《温度单回路控制系统的设计与实现》由会员分享，可在线阅读，更多相关《温度单回路控制系统的设计与实现（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、关键字】系统广东白云学院毕业设计（论文） 题目：温度单回路控制系统的设计与实现 学生姓名： 王春雁 学号： 08班级 : 07 电气自动化（1 ）班专 业： 自动化所 在 系 : 电子信息工程系指导教师： 艾运阶完成日期:温度单回路控制系统的设计与实现摘要对于过程控制系统设计和运行而言，控制方案的选择和调节器参数整定是两个重要的内 容。本文以水箱为控制对象，主要介绍温度检测传感器、温度变送器、智能 PID 控制器以 及可控硅调节器构成温度控制系统的参数选择和设计。设计过零触发控制器，实现温度控制 系统的参数整定和系统的投运。采用实验方法对 PID 控制参数进行工程整定，提出该系统 合理的水温自
2、动控制系统的实现方法和控制参数整定方法。关键词：温度控制； PID 调节器； 参数整定TEMPERATURE SINGLE CONTROL SYSTEM DESIGN AND IMPLEMENTATIONABSTRACTFor process control system design and operation is concerned, control scheme selection and regulator parameters setting are two important content. This article based on the water tank for co
3、ntrol object , mainly introduces temperature detection sensor, the temperature transmitter, intelligent PID controller and SCR regulator constitute a temperature control system parameter selection and design. Design zero trigger controller, realize temperature control system parameter setting and pu
4、t the system into operation. Adopt experiment methods PID control parameters for engineering setting, puts forward the reasonable temperature system of the automatic control system realization and control parameter setting method.Keyword: Temperature control ； PID regulator ；Parameters setting目录第一章
5、论绪11 课题背景及目的目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度智能化、小型化等方面快速 发展。 温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产 的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同国外的日本、美国、德国等先进 国家相比，仍然有着较大的差距。目前，我国在这方面总体技术水平处于 20 世 纪 80 年代中后期水平。成熟产品主要以 “点位 ”控制及常规的 PID 控制器为主， 它只能适应一般温度系统控制，难于控制滞后复杂时变温度系统控制，而且适应 于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表国内技术还不十分成熟，形成商品化 并广泛应用的控制仪表较少。常用到的测量仪表有ST-8O1S
6、-96温度控制器、 TDK0302凝露温度控制器、TDK0302K智能双温度控制器、精密温度控制器等， 现在，我国在温度等控制仪表业与国外还有着一定的差距。随着嵌入式系统开发技术的快速发展及其在各个领域的广泛应用，人们对电子产品的小 型化和智能化要求越来越高，作为高新技术之一的过程控制以其可靠性高、适用范围大以及 本身的指令系统等诸多优势，在各个领域、各个行业都得到了广泛应用。温度控制是过程控制系统最常见的一个控制参数。在现代的各种工业生产中，很多地方 都需要用到温度控制系统。而智能化的控制系统成为一种发展的趋势。经过我调查发现许多 应用场合原来就有测温控温仪器，只是随着对生产质量与生产需要的
7、要求在不断地提高，以 往的那些测温控温的仪器根本不能满足现在的要求。其中，有部分应用场合对精度提高的幅 度要求也不是特别高。因此，为了提高性价比，我所设计的系统是过程控制教学方法改革课 题中的一部分，应用工业控制的角度和实现方法，实现对水温实现自动控制，为教学提供一 个实体温度控制系统，用于今后的课程教学中。本单回路温度控制系统提出在原有的教学实 验系统的基础上进行的改进，以此为出发点，主要阐述的是水温自动控制系统的一种实现方 法。本系统实现具体控制功能如下：（1）能够将容器的温度控制在50范围内温度；（2）温度控制精度三（与给定值比较）；(3) 采用PID控制规律，整定PID参数；(4) 显
8、示设置温度与实时温度值；(5) 具有超温报警功能；12 国内外研究状况PID控制器问世至今已有近70年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控 制器。它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的 主要技术之一。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件, 因而成为应用最为广泛的控制器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器 (仪表)已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID 控制器产品，各大公司均开发了具有 PID 参数自整定功能的智能调节器 (intelligent regulator)，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整 或自
