電烤箱溫度控制系統(tǒng)

1、過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計 第1章 課程設(shè)計任務(wù)與目的電烤箱的爐溫控制系統(tǒng)設(shè)計作 者 姓 名：作 者 學(xué) 號：指 導(dǎo) 教 師：學(xué) 院 名 稱： 專 業(yè) 名 稱：II過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計 摘要摘 要 PID控制用途廣泛、使用靈活，已有系列化產(chǎn)品，使用中只需設(shè)定三個參數(shù)（Kp， Ti和Td）即可。在很多情況下，并不一定需要全部三個單元，可以取其中的一到兩個單元，但比例控制單元是必不可少的。在工廠，總是能看到許多回路都處于手動狀態(tài)，原因是很難讓過程在“自動”模式下平穩(wěn)工作。由于這些不足，采用PID的工業(yè)控制系統(tǒng)總是受產(chǎn)品質(zhì)量、安全、產(chǎn)量和能源浪費等問題的困擾。PID參數(shù)自整定就是為了處理PID參數(shù)整定這個

2、問題而產(chǎn)生的。現(xiàn)在，自動整定或自身整定的PID控制器已是商業(yè)單回路控制器和分散控制系統(tǒng)的一個標準單回路溫度控制系統(tǒng)主要由計算機，采樣板卡，控制箱，加熱爐體組成。是由計算機完成溫度采樣，控制算法，輸出控制，監(jiān)控畫面等主要功能。控制箱裝有溫度顯示與變送儀表，控制執(zhí)行機構(gòu)，控制量顯示，手控電路等。加熱爐體由烤箱改裝，較為美觀適合實驗室應(yīng)用。計算機控制系統(tǒng)一般由控制計算機、A/D與D/A接口、執(zhí)行機構(gòu)、被控對象、檢測元件和變送器組成。本實驗控制系統(tǒng)主要由計算機、電烤箱、智能控制儀表、固態(tài)繼電器、通訊模塊、電壓數(shù)顯表等構(gòu)成，其中智能控制儀表、固態(tài)繼電器、通訊模塊、電壓數(shù)顯表安裝于控制箱上。本設(shè)計通過調(diào)節(jié)

3、PID參數(shù)來實現(xiàn)爐溫系統(tǒng)的控制。關(guān)鍵詞：單回路溫度控制系統(tǒng)，PID控制，加熱爐體，智能控制儀表，溫度變送器，熱電阻，可控硅 -I-過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計 目錄目 錄摘 要I第1章 課程設(shè)計目的與任務(wù)11.1 課程設(shè)計目的11.2 課程設(shè)計任務(wù)與要求1第2章 爐溫控制系統(tǒng)的組成22.1 設(shè)計所需設(shè)備及參考資料22.1.1 設(shè)備22.1.2 參考資料22.2 爐溫控制系統(tǒng)硬件組成22.2.1 實驗設(shè)備22.2.2 設(shè)備通訊42.2.3 智能控制儀表CD901簡介52.3 試驗裝置連線步驟72.4 爐溫控制系統(tǒng)硬件工作原理72.4.1 前向通道工作過程72.4.2 反饋通道工作過程8第3章 人機界面制

4、作93.1 軟件設(shè)計目標93.2 人機界面制作93.2.1 建立新工程93.2.2 畫面的制作123.3 畫面的制作123.4 建立數(shù)據(jù)詞典133.5 建立動畫連接143.6 調(diào)試運行16第4章 PID控制作用及參數(shù)整定174.1 PID的作用174.2 PID控制器參數(shù)的整定174.3 一般PID控制算法174.4 工程整定方法介紹194.4.1 建立新工程194.4.2 臨界比例帶入法204.4.3 經(jīng)驗法214.4.4 電烤箱傳遞函數(shù)開環(huán)響應(yīng)切線法參數(shù)整定22第5章 實驗測試與整定24感想與總結(jié)27參考文獻28-III-過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計 第1章 課程設(shè)計任務(wù)與目的第1章 課程設(shè)計目的

