自动控制原理水温控制系统实验报告

大学实验报告课程名称过程装备控制技术及应用系专业 1 班姓名实验名称水温控制系统实验（实验三）实验日期2013.7.7 指导老师一、实验目的(1)了解水温定值控制系统的结构与组成。

(2)掌握水温定值控制系统调节器参数的整定和投运方法。

(3)掌握临界比例度法整定调节器参数。

(4)研究调节器三参数的变化对系统静、动态性能的影响。

(5)了解P、PI、PD和PID四种调节器分别对水温定值控制的作用。

二、实验设备实验对象、电源控制台、研华模块、计算机一台、万用表一个、实验连接线若干。

三、实验原理被控量为水的温度，实验要求系统的温度稳定在给定值。

将温度传感器检测到温度信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制加热时间，以达到控制被控温度的目的。

为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统调节器应为PI或PID控制。

四、实验内容与步骤（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。

作广义过程的阶跃响应曲线，并由此确定被控过程的数学模型。

（2）采用临界比例度法整定调节器参数。

在闭环情况下进行，设T I=∞，T D=0，使调节器工作在纯比例情况下，将比例度由大逐渐变小，使系统的输出响应呈现等幅振荡，如图1所示。

根据临界比例度δk 和振荡周期TS，按表2所列的经验算式，求取调节器的参考参数值（3）分别适量改变调节仪的P、I、D参数，重复步骤，用计算机记录不同参数时闭环系统的干扰阶跃响应曲线。

以上几种干扰均要求扰动量为控制量的5％～15％，干扰过大可能造成系统不稳定。

加入干扰后，被测温度便离开原平衡状态，经过一段调节时间后，温度稳定至新的设定值，记录此时的智能仪表的设定值、输出值和仪表参数，温度的响应过程曲线将如图1所示。

图1 温控系统的阶跃响应曲线（4）分别用P、PD、PID三种控制规律重复上述步骤，用计算机记录不同控制规律下系统的阶跃响应曲线。

积分时间对过渡过程的影响五、数据记录及结果分析由于系统环境基本相同（室温26℃），广义过程的特性参数确定同实验一，此实验不再重复测量。

自动控制原理实验报告实验目的，通过本次实验，掌握自动控制原理的基本概念和实验操作方法，加深对自动控制原理的理解和应用。

实验仪器与设备，本次实验所需仪器设备包括PID控制器、温度传感器、电磁阀、水槽、水泵等。

实验原理，PID控制器是一种广泛应用的自动控制设备，它通过对比设定值和实际值，根据比例、积分、微分三个控制参数对控制对象进行调节，以实现对控制对象的精确控制。

实验步骤：1. 将温度传感器插入水槽中，保证传感器与水温充分接触；2. 将水泵接通，使水槽内的水开始循环；3. 设置PID控制器的参数，包括比例系数、积分时间、微分时间等；4. 通过调节PID控制器的参数，使得水槽中的水温稳定在设定的目标温度；5. 观察记录PID控制器的输出信号和水温的变化情况；6. 分析实验结果，总结PID控制器的控制特性。

实验结果与分析：经过实验操作，我们成功地将水槽中的水温控制在了设定的目标温度范围内。

在调节PID控制器参数的过程中，我们发现比例系数的调节对控制效果有着明显的影响，适当增大比例系数可以缩小温度偏差，但过大的比例系数也会导致控制系统的超调现象；积分时间的调节可以消除静差，但过大的积分时间会导致控制系统的超调和振荡；微分时间的调节可以抑制控制系统的振荡，但过大的微分时间也会使控制系统的响应变慢。

结论：通过本次实验，我们深入理解了PID控制器的工作原理和调节方法，掌握了自动控制原理的基本概念和实验操作方法。

我们通过实验操作和数据分析，加深了对自动控制原理的理解和应用。

总结：自动控制原理是现代控制工程中的重要内容，PID控制器作为一种经典的控制方法，具有广泛的应用前景。

通过本次实验，我们不仅学习了自动控制原理的基本知识，还掌握了PID控制器的调节方法和控制特性。

这对我们今后的学习和工作都具有重要的意义。

水温控制系统目录一、要求....................................................................................二、摘要....................................................................................三、前言....................................................................................四、方案分析..................................................................................五、实现 ..................................................................................六、结论..................................................................................七、附录..................................................................................一、要求水温控制系统一、任务设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为1升水，容器为搪瓷器皿。