9、校正、自适应算法来实现。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不 到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参 数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们 不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数 时，最适合用PID控制技术。PID 研究的目标是使系统同时具有良好的干扰抑制能力和目标值跟踪能力, 自整定不给设备正常运行带来大干扰,不受干扰和噪声影响,在较短时间内完成 自整定。13 课题研究方法过程控制系统从结构形式可分为单回路系统和多回路系统(串级)。单回路 控制系统包含一个测量变送器、一个调节器、一个执行器
10、和一个被控过程，对过 程的某一个被控制参数进行闭环负反馈控制。在系统分析、设计和整定中，单回 路系统设计方法是最基本的方法，适用于其他各类复杂控制系统的分析、设计、 整定和投运。对于过程控制系统设计和运行而言，控制方案的选择和调节器参数整定是两 个重要的内容，如果控制方案设计得不合理，公凭调节器参数的整定无法获得良 好的控制质量；相反，控制方案很好，但是调节器参数整定得不合适，也不能使 系统运行在最佳状态。设计步骤过程控制系统设计，从设计任务提出到系统投入运行，是一个从理论设计到 实践，再从实践到理论设计的多次反复过程，很难为过程控制系统设计规定一个 固定程序，只能提出一些共同的、必须的几个步
11、骤：（1）建立过程的数学模型 被控过程的数学模型是控制系统设计的基础， 在过程控制系统设计中，首先要解决如何用恰当的数学关系式（或方程式）即所 谓数学模型来描述被控过程的特性。只有掌握了过程的数学模型（或深入了解过 程特性），才能深入分析过程的特性和精确设计控制器。（2）选择控制方案 根据设计任务和技术指标要求，经过调查研究，考虑 经济效益和技术实施的可行性，选择合理的控制方案。（3）建立系统框图 根据系统的内在机理，画出系统框图。（4）进行系统静态、动态特性分析计算 过程控制系统方案确定后根据系 统的质量指标，应用控制理论进行系统静态、动态特性分析计算，判定系统的稳 定性、过渡特性等。（5）
12、实验和仿真 实验和仿真是检验系统设计正确与否的重要手段。有些 在系统设计过程中难以考虑的因素，可以在实验中考虑，同时通过实验系统设计 的正确性，以及系统的性能。（6）系统投运 根据设计所选定的控制器的相关参数，使整个系统投入运 行，观察其运行状况。设计包括方案设计、工程设计、工程安装和仪表调校、调节器参数整定等四 个主要内容。控制方案设计是系统设计的核心。PID 控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特 性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整 定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的 数学模型，经过理论计算
13、确定控制器参数。二是工程整定方法，它主要依赖工程 经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握。PID三个基本参数kp、ki、kd对PID控制作用和影响 比例系数 kp ：作用在于加快系统的响应速度，提高系统调节精度。 积分系数 ki ：作用在于消除系统的稳态误差，提高无差度。 稳定 状态，影响系统的调节精度和动态特性。 微分系数 kd ：作用在于改善系统的动态特性，反映系统偏差信号的 变化率并预见偏差变化的趋势，能产生超前的控制作用，使系统的超调降低， 增加系统稳定性。因此在运用中要根据实际情况设置三个基本参数kp、ki、kd，通过实验 的方法来获得参数值是一种比较通用的方法。14
14、 论文构成及研究内容本文主要介绍 PID 温度控制系统的设计过程，其中涉及系统结构设计、元器件的选取和控制算法的选择、程序的调试和系统参数的整定（如图 1-1）。图 1-1第二章 温度变送器如前所述，过程控制系统由检测变送器、调节器、执行器和被控过程组成。 检测变送器将被控参数如温度、压力、流量、液位、PH值以及成分量、状态量 等检测出来，并变换成相应的统一标准信号，供系统显示、记录或进行下一步的 调整控制作用。在任何系统的自动控制中变送器都是首要环节和重要组成部分， 只有获得精确和可靠的被控参数，才能进行准确的数据处理，进而才能获得高质 量的控制效果。检测变送器单元实际上包括两部分内容，首先
15、是将被控参数检测出来，然后变送器将其换成统一标准信号。2.1 温度变送器的种类温度变送器用于温度测量，温度变送器是将温度、温差以及温度有关的工 艺参数和直流毫伏信号变换成DC420mA或DC15V的统一标准信号。温度变送 器的种类繁多，除了常用的DDZ-III型温度变送器外，随着微电子技术和微机技 术的发展，已经出现了许多微型化和智能化温度变送器。DDZ-III温度变送器有三种品种：（1）直流毫伏变送器其输入信号是直流毫伏信号。凡是能将工艺参数变换成直流毫伏信号的传 感器或检测元件均可与该种变送器配合使用，将被测工艺参数转换成DC420mA 统一标准信号，从而扩大了变送器的应用范围。（2）热电
16、偶温度变送器 热电偶温度变送器主要是由热电偶组成的温度变送器。（3）热电阻温度变送器 热电阻温度变送器主要是由热电阻组成的温度变送器。市场上常买到的温度变器有以下几种：一、一体化温度变送器一体化温度变送器一般由测温探头（热电偶或热电阻传感器）和两线制固体 电子单元组成。采用固体模块形式将测温探头直接安装在接线盒内，从而形成一 体化的变送器。一体化温度变送器一般分为热电阻和热电偶型两种类型。耐震压力表具有结构简单、节省引线、输出信号大、抗干扰能力强、线性好、 显示仪表简单、固体模块抗震防潮、有反接保护和限流保护、工作可靠等优点。 一体化温度变送器的输出为统一的420mA信号;可与微机系统或其它常规仪表 匹配使用。也可用户要求做成防爆型或防火型测量仪表。二、智能变送器 智能
