【正文】 如果這時(shí)加干擾，過(guò)渡過(guò)程與 4﹕ 1 衰減還有一定差距 ，可適當(dāng)對(duì)數(shù)值做一點(diǎn)調(diào)整，直到過(guò)渡過(guò)程達(dá)到滿意為止。 PID 參數(shù)的整定方法 在工業(yè)控制中， PID 控制器的參數(shù)與系統(tǒng)所處的穩(wěn)態(tài)工況有關(guān)。直線越陡，表示積分速度越快，積分作用越強(qiáng)。一定將各儀表對(duì)應(yīng)的端子連接正確， 避免造成事故。 DO 數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出 ； 雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換； PWM的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，無(wú)需進(jìn)行數(shù) 模轉(zhuǎn)換。固態(tài)繼電器的輸出電路也可分為直流輸出電路，交流輸出電路和交直流輸出電路等形式。 在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用 中，調(diào)節(jié)器是構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心儀表，它 將來(lái)自變送器的測(cè)量值與給定值相比較后產(chǎn)生的偏差進(jìn)行比例、積分、微分 (PID)運(yùn)算，并輸出統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度及其他工藝變量的自動(dòng)控制。 nT 稱中間溫度。 為使我們的設(shè)計(jì)盡可能的簡(jiǎn)單易操作，控制效果 更 好，在這些儀器儀表的選用上，是經(jīng)過(guò)多方面的考慮， 而 最終做出的選擇。 溫度特性曲線 數(shù)據(jù)處理 響應(yīng)曲線測(cè)定后，為了分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，需要將響應(yīng)曲線轉(zhuǎn)化為傳遞函數(shù)。這樣，就得到尋求時(shí)間常數(shù) 1T ， 2T 的第一個(gè)關(guān)系式 7712 72 1 .2tttT T T tt??? ? ? ? ?即 （ 314） 其次，在式（ 313）中，令 4 ????便可確立 ??yt??與 ? ?212TT??? 之間的關(guān)系，如圖 所示，這是尋求時(shí)間常數(shù) 1T 、 2T 的第二個(gè)關(guān)系式。同時(shí)記下輸入階躍變化量 x 和 y 的最終變量 ??y? 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 7 2 2 0交流調(diào) 壓 器 電 阻 爐S 型 熱 電 偶無(wú) 紙 記 錄 儀T 圖 電阻爐的溫度性能測(cè)試原理圖 自耦變壓器熱電偶輸出端21電阻爐電阻絲220V 圖 電 阻爐的溫度性能測(cè)試接線圖 由圖 可以看出，我們是將自耦變壓器原邊接民用電源，其副邊的輸出接至管式電阻爐的電源輸入端，從而使電阻爐開(kāi) 始加熱，我們利用 S型的鉑銠 鉑熱電偶作為傳感器來(lái)測(cè)試爐溫，其熱電偶的輸出端 1， 2 應(yīng)接至無(wú)紙記錄儀的輸入端，由無(wú)紙記錄儀的 USB 接口讀取 曲線圖，再利用無(wú)紙記錄儀 U 盤(pán)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析軟件分析曲線圖。 在確定了控制方法后還要先根據(jù)經(jīng)驗(yàn) 值定一組最初的調(diào)節(jié)器參數(shù)，然后再結(jié)合 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求得的調(diào)節(jié)器參數(shù)，調(diào)節(jié)整定系統(tǒng)，使控制效果 達(dá)到 最佳，從而確定最后的調(diào)節(jié)器參數(shù) ，最終實(shí)現(xiàn)電阻爐的溫度控制。 DCS 系統(tǒng)則 以內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 3 模擬量反饋控制為主，輔以開(kāi)關(guān)量的順序控制和模擬量開(kāi)關(guān)量混合型的批量控制，它們可以覆蓋煉油、石化、化工、冶金、電力、輕工及市政工程等大部分行業(yè)。因此電阻爐廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、材料等行業(yè)，是發(fā)展最早，品種規(guī)格最多，需要量 最大的一類工業(yè)爐 。 自 1973 年能源危機(jī)以來(lái)，開(kāi)發(fā)新能源和節(jié)約燃料引起世界各國(guó)的普遍關(guān)注。 目前常用的控制 方式 有 智能化儀表、 PLC、 DCS，它們可組成各種控制系統(tǒng)以滿足不同 的 控制 要求。s characteristic, proposed use ponent position temperature control systems and so on digit regulator, solid state relay, realize through the adjustment parameter to the resistance furnace temperature control. This method economical, simple, easy to operate, the control precision is high. What is most main: Grasps using the laboratory existing equipment designs the work which a control system , the more profound understanding design control system39。