水温可以在一定范围内设定，并能实现在10℃—70℃量程范围内对每一点温度的自动控制，以保持设定的温度基本保持不变。

二、要求1、基本要求（1）可键盘设定控制温度值，设定最小分辨率为0.1℃；（2）实时测量并显示实际温度。

温度测量误差在±0.5 ℃内；（3）水温控制系统应具有全量程（20℃~80℃）内的升温功能；（4）任意设定一个温度值，控制系统可以实现该给定温度的恒值自动控制。

温度控制系统实验报告温度控制系统实验报告一、引言温度控制系统作为现代自动化领域的重要组成部分，广泛应用于工业生产、家电和环境控制等领域。

本实验旨在通过搭建一个简单的温度控制系统，了解其工作原理和性能特点。

二、实验目的1. 了解温度控制系统的基本原理；2. 掌握温度传感器的使用方法；3. 熟悉PID控制算法的应用；4. 分析温度控制系统的稳定性和响应速度。

三、实验装置本实验使用的温度控制系统由以下组件组成：1. 温度传感器：用于测量环境温度，常见的有热敏电阻和热电偶等；2. 控制器：根据温度传感器的反馈信号，进行温度控制；3. 加热器：根据控制器的输出信号，调节加热功率；4. 冷却装置：用于降低环境温度，以实现温度控制。

四、实验步骤1. 搭建温度控制系统：将温度传感器与控制器、加热器和冷却装置连接起来，确保各组件正常工作。

2. 设置控制器参数：根据实际需求，设置控制器的比例、积分和微分参数，以实现稳定的温度控制。

3. 测量环境温度：使用温度传感器测量环境温度，并将测量结果输入控制器。

4. 控制温度：根据控制器输出的控制信号，调节加热器和冷却装置的工作状态，使环境温度保持在设定值附近。

5. 记录数据：记录实验过程中的环境温度、控制器输出信号和加热器/冷却装置的工作状态等数据。

五、实验结果与分析通过实验数据的记录和分析，我们可以得出以下结论：1. 温度控制系统的稳定性：根据控制器的调节算法，系统能够在设定值附近维持稳定的温度。

但是，由于传感器的精度、控制器参数的选择等因素，系统可能存在一定的温度波动。

2. 温度控制系统的响应速度：根据实验数据，我们可以计算出系统的响应时间和超调量等参数，以评估系统的控制性能。

3. 温度传感器的准确性：通过与已知准确度的温度计进行对比，我们可以评估温度传感器的准确性和误差范围。

六、实验总结本实验通过搭建温度控制系统，探究了其工作原理和性能特点。

通过实验数据的分析，我们对温度控制系统的稳定性、响应速度和传感器准确性有了更深入的了解。

自动控制系统综合实验报告水箱液位控制J自动化0703班XXX学号：XXXXX`目录自动控制系统综合实验报告 (1)第一章现场总线控制系统（FCS）的组成 (1)一、系统简介 (1)二、系统组成 (1)1. 被控对象 (2)2. 检测装置 (2)3. 执行机构 (3)4. 控制器 (3)5. 空气压缩机 (3)三、总线控制柜 (3)四、系统软件 (3)1、SIEMENS简介 (4)2、STEPS简介 (4)3、WINCC简介 (4)第二章下位机程序的边协调是与下载 (5)一、STEP 7简介 (5)二、STEP 7的安装 (5)三、STEP 7的硬件配置和程序结构 (5)四、工程新建 (6)五、程序编写 (6)1、添加导轨(０)Rail (6)2、在机架的１号槽添加电源PS 307 5A (6)3、添加CPU 315-2 DP (7)4、添加PROFIBUS-DP通信总线 (8)5、添加以太网通信处理器CP 343-1 (8)6、添加以太网 (8)7、添加DP/PA 连接器IM 153-2 OD (9)8、添加分布式Ｉ/O设备ET200M (9)9、添加变频器MICROMASTER 4 (10)11、添加PROFIBUS-PA设备 (11)六、程序下载 (11)第三章上位机组态软件编写 (12)一、WINCC 概述 (12)二、WINCC的安装 (12)三、WINCC的通讯连接和画面组态方法 (12)1. 通讯驱动程序 (13)2. 通道单元 (13)3、连接 (13)4、WINCC变量 (14)四、WINCC组态程序的编写 (14)1．打开WINCC组态环境 (14)2．新建一工程 (15)3．组态变量 (16)4．画面组态 (20)5．实时曲线和历史曲线的组态 (23)6．添加按钮动作 (24)7．保存组态画面 (26)第四章基于OPC技术的matlab与wincc的数据交换 (27)第一节OPC技术简介 (27)第二节Matlab 作为客户端访问OPC服务器的通信流程 (30)第三节MATLAB 与WINCC 数据通讯的实现 (31)自动控制系统综合实验报告第一章现场总线控制系统（FCS）的组成一、系统简介本现场总线控制系统是基于PROFIBUS和工业以太网通讯协议、在传统过程控制实验装置的基础上升级而成的新一代过程控制系统。