5、與任務(wù)1.1 課程設(shè)計目的本課程是隸屬于實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。通過過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計這一教學(xué)實踐環(huán)節(jié)，使學(xué)生能在學(xué)完自動檢測技術(shù)及儀表、過程控制儀表、過程控制系統(tǒng)等課程以后，能夠靈活運用相關(guān)基本知識和基本理論模擬設(shè)計一個過程控制系統(tǒng)，以期培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力。1.2 課程設(shè)計任務(wù)與要求在基本掌握過程控制常規(guī)控制方案的工作原理及參數(shù)整定步驟的基礎(chǔ)上，針對一個電烤箱設(shè)計爐溫控制系統(tǒng)。具體要求：(1) 電烤箱控制系統(tǒng)的工作方案設(shè)計、設(shè)備選型及其連線；(2) 爐溫控制系統(tǒng)的對象-傳遞函數(shù)確定；(3) 單回路PID爐溫控制的實現(xiàn)；(4) 利用組態(tài)王軟件編制上位機監(jiān)控軟件；(5) 撰寫規(guī)范化的說明書一份

6、。-30-過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計 第2章 爐溫控制系統(tǒng)的組成第2章 爐溫控制系統(tǒng)的組成2.1 設(shè)計所需設(shè)備及參考資料2.1.1 設(shè)備電烤箱：1個；控制裝置：1套；組態(tài)王軟件：1套；溫度測量元件：1個；雙向可控硅調(diào)壓元件：1個。2.1.2 參考資料l 過程控制系統(tǒng)l 組態(tài)王培訓(xùn)教程l 相關(guān)設(shè)備元件的說明書2.2 爐溫控制系統(tǒng)硬件組成2.2.1 實驗設(shè)備實驗控制系統(tǒng)主要由計算機、電烤箱、智能控制儀表、固態(tài)繼電器、通訊模塊、電壓數(shù)顯表等構(gòu)成，其中智能控制儀表、固態(tài)繼電器、通訊模塊、電壓數(shù)顯表安裝于控制箱上。監(jiān)控計算機通過串行通訊與溫度控制器（單回路控制器）連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、操作和記錄的功能。溫度對象

7、由烤箱改造而成，增設(shè)風扇冷卻裝置，加熱由烤箱原加熱部件實現(xiàn)。由溫度控制器輸出一路控制信號連接至固態(tài)繼電器，驅(qū)動電烤箱加熱單元；另一路控制信號連接至風扇用于冷卻。設(shè)計熱電阻檢測烤箱內(nèi)溫度，檢測輸入熱電阻信號連接至溫度控制器反饋端。其原理結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。雙溫室實驗對象將烤箱用隔板隔成兩部分，控制裝置同樣設(shè)置配置完全相同兩套，安裝于統(tǒng)一的控制箱上。控制箱面板布置圖如圖2.2所示。圖2.1 溫度試驗系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖圖2.2 控制箱面板（單套控制系統(tǒng)）本實驗的檢測元件為熱電阻pt100。熱電阻最大的特點是工作在中低溫區(qū)，性能穩(wěn)定，測量精度高。本系統(tǒng)中電爐的溫度被控制在0300度之間，為了留有余地，我們

8、要將溫度的范圍選在0400度，它為中低溫區(qū)，所以本系統(tǒng)選用的是熱電阻pt100作為溫度檢測元件。交流固態(tài)繼電器是一種無觸點通斷電子開關(guān),為四端有源器件。其中兩個端子為輸入控制端,另外兩端為輸出受控端,中間采用光電隔離,作為輸入輸出之間電氣隔離(浮空)。在輸入端加上直流或脈沖信號,輸出端就能從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變成導(dǎo)通狀態(tài)(無信號時呈阻斷狀態(tài)),從而控制較大負載。整個器件無可動部件及觸點,可實現(xiàn)相當于常用的機械式電磁繼電器一樣的功能。固態(tài)繼電器如圖2.3所示，電壓數(shù)顯表如圖2.4所示。 圖2.3 固態(tài)繼電器 2.4 電控數(shù)顯表2.2.2 設(shè)備通訊實驗裝置采用RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)計算機與

