爐溫控制原理-2014版

爐溫自動控制原理材料教學實驗中心熱處理設備與控溫儀表概述所謂自動控制就是指在沒有人直接參與的情況下，控制裝置或者控制器能夠按照預先設定的規(guī)律使機器、設備或者生產過程（統(tǒng)稱為被控對象）的某個工作狀態(tài)或者參數(shù)（即控制量）自動地運行。例如，家用的全自動洗衣機、電冰箱、電暖氣等都是常見的小型自動控制系統(tǒng)；電阻爐溫度控制系統(tǒng)可以按照給定的溫度值自動地保持爐內溫度恒定；人造衛(wèi)星可以準確地進入預定軌道運行并能被收回等，這些都體現(xiàn)出自動控制的優(yōu)越性及特點。自動控制技術具有節(jié)省人力，提高系統(tǒng)控制精度，完成人工控制系統(tǒng)無法完成的工作等特點，廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)、交通、國防、宇航、社會等領域，自動控制已經成為現(xiàn)代社會生活中不可缺少的重要組成部分。概述概述概述概述概述概述實驗原理控制方法

爐溫自動控制就是根據(jù)爐子的實際溫度與設定溫度的偏差，自動接通或斷開供給爐子熱源，以及連續(xù)改變熱源功率的大小，使爐溫穩(wěn)定在給定范圍之內，以滿足熱處理工藝的需要。其特點如下：

改善勞動環(huán)境防止生產過程的煙塵、高溫對人體的危害。

提高生產率。

提高和穩(wěn)定工藝質量。實驗原理控制方法爐子感溫元件顯示控制執(zhí)行裝置溫度設定熱源能量爐溫自動控制系統(tǒng)方框圖實驗原理控制方法控制方法比較控制方法實驗原理控制方法比較實驗原理控制方法?動圈式溫度指示調節(jié)儀★動圈式溫度指示調節(jié)儀，是一種測量與顯示并兼有溫度調節(jié)功能的熱工裝置。實驗原理一、溫度指示儀的原理?動圈式溫度指示調節(jié)儀★動圈式溫度指示儀由動圈測量機構和測量電路組成?動圈式溫度指示調節(jié)儀實驗原理

動圈測量機構?動圈由純銅繞制，張絲用彈性很好的鈹青銅制作，用它把動圈懸吊在磁場中。張絲通電流且可以提供反作用力矩。?當熱電偶產生的（熱）電勢信號通過測量電路加到動圈上時，有電流的動圈在磁場作用下產生電磁轉矩，驅使動圈和固定在動圈上的指針偏轉。與此同時，張絲的反作用力矩逐漸增加，電磁轉矩和張絲的反作用力矩相等時，指針停止轉動并在刻度板上指示出相應的溫度值。實驗原理?動圈式溫度指示調節(jié)儀

M動=C1I

（C1與磁感應強度和動圈的幾何尺寸有關）

M反=C2ψ（C2和張絲的彈性與尺寸有關）

M動=M反C1I=C2ψ

ψ=CI

偏轉角度與電流成正比

動圈測量機構實驗原理?動圈式溫度指示調節(jié)儀

測量電路

RS量程電阻；Rb、Rt

補償電阻實驗原理?動圈式溫度指示調節(jié)儀

測量電路實驗原理?動圈式溫度指示調節(jié)儀二、動圈式溫度指示調節(jié)儀原理及構造?動圈式溫度指示調節(jié)儀實驗原理二、動圈式溫度指示調節(jié)儀原理及構造

1.基本原理如上圖所示，刻度盤下有一個可以移動的設定溫度指針，指針支板上固定著一對檢測線圈，指針移動時，檢測線圈也同時移動。在測量溫度指針上固定一個鋁箔小旗，當被測爐溫低于給定時，鋁旗在檢測線圈之外，由檢測線圈控制的震蕩放大器處于震蕩狀態(tài)，繼電器吸合，加熱爐送電。反之，鋁旗進入檢測線圈中，隔斷了檢測線圈的磁耦合，破壞了震蕩條件，促進繼電器釋放，電爐停止加熱。鋁旗的進與出，對應著加熱爐電源的開與斷。因之稱為二位式調節(jié)實驗原理?動圈式溫度指示調節(jié)儀

2.控制電路二、動圈式溫度指示調節(jié)儀原理及構造實驗原理?動圈式溫度指示調節(jié)儀二、動圈式溫度指示調節(jié)儀原理及構造

2.