水温控制系统stm32实验报告设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为1升水，容器为搪瓷器皿(其他容器也可)。

水温可以在一定范围内设定，并能实现在10℃-70℃量程范围内对每一点温度的自动控制，以保持设定的温度基本保持不变。

要求(1)可键盘设定控制温度值，并能用液晶显示，显示最小区分度为0.1℃；(2)可以测量并显示水的实际温度。

温度测量误差在+0.5℃内；(3)水温控制系统应具有全量程(10℃-70℃)内的升温、降温功能(降温可用半导体制冷片、升温用800W以内的电加热器)；(4)在全量程内任意设定一个温度值(例如起始温度+15℃内)，控制系统可以实现该给定温度的恒值自动控制。

控制的最大动态误差<+4℃，静态误差<+1℃，系统达到稳态的时间<15min(最少两个波动周期)。

人机交互模块的设计温度控制系统经常是用来保证温度的变化稳点或按照某种规律进行变化。

但是通常温度具有惯性大，滞后性严重的特点，所以很难建立很好的数学模型。

所以在本次实验中我们采用了性能高又经济的搭载ARM Cortex-M内核的STM32F429的单片机作为它的微控制处理器。

人机交互模块主要是有普通的按键和一块彩色液晶屏幕所组成。

该实验中采用的是模糊的PID 算法，完成对系统的设计。

温度检测模块的设计传统的测温元件有热电偶，热敏电阻还有一些输出模拟信号的温度传感器。

但这些元件都需要较多的外部元件的支持。

电路复杂，制作成本高。

因此在本次实验中我们采用了美国DALLAS半岛公司推出的一款改进型的智能温度传感器 DS18B20。

此温度传感器读数方便，测温范围广，测温准确，输出温度采用数字显示更加智能化。

温度检测模块是以DS18B20温度传感器作为核心，将测量的温度信号传递给STM32单片机芯片进行温度的实时检测，并通过数码管显示。

自动控制原理水温控制系统实验报告记录————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：恒温控制系统设计报告学院：电子信息学院班级：12级电子信息工程指导老师：xxx姓名：zzz学号：1228436867前言水温控制无论是在工业生产中，还是在日常生活中都起着非常重要的作用，过低的温度或过高的温度都会使水资源失去应有的作用，从而造成水资源的巨大浪费。

为了保证生产过程正常安全地进行，提高产品的质量和数量，以及减轻工人的劳动强度、节约能源，要求对水温进监测、显示、控制，使之达到工艺标准，满足需要。

由于电子行业的迅猛发展，计算机技术和传感器技术的不断改进，而且计算机和传感器的价格也日益降低，可靠性逐步提高，用信息技术来实现水温控制并提高控制的精确度不仅是可以达到的而且是容易实现的。

其发展必将带来新一轮的工业化的革命和社会发展的飞跃。

在计算机没有发明之前，这些控制都是我们难以想象的。

而当今，随着电子行业的迅猛发展，计算机技术和传感器技术的不断改进，而且计算机和传感器的价格也日益降低，可靠性逐步提高，用信息技术来实现水温控制并提高控制的精确度不仅是可以达到的而且是容易实现的。