9、儀表和控制器的通訊。RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器如圖2.5所示。RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器，它按RS-232規(guī)定的協(xié)議工作。RS-232是規(guī)定連接電纜的機械、電氣特性、信號功能及傳送過程。目前在IBM PC機上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口。當通信距離較近時，可不需要Modem，通信雙方可以直接連接，這種情況下，只需使用少數(shù)幾根信號線。最簡單的情況，在通信中根本不需要RS-232C的控制聯(lián)絡(luò)信號，只需三根線（發(fā)送線、接收線、信號地線）便可實現(xiàn)全雙工異步串行通信。B兩端為CD901的通訊端，為標 準的RS485接口。標準的DB9 RS232接口信號定義如下：l TxD

10、：發(fā)送數(shù)據(jù)(Transmitted data-TxD)。通過TxD終端將串行數(shù)據(jù)發(fā)送到MODEM。l RxD：接收數(shù)據(jù)(Received data-RxD)。通過RxD線終端接收從MODEM發(fā)來的串行數(shù)據(jù)。l SG：信號地信號線，無方向。l RS-485可以采用二線與四線方式，二線制可實現(xiàn)真正的多點雙向通信。RS-485使用一對雙絞線，將其中一線定義為A，另一線定義為B，如圖2.6所示。 圖2.5 通訊轉(zhuǎn)換器 圖2.6 二線制RS-485智能控制儀表的前部外觀如下圖2-8所示。2.2.3 智能控制儀表CD901簡介（1）智能控制儀表CD901的規(guī)格型號說明：l PV：輸入值（如：讀入烤箱的溫度

11、值）l SV：設(shè)定值 （如：手動給定或程序給定值）l AT： 自整定（綠）l OUT1：第一控制輸出（加熱側(cè)）l OUT2：第二控制輸出（冷卻側(cè)）l ALM1：第一報警端 l ALM2：第二報警端l SET：設(shè)置各種命令l R/S：位移及運行/停止 圖2.7 CD901面板l ：下移減小數(shù)字l ：上移減大數(shù)字 CD901背面接線柱如下圖2.8所示。圖2.8 CD901背部接線圖（2）CD901的技術(shù)數(shù)據(jù)說明：l 熱電阻： Pt 100:電壓： 05v 電流： 020mA,l 通訊 ： RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器l 控制類型： 4種F： PID動作及自動演算（逆）D： PID動作及自動演算

12、（正）W：加熱/冷卻動作及自動演算（水冷）A： 加熱/冷卻動作及自動演算（風冷）l 設(shè)定數(shù)據(jù)：測定值（PV）：來自被控對象的當前值設(shè)定值（SV）：與輸入范圍同樣加熱側(cè)比例帶（P）： 1 全距 0.1 全距冷卻側(cè)比例帶（Pc）：為P的 11000%積分時間（I）： 13600秒微分時間（D） 13600秒加熱側(cè)比例周期（T）：1100秒冷卻側(cè)比例周期（t）： 1100秒限制積分動作生效范圍（ARW）：加熱側(cè)比例帶（P）的 1100%（3）CD901工作原理CD901系列儀表可配置數(shù)字通訊接口，其接口為RS485，儀表與上位機通訊為被動方式，采用上位向儀表發(fā)出讀寫命令，儀表才會動作，通訊采用ASC

13、II碼的形式。CD901具有PID控制、自動演算、自主校正、設(shè)定數(shù)據(jù)幀、加熱/制冷控制、數(shù)字通訊、正動作、逆動作、溫度報警（加熱器斷線報警、控制環(huán)斷線報警）等功能，可進行熱電偶、熱電阻輸入，采樣周期：0.5秒 ，過程值偏置： -1999 9999 或-199.9 999.9 (溫度輸入)全量程(電壓 / 電流輸入)全量。2.3 試驗裝置連線步驟按照實驗裝置面板上的連線原理圖將系統(tǒng)運行時的線路連接上，連線原理圖如下圖2.9。圖2.9 面板上的連線原理圖l 硬手動（手動給定）連線：硬手動時分別連接至調(diào)壓模塊接線柱、；l OUT1連線：非硬手動時分別連接至調(diào)壓模塊接線柱、；l OUT2連線：當使用風

