第七课、锅炉内胆水温PID整定实验(动态)

1、第六课、锅炉内胆水温PID整定实验（动态）安徽化工学校 陶运道一、实验目的1）、了解单回路温度控制系统的组成与工作原理。2）、研究P、PI、PD和PID四种调节器分别对温度系统的控制作用。3）、改变P、PI、PD和PID的相关参数，观察它们对系统性能的影响。4）、了解PID参数自整定的方法及参数整定在整个系统中的重要性。二、实验设备1）、CS2000型过程控制实验装置，配置：计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根 2）、计算机软件系统 三、实验原理 图2.28 温度控制系统原理图本系统所要保持的恒定参数是锅炉内胆温度给定值，即控制的任务是控制锅炉内胆温度等于给定值。根据控制框图，采用

2、工业智能PID调节。四、实验内容与步骤1、设备的连接与检查1）、按图所示方块图的要求接成实验系统。方法如下：2）、总电源空气开关打在关的位置 图 实验接线图2、启动实验装置1）、将实验装置电源插头接到220V的单相交流电源。2）、打开电源漏电保护空气开关。3）、打开总电源空气开关，即可开启电源。4）、开启单相，调整好仪表各项参数（仪表初始状态为手动且为0）。5）、开通以威乐泵、电动调节阀、孔板流量计以及锅炉内胆进水所组成的水路系统，关闭通往其他对象的切换阀。启动威乐泵往锅炉内胆进水，加满溢出为止。6）、开启相关仪器和计算机软件，进入相应的实验，如图所示：7)、把智能调节器置于“手动”，输出值为

3、小于等于10，把温度设定于某给定值（如：将水温控制在40。C），设置各项参数，使调节器工作在比例（P）调节器状态，此时系统处于开环状态。8）、运行MCGS组态软件，进入相应的实验，观察实时或历史曲线，待水温（由智能调节器的温度显示器指示）基本稳定于给定值后，将调节器的开关由“手动”位置拔至“自动”位置，使系统变为闭环控制运行。待基本不再变化时，加入阶跃扰动（可通过改变智能调节器的设定值来实现）。观察并记录在当前比例P时的余差和超调量。每当改变值P后，再加同样大小的阶跃信号，比较不同P时的ess和p，并把数据填入表一中。图2.30 实验软件界面表一 不同比例度时的余差和超调量P 大 中 小ess

4、 p记录实验过程各项数据绘成过渡过程曲线。（数据可在软件上获得）（二）、比例积分（PI）调节器控制1）、在比例调节器控制实验的基础上，待被调量平稳后，加入积分（I）作用，观察被控制量能否回到原设定值的位置，以验证系统在PI调节器控制下没有余差。 2）、固定比例P值（中等大小），然后改变积分时间常数I值，观察加入扰动后被调量的动态曲线，并记录不同I值时的超调量p。表二 不同Ti值时的超调量p积分时间常数I大中小超调量p3）、固定I于某一中间值，然后改变比例P的大小，观察加扰动后被调量的动态曲线，并记下相应的超调量p。表三、不同值时的超调量p比例P大中小超调量p4）、选择合适的P和I值，使系统瞬态

5、响应曲线为一条令人满意的曲线。此曲线可通过改变设定值(如把设定值由50%增加到60%)来实现。（三）、比例微分调节器（PD）控制1）、在比例调节器控制实验的基础上，待被调量平稳后，引入微分作用（D）。固定比例P值（中间值），改变微分时间常数D的大小，观察系统在阶跃输入作用下相应的动态响应曲线。 表四 不同D时的超调量和余差D大中小essp2）、选择合适的P和D值 ，使系统的瞬态响应为一条令人满意的动态曲线。（四）、比例积分微分（PID）调节器控制1）、在比例调节器控制实验的基础上，待被调量平稳后，引入积分（I）作用，使被调量回复到原设定值。减小P，并同时增大I，观察加扰动信号后的被调量的动态曲

6、线，验证在PI调节器作用下，系统的余差为零。2）、在PI控制的基础上加上适量的微分作用“D”，然后再对系统加扰动（扰动幅值与前面的实验相同），比较所得的动态曲线与用PI控制时的不同处。3）、选择合适的P、I和D ，以获得一条较满意的动态曲线。（五）、用临界比例度法整定PID调节器的参数在实际应用中，PID调节器的参数常用下述实验的方法来确定，这种方法既简单又较实用，它的具体做法是：图2.31 具有比例调节器的闭环系统1)、按图2,31所示接好实验系统，逐步减小调节器的比例度（1/P），直到系统的被调量出现等幅振荡为止。如果响应曲线发散，则表示比例度调得过小，应适当增大之，使曲线出现等幅振荡为止

7、。2）、图为被调量作等幅振荡时的曲线。此时对应的比例度就是临界比例 度，用K表示；相应的振荡 图2.32 具有周期TK等幅振荡周期就是临界振荡周期TK。 据此按下表确定PID调节器的参数。表五 用临界比例度法整定调节器的参数调节器参数调节器名称Ti(S)Td (S)P2KPIKTKPIDKTKTK3）、必须指出，表格中给出的参数仅是对调节器参数的一个初步整定。使用上述参数的调节器很可能使系统在阶跃信号作用下，达不到4：1的衰减振荡。因此若获得理想的动态过程，应在此基础上，对表中给出的参数稍作调整，并记下此时的、Ti和Td。（六）、PID参数自整定的连续温度控制 当发现AI人工智能调节效果不佳时

8、可启动自整定功能（具体操作参考AI人工智能工业调节器使用说明书）。当自整定结束后，以前所设的PID参数会被整定出来的参数所代替，并自动将CTRL参数设为3，这样就无法再次从面板上启动自整定功能，可以避免人为的误操作再次启动自整定。之后系统直接将整定出来的参数投入运行。根据自整定得出的参数去控制被控对象，若对此效果不是很满意，可根据输出特性，在自整定参数的基础上适当修改一下参数，即可达到满意的效果。 一般通过自整定得出的P、I、D参数，效果都比较好。超调量小，过渡过程时间缩短。但如果一开始，温控对象的温度不是最低，也就是说自整定寻求的最大斜率并不一定是真正的。此时自整定得出的P、I、D参数并不一定很理想。五、实验报告要求。1）、画出温度控制系统的方块图。2）、用临界比例度法整定三种调节器的参数，并分别作出系统在这三种调节器控制下的阶跃响应曲线。3）、作出比例调节器控制时，不同值时的阶跃响应曲线，得到的结论是什么？4）、分析PI调节器控制时，不同P和I值对系统性能的影响？5）、绘制用PD调节器控制时系统的动态波形。6）、绘制用PID调节器控制时系统的动态波形。7）、绘制用PID自整定控制时系统的动态波形。 六、注意事项1）、实验线路接好后，必须经指导老师检查认可后