用高新技术来解决工业生产问题，排除生活用水问题实施对水温的控制已成为我们电子行业的任务，以此来加强工业化建设，提高人民的生活水平。

采用PID算法进行温度控制，它具有控制精度高，能够克服容量滞后的特点，特别适用于负荷变化大、容量滞后较大、控制品质要求又很高的控制系统。

因此，我们在此基础上运用PID控制器方案制作温度控制器。

目录前言目录摘要 (3)第1章设计方案论证 (3)1.1主控芯片的选择 (2)1.2温度控制模块 (3)1.3温度采集模块 (4)1.4温度显示模块 (4)第2章系统设计 (5)2.1总体方案设计 (5)2.2硬件电路设计 (5)2.2.1 stc89c52最小系统模块 (5)2.2.2温度控制模块 (6)2.2.3温度采集模块 (7)2.2.4温度显示模块 (8)2.2.5键盘输入模块 (9)2.3软件设计 (10)2.3.1 程序流程图 (10)2.3.2 PWM输出程序设计 (11)2.3.3 PID程序设计 (11)2.3.4 DS18B20温度采集程序设计 (12)2.3.5 数码管显示程序设计 (13)2.3.6 独立按键扫描程序设计 (15)第3章系统测试 (17)3.1测试数据记录 (17)3.2数据分析与结论 (18)第4章总结 (18)参考文献 (19)附录 (19)附录1 主要元器件明细表附录2 仪器设备清单附录3 程序设计摘要：本设计基于STC89C52RC单片机水温测量及控制系统的设计。

陕西理工学院课程设计实验报告课程：计算机控制系统课程设计题目：水温控制系统设计院系: 电气工程系班级：自控xx班学号：xxxxx姓名：xxx指导老师：xx时间：10.11.22-10.11.28前言在日常生活中通过水温控制来给人们带来舒适的,方便的生活.例如刚在外工作回家的男人一定会很疲倦了,如果能够洗个热水澡,那真是非常好的事情了.这样能够让一天的疲惫随着温热的流水带走了,家庭主妇要为家人煮一个热喷喷的汤水.煮好以后就这样放着也会变凉的,如何保持水温的恒定呢？这就需要需要水温控制系统了.水温控制在工业及日常生活中应用广泛,分类较多,不同水温控制系统的控制方法也不尽相同,其中以PID控制法最为常见。

单片机控制部分采用AT89C52单片机为核心，采用软件编程，实现用PID算法来控制PWM波的产生，进而控制电炉的加热来实现温度控制。

然而,单纯的PID算法无法适应不同的温度环境,在某个特定场合运行性能非常良好的温度控制器,到了新环境往往无法很好胜任,甚至使系统变得不稳定,需要重新改变 PID 调节参数值以取得佳性能。

本文首先用PID算法来控制PWM波的产生，进而控制电炉的加热来实现温度控制。

然后在模型参考自适应算法的基础上,用单片机实现了自适应控制,弥补了传统PID控制结构在特定场合下性能下降的不足,设计了一套实用的温度测控系统,使它在不同时间常数下均可以达到技术指标。

此外还有效减少了输出继电器的开关次数,适用于环境参数经常变化的小型水温控制系统。

目录1. 概述 (3)扩展功能 (3)2．方案论证 (3)2．1 总体方案论证 (3)2．2 模块方案论证 (4)2.2.1 控制方法论证 (4)2.2.2 系统组成论证 (5)2.2.3 单片机系统选择 (6)2.2.4 温度传感器选择论证 (6)2.2.5 显示模块电路论证 (6)3．PROTEUS仿真与相关实物图 (7)4．总体设计 (9)5．硬件电路设计与计算 (9)5．1 主机控制部分 (9)5．2 温度采样与显示电路 (10)5．3 温度控制电路 (11)5．4 PC机与单片机通信电路 (11)6．软件设计 (12)6．1 主程序流程图 (12)7．测试方法与测试结果 (15)7．1 系统测试仪器 (15)7．2 测试方法 (15)7．3 测试结果 (15)8．设计总结 (16)附录一液晶驱动显示程序 (17)附录二 DS18B20初始化程序 (19)附录三 PID控制程序 (23)1. 概述该水温控制系统是一个典型的检测、控制型应用系统，它要求系统完成从水温检测、信号处理、输入、运算到输出控制电炉加热功率以实现水温控制的全过程。