14、扇制冷時使用。l TC連線：當使用檢測元件作為反饋值時使用。2.4 爐溫控制系統(tǒng)硬件工作原理主機電源箱、多功能檢測實驗裝置、光電轉(zhuǎn)速傳感器-光電斷續(xù)器(已裝在轉(zhuǎn)動源上)、轉(zhuǎn)動源。2.4.1 前向通道工作過程前向通道有兩中工作方式，自動和手動，即可控硅模塊的輸入可以由計算機通過數(shù)據(jù)采集卡的D/A通道自動給定，也可以在控制面板上手動調(diào)節(jié)，兩種方式只能選擇一種。可控硅輸入Uk為15伏電壓，01伏為死區(qū)，死區(qū)內(nèi)輸出為0，15伏電壓輸入對應(yīng)0220伏電壓輸出Ud，對應(yīng)關(guān)系為近似線性關(guān)系，如圖2.10所示。圖2.10 可控硅輸入輸出關(guān)系可控硅輸出電壓Ud加在加熱爐上，使爐溫上升。加熱爐也有兩種工作方式，二

15、加熱體加熱和四加熱體加熱，功率分別為600瓦和1200瓦，其溫度范圍分別為0220度和0300度，每臺加熱爐因保溫效果和加熱體實際功率不同，其溫度范圍也不盡相同，本文使用第二種方式測定數(shù)學(xué)模型參數(shù)并進行設(shè)計。2.4.2 反饋通道工作過程反饋通道首先由熱電阻Pt100的檢測爐溫，溫度變送器將熱電阻的阻值變化轉(zhuǎn)換放大為兩路輸出信號，一路為0300度的溫度信號，通過數(shù)碼顯示管在溫度控制裝置上顯示出來，另一路為05伏的電壓信號，通過數(shù)據(jù)采集卡PCI1711的A/D通道送入計算機，兩路信號近似線性比例約為60。計算機經(jīng)過計算處理，得到新的控制量，輸出給可控硅。過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計 第3章 人機界面制作第

16、3章 人機界面制作3.1 軟件設(shè)計目標軟件系統(tǒng)的開發(fā)要達到以下功能要求：u 采集溫度變送器的電壓輸出，其范圍為05V，即實現(xiàn)A/D功能；u 輸出控制量Uk，其范圍也為05V，即實現(xiàn)D/A功能；u 設(shè)計方便清晰的人機畫面；u 可以進行開環(huán)實驗，并繪制加熱爐升溫曲線；u 編程實現(xiàn)對采集到的數(shù)據(jù)進行濾波；u 編程實現(xiàn)采用一般PID控制。3.2 人機界面制作3.2.1 建立新工程點擊進入組態(tài)王工程管理器，如圖3.1所示：圖3.1 組態(tài)王工程管理器點擊“新建”或在文件菜單中選擇“新建工程”，出現(xiàn)如下提示：圖3.2 新建工程向?qū)е稽c擊“下一步”出現(xiàn)如下窗口，輸入將建立的工程路徑：圖3.3 新建工程向?qū)е?/p>

17、二點擊“下一步”，輸入所建新工程的名稱：圖3.4 新建工程向?qū)еc擊“完成”，并選擇“是”，將新建的工程設(shè)為當前工程：圖3.5 組態(tài)王工程管理器雙擊新建的工程，由于未安裝加密狗，所以會有以下提示，只能在演示方式下進入開發(fā)環(huán)境，開發(fā)環(huán)境連續(xù)使用兩個小時后自動關(guān)閉，必須重新啟動組態(tài)王。圖3.6進入開發(fā)環(huán)境提示按照相應(yīng)的提示操作后，彈出工程瀏覽器窗口、畫面制作開發(fā)系統(tǒng)和組態(tài)王信息窗口，然后就可以進行下一步的工作了。3.2.2 畫面的制作3.3 畫面的制作（1）制作“進入系統(tǒng)”畫面，畫面內(nèi)容主要包括標題、系統(tǒng)簡要說明、系統(tǒng)實物示意圖和畫面選擇。選中工程瀏覽器左側(cè)的畫面，在右側(cè)窗口中雙擊“新建”，出現(xiàn)