電阻爐有室式、井式、臺(tái)車(chē)式、推桿式、步進(jìn)式、馬弗式和隧道式等類型。 從 90 年代開(kāi)始，陸續(xù)出現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)總線 電阻爐溫度 控制系統(tǒng)、 基于PC 的 電阻爐溫度 控制系統(tǒng)等 。因?yàn)樵谝话氵B續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中，單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以滿足大多數(shù)的 控制 要求，所以這里采用單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。此法缺點(diǎn)是測(cè)試精度不高且對(duì)生產(chǎn)有一定影響。如何將實(shí)驗(yàn)所獲得的各種不同對(duì)象的飛升曲線進(jìn)行處理，以便用一些簡(jiǎn)單的典型微分方程或傳遞函數(shù)來(lái)近似表達(dá)，既 適合工程應(yīng)用，又有足夠的精度，即 這里所指的數(shù)據(jù)處理。當(dāng) ? ?212TT??? 在 0～ 1 之間取值時(shí)，可算出與之相對(duì)應(yīng)的 7t? ，結(jié)果如下圖 所示： 這里令 ??? ?? 221 TT。 為了校驗(yàn)，計(jì)算結(jié)果應(yīng) 在 0y?? ， ?? 及 ?? 處與實(shí)驗(yàn)曲線重合，并可按 ???時(shí) ?? 及 20 4tT???時(shí) ?? 與實(shí)驗(yàn)所得飛升曲線相比較。在調(diào)節(jié)器中測(cè)量信號(hào)與給定值信號(hào)進(jìn)行比較后，產(chǎn)生一個(gè)偏差值 ε ，經(jīng)過(guò) PID 運(yùn)算后輸出一個(gè) 420mA 的電流信號(hào)，然后 送入 PWM（脈寬調(diào)制電路）電路中，這樣將調(diào)節(jié)器輸出的 420mA 的電流信號(hào) 線性的 轉(zhuǎn)變?yōu)橥姇r(shí)間為 0%100%的占空比，根據(jù)占空比 控制 固態(tài)繼電器改變電阻爐的通電和斷電時(shí)間，從而改變了電阻爐的溫度。 均質(zhì)導(dǎo)體定律是指由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合電路，不論導(dǎo)體的截面如何以及各處的溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢(shì)。 從圖 ,在交流電源的作用下 ，原線圈中產(chǎn)生交變電流 ,從而在鐵芯中激發(fā)交變的磁通量 。 按 輸 入電壓的不同類別，輸入電路可分為直流輸入電路，交流輸入電路和交直流輸入電路三種。電壓或電流源是以一種通 (ON)或斷 (OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。由于它體積小，兼容性，性價(jià)比高而深受單片機(jī)愛(ài)好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng) 有很高的普及率。 CH1 模擬輸入通道 1，或作為 IN+/使用 ； 這時(shí)就應(yīng)該實(shí)際的考慮很多問(wèn)題，包括在系統(tǒng)連接后運(yùn)行及調(diào)節(jié)參數(shù)上出現(xiàn)的問(wèn)題。 （ 2） 積分（ I）控制規(guī)律 具有積分控制規(guī)律的調(diào)節(jié)器其輸出信號(hào)的變化量 ΔY與偏差信號(hào) ε的積分成正比，用微分方程形式表示可為： 1Iy dtT ??? ? DdyTdt??? （ 52） 式中， IT 為積分時(shí)間； 1IT為積分速度。該跳躍跳的越高或降的越慢，表示微分作用越強(qiáng)。有了 k? 及 KT 這兩個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)， 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，就可計(jì)算出當(dāng)采用不同類型控制器 (P、 PI、 PID)而使過(guò)渡過(guò)程呈 4﹕ 1 衰減振蕩狀態(tài)的控制器參數(shù)值。然而，如果工藝方面不允許被控變量做長(zhǎng)時(shí)間的等幅振蕩，這種方法就不能應(yīng)用。在 PID 調(diào)節(jié)器作用下，對(duì)誤差信號(hào)分別進(jìn)行比例、積分、微分控制。只有在偏差信號(hào) ε 等于零時(shí)，積分調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)才能相對(duì)穩(wěn)定，且可穩(wěn)定在任意值上，這是一種無(wú)定位調(diào)節(jié)。接通電源 ，參考前邊給定的 PID 調(diào)節(jié)器的參數(shù)，調(diào)試，整定系統(tǒng)以達(dá)到最佳的控制效果，確定最后的調(diào)節(jié)器參數(shù)。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在 0~5V 之間。 