控

制

電

路直流電源電路震蕩偏置電路檢波功放電路實驗原理?動圈式溫度指示調節(jié)儀二、動圈式溫度指示調節(jié)儀原理及構造當熱電偶斷線或發(fā)生故障時，保護電路發(fā)出信號，使測量指針向滿刻度方向偏轉，帶動鋁旗進入線圈間隙而使加熱爐斷電。實驗原理控制方法1.位式控制控制方法實驗原理1.位式控制實驗原理控制方法1.位式控制實驗原理控制方法2.連續(xù)控制控制方法實驗原理2.連續(xù)控制實驗原理控制方法2.連續(xù)控制控制方法實驗原理PID控制簡介

在工程實際中，應用最為廣泛的調節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一。當被控對象的結構和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學模型時，控制理論的其它技術難以采用時，系統(tǒng)控制器的結構和參數(shù)必須依靠經驗和現(xiàn)場調試來確定，這時應用PID控制技術最為方便。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象﹐或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用PID控制技術。PID控制，實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制。

控制方法實驗原理PID控制簡介

PIDG（S）yryoeuPID：ProportionalIntegralDerivativePID控制：對偏差信號e(t)進行比例、積分和微分運算變換后形成的一種控制規(guī)律。

“利用偏差、消除偏差”

PID控制器是實際工業(yè)控制過程中應用最廣泛、最成功的一種控制方法。

實驗原理控制方法PID控制簡介

PID控制器的輸入輸出關系為：相應的傳遞函數(shù)為：

在很多情形下，PID控制并不一定需要全部的三項控制作用，而是可以方便靈活地改變控制策略，實施P、PI、PD或PID控制。實驗原理控制方法PID控制簡介

1.比例控制（P）比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-stateerror）。

R2R1ui(t)uo(t)-+實驗原理控制方法PID控制簡介

1.比例控制（P）

P控制對系統(tǒng)性能的影響：Kp>1時：

a.開環(huán)增益加大，穩(wěn)態(tài)誤差減小；

b.幅值穿越頻率增大，過渡過程時間縮短；

c.系統(tǒng)穩(wěn)定程度變差。Kp<1時：與Kp>1時，對系統(tǒng)性能的影響正好相反。控制方法實驗原理PID控制簡介

1.比例控制（P）實驗原理控制方法PID控制簡介

2.積分控制（I）在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（SystemwithSteady-stateError）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。實驗原理控制方法PID控制簡介

2.積分控制（I）CRui(t)uo(t)-+實驗原理控制方法PID控制簡介

2.積分控制（I）-900-1800積分控制可以增強系統(tǒng)抗高頻干擾能力。故可相應增加開環(huán)增益，從而減少穩(wěn)態(tài)誤差。但純積分環(huán)節(jié)會帶來相角滯后，減少了系統(tǒng)相角裕度，通常不單獨使用?？刂品椒▽嶒炘?.微分（D）控制

在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調節(jié)過程中的動態(tài)特性。PID控制簡介

實驗原理控制方法PID控制簡介

3.微分（D）控制RCui(t)uo(t)-+實驗原理控制方法PID控制簡介

3.微分（D）控制-900-1800900

微分控制可以增大截止頻率和相角裕度，減小超調量和調節(jié)時間，提高系統(tǒng)的快速性和平穩(wěn)性。但單純微分控制會放大高頻擾動，通常不單獨使用?？刂品椒▽嶒炘鞵ID控制簡介

PD（比例-微分）控制器PD控制器的輸入輸出關系為：相應的傳遞函數(shù)為：實驗原理控制方法PID控制簡介

90o45o0o0+20dB/decPD控制器的Bode圖控制方法實驗原理PID控制簡介

PD控制的特點（類似于超前校正）：1、增加系統(tǒng)的頻寬，降低調節(jié)時間；2、改善系統(tǒng)的相位裕度，降低系統(tǒng)的超調量；3、增大系統(tǒng)阻尼，改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性；4、增加了系統(tǒng)的高頻干擾；PD控制的應用：依據(jù)性能指標要求和一定的設計原則求解或試湊參數(shù)。

實驗原理控制方法PID控制簡介

PI（比例-積分）控制器PI控制器的輸入輸出關系為：相應的傳遞函數(shù)為：實驗原理控制方法PID控制簡介

PI（比例-積分）控制器PI控制器的Bode圖0o-45o-90o0-20實驗原理控制方法PID控制簡介

PI（比例-積分）控制器PI控制的特點（類似于滯后校正）：1、提高系統(tǒng)的型別，改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；2、增加了系統(tǒng)的抗高頻干擾的能力；3、增加了相位滯后；4、降低了系統(tǒng)的頻寬，調節(jié)時間增大；PI控制的應用：依據(jù)性能指標要求和一定的設計原則求解或試湊參數(shù)。

控制方法實驗原理PID控制簡介

PID（比例-積分-微分）控制器PID控制器的傳遞函數(shù)為：PID控制的應用：依據(jù)性能指標要求和一定的設計原則求解