18、新畫面屬性對話框，如下圖3.7所示：圖3.7 新畫面屬性對話框設(shè)置好屬性后，點擊“確定”，利用畫面開發(fā)系統(tǒng)自帶的工具箱、調(diào)色板等工具進行畫面制作。做好的進入系統(tǒng)的畫面如圖5-7所示。（2）制作“爐溫實時控制系統(tǒng)”，主要包括：標題、參數(shù)設(shè)定、主要參數(shù)顯示、控制按鈕和溫度曲線等，其中繪制實時溫度曲線是用“溫控曲線”控件來實現(xiàn)的。圖3.8進入系統(tǒng)畫面3.4 建立數(shù)據(jù)詞典在工程瀏覽器中單擊數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)詞典（如圖5-8），在右邊窗體中雙擊“新建”，可以建立內(nèi)存離散、內(nèi)存整數(shù)、內(nèi)存實數(shù)、內(nèi)存字符串、I/O離散、I/O整數(shù)、I/O實數(shù)、I/O字符串和存儲器九種類型的變量，每種變量都有各自不同的屬性。變量可以

19、事先建立，也可以在編程或建立動畫過程中根據(jù)所需隨時建立3。在組態(tài)王中實現(xiàn)A/D、D/A功能不需要單獨編程，只要在工程瀏覽器中建立新設(shè)備，找到所用的板卡理光-CD901，并知道使用的通道號，便可以直接在數(shù)據(jù)詞典里建立I/O變量來參數(shù)的設(shè)定、數(shù)據(jù)的采集與輸出。圖3.9 數(shù)據(jù)詞典在這個工程當中需要的9個變量及變量的類型和其他屬性如下表5.1：表3-1 定義的變量變量名稱變量類型連接設(shè)備數(shù)據(jù)類型寄存器PVI/O實型CD901FLOATM0SVI/O實型CD901FLOATM8AUTO_TUNINGI/Ol離散型CD901BITM15H_PI/O實型CD901FLOATM17H_II/O實型CD901F

20、LOATM18H_DI/O實型CD901FLOATM19ON內(nèi)存離散型CD901Runtime內(nèi)存整型CD901DeviceID內(nèi)存整型其中PV表示當前值，SV表示給定值，AUTO_TUNING表示自動切換值，H_P表示加熱比例系數(shù)，H_I表示積分時間，H_D表示微分時間，ON用來設(shè)置開始標志。Runtime表示當前時間，DeviceID用于構(gòu)建數(shù)據(jù)庫。3.5 建立動畫連接在建立好的畫面上雙擊要建立動畫連接的對象，會彈出“動畫連接”窗口：圖3.10 動畫連接窗口(1)對于文本“#”：雙擊或用鼠標右鍵選擇快捷菜單中的“動畫連接”，彈出如上動畫連接窗口，所有文本均選擇“模擬值輸出”按鈕，在彈出的“

21、模擬值輸出連接”對話框，在表達式中分別輸入對應(yīng)的變量名，整數(shù)位、小數(shù)位對應(yīng)選擇數(shù)值。如下圖5-10所示。其他屬性默認，單擊“確定”，返回并確定。圖3.11 模擬值輸出連接(2)對于按鈕：用同樣的方法進入動畫連接對話框，選擇“彈起時”，進入“命令語言對話框”，對于三個按鈕分別輸入：l 開始按鈕：本站點ON=1;SQLConnect(DeviceID,dsn=mine,database=table);SQLCreateTable(DeviceID,biao,table);l 結(jié)束按鈕：ON=0;SQLDisconnect(DeviceID);l 退出按鈕：ON=0;exit(0);如下圖3.12所

22、示：圖3.12 按鈕命令對話框(3)對于畫面：在屏幕上單擊鼠標右鍵，在出現(xiàn)的快捷菜單中選擇畫面屬性，在出現(xiàn)的畫面屬性對話框中選擇命令語言，出現(xiàn)畫面命令對話框，將采樣時間改為1000，在空白處鍵入：if(本站點ON=1)xyAddNewPoint(caiy,本站點Runtime,本站點PV,0);xyAddNewPoint(caiy,本站點Runtime,本站點SV,1);本站點Runtime=本站點Runtime+1;SQLInsert(DeviceID,biao,bind);3.6 調(diào)試運行先單擊菜單項“文件/全部存”，再單擊菜單項“文件/切換到View”；就進入運行系統(tǒng)，單擊“畫面”中的“

