上都正常，可以考虑更换控制系统中的程序或算法，或对现有控制系统进行升级更新，以提高系统的精度和稳定性。

总之，出现问题时，需要根据具体情况逐一排查，找出问题所在，才能有效解决并恢复系统的正常工作。

闭环温度控制器课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解闭环温度控制器的原理和功能，掌握其基本组成部分；2. 掌握温度传感器的工作原理，能正确选择和使用不同类型的温度传感器；3. 学会分析闭环温度控制系统的数学模型，理解其参数对系统性能的影响；4. 掌握闭环温度控制器的PID参数调整方法，能实现温度控制系统的稳定运行。

技能目标：1. 能运用所学知识，设计简单的闭环温度控制系统；2. 具备使用温度控制器和相关仪器进行实验操作的能力，能进行数据采集和分析；3. 能通过编程实现对温度控制系统的模拟和优化；4. 提高团队协作能力，学会与他人共同完成一个综合性的项目。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对物理学科的兴趣，激发他们探索科学原理的热情；2. 培养学生的创新意识和实践能力，使他们具备解决实际问题的信心；3. 培养学生严谨、细致的学习态度，提高他们的责任心和自律性；4. 引导学生关注环保和节能问题，培养他们的社会责任感。

本课程旨在帮助学生掌握闭环温度控制器的相关知识，通过实践操作和项目设计，提高学生的动手能力和团队协作能力，同时培养他们热爱科学、关注社会发展的情感态度。

在教学过程中，教师需关注学生的个体差异，因材施教，确保课程目标的实现。

二、教学内容1. 闭环温度控制器原理：介绍闭环温度控制器的定义、分类、基本工作原理及其在工业和日常生活中的应用。

相关教材章节：第五章第一节2. 温度传感器：讲解温度传感器的种类、工作原理、性能特点及应用场合，重点掌握热电偶、热敏电阻等常见温度传感器。

相关教材章节：第五章第二节3. 闭环温度控制系统数学模型：分析闭环温度控制系统的数学模型，包括传递函数、状态空间表达式等，探讨参数变化对系统性能的影响。

相关教材章节：第五章第三节4. PID控制原理及参数调整：阐述PID控制的基本原理，分析比例、积分、微分环节对温度控制系统性能的影响，学习PID参数调整方法。

相关教材章节：第五章第四节5. 实践操作与项目设计：组织学生进行温度控制器相关实验，包括温度传感器使用、数据采集、PID参数调整等，开展综合性项目设计。

实验三十四 温度控制系统的开环控制和闭环控制（自动控制理论—检测技术综合实验）一、 实验原理1．温度控制问题温度是一个极易受环境、负载变化而变化的物理量。

温度控制应用很广，从温室的温度、冶炼时的炉温、化工产品生产制造工艺过程对恒温的需要，到家用电器的温度控制（如电磁炉温度控制）、等等，都需保持温度为恒定值，或按照一定规律变化。

扰动导致的输出（温度）偏离希望值可以通过闭环控制得到抑制。

温度控制系统除了受到负载扰动（如电加热炉的水温控制中，热水因供水需要不断减少和不断补充加入的冷水）的影响外，与其它物理量（如转速、电压、电流等）的控制不同的是，被控的温度容易受到环境温度的影响；此外，温度控制对象（如电炉）具有滞后的特性，即除了一般系统的惯性)1(1+Ts 外，还有一个明显滞后的环节，构成了具有滞后特性的一阶(或二阶)环节：s e τ−1)(+=−Ts e K s G sp τ (34-1) 其中τ远大于T 。

由开环系统的Nyquist 图分析可知，当被控对象不存在滞后特性，即控制系统的开环传递函数为)1()(+=Ts K s G p 时，其Nyquist 图（图34－1）不包围（-1，j0）点，无论增益K 为多大，对应的闭环系统总是稳定的。

而对象具有滞后特性（式（34-1））时，对应的Nyquist 图如图34-2，由于纯滞后环节的相频特性加上τωτωj e j −=∠−)1(+Ts K 的滞后相频特性，相位比仅有)1(+Ts K 环节时更加滞后，Nyquist 图与负实轴有无穷多个穿越点。

当增益K 增大到一定程度时，Nyquist 图顺时针包围（-1，j0）点，系统不稳定。

图34-2 具有滞后特性的惯性环节的Nyquist 图Re Im 图34-1 惯性环节的Nyquist 图因此，温度的控制控制，不能简单地采用普通的PI 控制，或PID 控制，或其它的超前－迟后控制。

从闭环特征方程0)()(1=+s G s G p c 上看，特征方程所对应的相位延迟很大；而控制器（校正环节）的传递函数∏∏==−−=1111)()()(n i ic m j j c c c p s zs K s G (34－2) 中，校正环节中的PI 控制特性或校正网络极点仍具有迟后特性，会导致系统的不稳定性更严重；而其中的超前环节（零点）相对于滞后环节而言时间常数太短（电子元件构成的校正环节不可能产生足以补偿温度对象这样的纯滞后环节的时间常数），因此对系统存在的不稳定性无任何改善作用。