自动控制原理实验报告本实验为基于微处理器的温度控制系统的设计与实现。

实验目的是通过实践掌握基于微处理器的控制系统设计和实现方法，了解数字信号处理的基本原理和应用。

本报告将分为实验原理，系统设计，实验步骤，实验结果和结论等几个部分进行详细阐述。

一、实验原理数字信号处理的基本原理是将模拟信号经过采样、量化和编码后转换为数字信号，并在数字领域中对其进行处理。

在本实验中，采用的是基于单片机控制的数字温度控制系统。

该系统的设计要求基于以往的温度控制系统，并具备更过的实用价值和工程性能。

系统的基本原理如下：1.数字信号采样该系统通过传感器来采集温度值，并将其转化为数字信号，实现了数字化控制。

系统在稳态时，通过采用PID控制方法来对温度进行控制。

2.温度控制方法对于本实验中开发的系统，采用的是基于PID控制算法的控制方法。

PID即比例积分微分控制算法，它是一种最常用的控制算法，具备响应速度快、稳态误差小等优点。

PID控制算法的主要原理是，通过比例、积分和微分三个控制系数对输出进行调节，使系统的响应速度更快，而且在稳态时误差非常小。

3.系统设计本实验系统的设计通过单片机的程序控制，主要包含三部分：硬件设计、软件设计和温控系统设计。

二、系统设计1.硬件设计本实验采用的是基于AT89S52单片机的数字温度控制系统，其硬件电路主要包括以下模块：(1)单片机控制器：采用AT89S52单片机；(2)温度传感器：采用DS18B20数字温度传感器；(3)电源模块：采用稳压电源，提供系统所需电压。

2.软件设计本实验采用的是基于C语言开发的程序控制系统，该软件具备以下功能模块：(1)数据采集：通过程序控制读取温度传感器数值；(2)控制算法：实现PID控制算法的程序设计；(3)控制输出：将PID算法结果通过程序输出到负载端。

3.温控系统设计本实验设计的数字温度控制系统，其温控系统设计主要包括以下几个方面：（1）温度检测：系统通过DS18B20数字温度传感器检测环境温度。

自动控制原理实验报告分析自动控制原理实验报告分析引言：自动控制原理是现代工程领域中的重要学科，它研究的是如何设计和实现能够自动调节和控制系统的方法和技术。

在本次实验中，我们通过搭建一个简单的控制系统，来深入了解自动控制原理的基本概念和应用。

实验目的：本次实验的主要目的是通过实际操作，掌握自动控制原理的基本原理和方法，包括PID控制器的调节和系统的稳定性分析。

实验过程：首先，我们搭建了一个简单的温度控制系统。

该系统由一个加热器、一个温度传感器和一个PID控制器组成。

我们通过调节PID控制器的参数，使得系统能够稳定地控制温度在一个设定值附近。

然后，我们进行了一系列的实验操作。

首先，我们调节了PID控制器的比例、积分和微分参数，观察系统的响应情况。

随后，我们分别增大和减小了设定温度值，观察系统的稳定性和响应速度。

最后，我们还对系统进行了干扰实验，通过给系统施加一个外部干扰，观察系统的抗干扰能力。

实验结果：通过实验，我们得到了一系列的实验结果。

首先，我们发现当PID控制器的比例参数过大时，系统会出现超调现象，温度会波动较大。

而当比例参数过小时，系统的响应速度会变慢，温度调节不及时。

接着，我们发现当积分参数过大时，系统会出现积分饱和现象，温度无法稳定。

而当积分参数过小时，系统的稳定性会变差，温度波动较大。

最后，我们发现当微分参数过大时，系统会对噪声产生较大的响应，温度调节不平稳。

而当微分参数过小时，系统的响应速度会变慢，温度调节不及时。

讨论与分析：通过对实验结果的分析，我们可以得出以下结论：PID控制器的参数调节对系统的稳定性和响应速度有着重要的影响。

比例参数决定了系统对误差的响应程度，积分参数决定了系统对误差的积累程度，微分参数决定了系统对误差变化率的响应程度。

因此，在实际应用中，我们需要根据系统的特点和要求，合理选择PID控制器的参数，以达到最佳的控制效果。

结论：通过本次实验，我们深入了解了自动控制原理的基本概念和应用。