23、打開”，打開自己創(chuàng)建的工程，按開始按鈕系統(tǒng)開始繪制溫度采樣曲線。過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計 第4章 PID控制作用及其參數(shù)整定第4章 PID控制作用及參數(shù)整定4.1 PID的作用比例控制能迅速反應(yīng)誤差，從而減小誤差，但比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，比例系數(shù)Kp太小不容易達到給定，Kp過大，會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定；積分控制的作用是，只要系統(tǒng)存在誤差，積分控制作用就不斷的積累，輸出控制量以消除誤差，因而，只要有足夠的時間，積分控制將能完全消除誤差，積分作用太強會使系統(tǒng)超調(diào)加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；微分控制可以減小超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高，同時加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)整時間，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)性

24、能。對于爐溫控制來說，由于加熱爐的降溫完全依靠自然散熱，微分控制的作用并不明顯。4.2 PID控制器參數(shù)的整定PID控制器的參數(shù)可以在被控對象模型未知的情況下采用試湊法來整定，試湊法的步驟為：先比例、再加積分、最后加微分。首先只整定比例部分，由小到大調(diào)節(jié)比例系數(shù)直到系統(tǒng)輸出反應(yīng)較快，超調(diào)較小，穩(wěn)態(tài)誤差達到允許范圍內(nèi)，即可確定比例系數(shù)；然后加入積分作用，積分系數(shù)應(yīng)由小到大，并將已整定好的比例系數(shù)略微縮小，觀察系統(tǒng)輸出響應(yīng)，直到動態(tài)特性較好，而且完全消除靜差，即可確定積分系數(shù)；最后加入微分作用，微分系數(shù)仍然是由小到大，同時配合修改比例系數(shù)和積分系數(shù)，以獲得良好的調(diào)節(jié)效果，確定微分系數(shù)。如果獲得被控

25、對象模型，則可以采用仿真試驗來整定，可以節(jié)約時間。對于傳遞函數(shù)可近似為一階慣性加滯后環(huán)節(jié)的被控對象： （4-1）采用典型PID控制器：，可以用ZN（ZieglorNichols）經(jīng)驗公式： （4-2）進行初步整定，然后用試湊法進行微調(diào)整定。4.3 一般PID控制算法PID控制器的微分方程為： （4-3）在計算機控制系統(tǒng)中，使用數(shù)字PID，將上式離散化，寫成差分方程： （4-4）式中：積分系數(shù)；微分系數(shù)。上式是位置式PID算式，也可以寫成增量式，其差分方程： （4-5）位置型PID控制算式因為要累加偏差，計算量大，不僅要占用較多的存儲單元，而且不便于編寫程序，計算機的任何故障都可能引起u(k)的

26、大幅度變化；增量式算法不需要做累加，控制量增量的確定僅與最近幾次誤差采樣值有關(guān)，計算誤差或計算精度問題對控制量的計算影響較小。這里采用增量式表示的位置式PID，其差分方程為： （4-6）程序流程圖如圖4.1所示：圖4.1 PID調(diào)節(jié)程序流程圖4.4 工程整定方法介紹4.4.1 建立新工程衰減曲線法是在總結(jié)臨界比例帶法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它是利用比例作用下產(chǎn)生的4:1衰減振蕩(=0.75)過程時的調(diào)節(jié)器比例帶及過程衰減周期，據(jù)經(jīng)驗公式計算出調(diào)節(jié)器的各個參數(shù)。衰減曲線法的具體步驟是：(1) 置調(diào)節(jié)器的積分時間，微分時間0，比例帶為一稍大的值；將系統(tǒng)投入閉環(huán)運行。(2) 在系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)后作階躍擾動

27、試驗，觀察控制過程。如果過渡過程衰減率大于0.75，應(yīng)逐步減小比例帶值，并再次試驗，直到過渡過程曲線出現(xiàn)4:1的衰減過程。記錄下4:1的衰減振蕩過程曲線，如圖6-1所示。在圖6-1(a)或(b)所示的曲線上求取=0.75時的振蕩周期結(jié)合此過程下的調(diào)節(jié)器比例帶，按表4-1計算出調(diào)節(jié)器的各個參數(shù)。表4-1 衰減曲線法計算公式規(guī)律0.75P0PI0(3) 按計算結(jié)果設(shè)置好調(diào)節(jié)器的各個參數(shù)，作階躍擾動試驗，觀察調(diào)節(jié)過程，適當修改調(diào)節(jié)器參數(shù)，到滿意為止。與臨界比例帶法一樣，衰減曲線法也是利用了比例作用下的調(diào)節(jié)過程。從表4-1可以發(fā)現(xiàn)，對于=0.75，采用比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律時相對于采用比例調(diào)節(jié)規(guī)律引入了積分

28、作用，因此系統(tǒng)的穩(wěn)定性將下降，為了仍然能得到=0.75的衰減率，就需將放大1.2倍后作為比例積分調(diào)節(jié)器的比例帶值。圖4.2 衰減曲線4.4.2 臨界比例帶入法臨界比例帶法又稱邊界穩(wěn)定法，其要點是將調(diào)節(jié)器設(shè)置成純比例作用，將系統(tǒng)投入自動運行并將比例帶由大到小改變，直到系統(tǒng)產(chǎn)生等幅振蕩為止。這時控制系統(tǒng)處于邊界穩(wěn)定狀態(tài)，記下此狀態(tài)下的比例帶值，即臨界比例帶以及振蕩周期，然后根據(jù)經(jīng)驗公式計算出調(diào)節(jié)器的各個參數(shù)?？梢钥闯雠R界比例帶法無需知道對象的動態(tài)特性，直接在閉環(huán)系統(tǒng)中進行參數(shù)整定。臨界比例帶法的具體步驟是：(1)將調(diào)節(jié)器的積分時間置于最大，即；置微分時間 =0；置比例帶于一個較大的值。(2)將系統(tǒng)

29、投入閉環(huán)運行，待系統(tǒng)穩(wěn)定后逐漸減小比例帶，直到系統(tǒng)進入等幅振蕩狀態(tài)。一般振蕩持續(xù)45個振幅即可，試驗記錄曲線如圖4.3所示。圖4.3 等幅振蕩曲線(3)據(jù)記錄曲線得振蕩周期，此狀態(tài)下的調(diào)節(jié)器比例帶為，然后按表6.2計算出調(diào)節(jié)器的各個參數(shù)。表4-2 臨界比例帶法計算公式規(guī)律P0PI0(4)將計算好的參數(shù)值在調(diào)節(jié)器上設(shè)置好，作階躍響應(yīng)試驗，觀察系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程，適當修改調(diào)節(jié)器的參數(shù)，直到調(diào)節(jié)過程滿意為止。4.4.3 經(jīng)驗法如果調(diào)節(jié)系統(tǒng)在運行中經(jīng)常受到擾動影響，那么要得到閉環(huán)系統(tǒng)確切的階躍響應(yīng)曲線就很困難，因此臨界比例法和衰減曲線法都不能得到滿意的結(jié)果。通過長期實踐，人們總結(jié)了一套參數(shù)整定的經(jīng)驗，稱之為經(jīng)驗法。經(jīng)驗法可以說是根據(jù)經(jīng)驗進行參數(shù)試湊的方法，它首先根據(jù)經(jīng)驗設(shè)置一組調(diào)節(jié)器參數(shù)，然后將系統(tǒng)投入閉環(huán)運行，待系統(tǒng)穩(wěn)定后作階躍擾動試驗，觀察調(diào)節(jié)過程；如果過渡過程不令人滿意，則修改調(diào)節(jié)器參數(shù)，再作階躍擾動試驗，觀察調(diào)節(jié)過程；反復(fù)上述試驗，直到調(diào)節(jié)過程滿意為止。經(jīng)驗法整定參數(shù)的具體步驟是：(1)將調(diào)節(jié)器的積分時間放到最大，微分時間置于最小，據(jù)經(jīng)驗設(shè)置比例帶值。將系統(tǒng)投入閉環(huán)運行，穩(wěn)定后作階躍擾動試驗，觀察調(diào)節(jié)過程，若過渡過程有希望的衰