工作頻率為 250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 32μS； 對(duì)噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是 PWM 相對(duì)于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在某些時(shí)候?qū)?PWM用于通信的主要原因。 無(wú)紙無(wú)筆記錄儀摒棄 了傳統(tǒng)記錄儀中使用的記錄筆和記錄紙，把工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種需要監(jiān)視記錄的輸入信號(hào)，通過(guò)本機(jī) CPU 數(shù)據(jù)處理，一方面在大屏幕液晶顯示屏幕上以多種形式的畫(huà)面顯示出來(lái)，另一方面把這些監(jiān)察信號(hào)的數(shù)據(jù)存放在本機(jī)內(nèi)藏的大容量存儲(chǔ)芯片內(nèi)，以便在本記錄儀上直接進(jìn)行數(shù)據(jù)和圖形查詢、翻閱和打印。該式表明，當(dāng)調(diào)節(jié)器無(wú)積分作用內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 22 ( ??IT )或無(wú)微分作用 ? ?0?DT 時(shí)， 1?F ； FKP —— 考慮相互干擾系數(shù)后的實(shí)際比例增益； IFT —— 考慮相互干擾系數(shù)后的實(shí)際積分時(shí)間； FTD —— 考慮相互干擾系數(shù)后的實(shí)際 微分時(shí)間； IK —— 積分增益； DK —— 微分增益。這是一種貴金屬熱電偶，由直徑為 金絲（鉑 90%，鐒 10%）和純鉑絲制成。為使熱電偶熱電極不直接與被測(cè)介質(zhì)接觸，通常采用保護(hù)管。 首先將實(shí)驗(yàn)所得飛升曲線化為無(wú)因次飛升曲線 ??yt? 。 根據(jù) ?? ? ? 求得與之對(duì)應(yīng)的 7t ，再算出 ? ? 774 4 42 1 .2 3ttt T t t??? ? ?對(duì)應(yīng)于 4t從飛升曲線上找到 4y? 的數(shù)值。若選擇 ? ?1 ? ? ， ? ?2 ? ? 則可得 122tt??? ； ? ?122T t t?? (37) 對(duì)于計(jì)算結(jié)果，可在 3t ≤τ ? ?3 0yt? ? 4 ??? ? ?4 ? ? 5 2tT??? ? ?5 ? ? 這幾個(gè)時(shí)間上，對(duì)飛升曲線進(jìn)行校驗(yàn)。 溫度特性曲線的記錄與分析 在電阻爐溫度特性曲線的測(cè)試中，我們通過(guò)選擇不同的給定電壓送入電阻爐，從而使電阻爐的溫度由一個(gè)穩(wěn)態(tài)階躍到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，也相當(dāng)于給電阻爐一 個(gè)階躍信號(hào)，來(lái)得到溫度的階躍響應(yīng)曲線。使電阻爐溫度控制達(dá)到超調(diào)量小、穩(wěn)定精度高的優(yōu)良控制效果。通過(guò)改變調(diào)節(jié)器的比例帶、積分時(shí)間和微分時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電阻爐的溫度控制。目前大多數(shù)的電阻爐都屬于這一類。 電阻爐是工業(yè)爐的一種，它是 利用電流使?fàn)t內(nèi)電熱元件或加熱介質(zhì)發(fā)熱，從而對(duì)工件或物料加熱的工業(yè)爐。建立一個(gè)控制系統(tǒng)首先要針對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行研究 ， 本設(shè)計(jì)的研究對(duì)象是實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的管式電阻爐，因此本文對(duì)其 進(jìn)行了對(duì)象性能測(cè)試。s temperature control system, because resistance furnace in prod uces and in the life application is quite widespread, therefore resistance furnace39。1000℃ 以上為高溫爐。 70 年代中期，由于設(shè)備大型化、工藝流程連續(xù)性要求高、要控制的工藝參數(shù)增多，而且條件苛刻，要求顯示操作集中等，使已經(jīng)普及的電動(dòng)單元組合儀表不能完全滿足要求。 本設(shè)計(jì) 的研究對(duì)象 是實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的管式電阻爐 ，因此對(duì)它進(jìn)行性能實(shí)驗(yàn)測(cè)試 。時(shí)域方法主要是求對(duì)象的飛 升曲線或方波響應(yīng)曲線，如輸入量做階躍變化，測(cè)繪對(duì)象輸出量隨時(shí)間變化曲線就得到飛升特性。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 9 對(duì)于采用 PID 控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)，并不要求非常準(zhǔn)確的被控對(duì)象模型。在式（ 311）中引入時(shí)間無(wú)因次量 2tt T?? ； 11 2TT T?? ； 22 2TT T?? (312) 其中 2 T = 1T + 2T ， 則可化為 : ? ? 12121 2 1 21 ttTTTTy t e eT T T T???????? ? ? ? ?? ? ??? （ 313） 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 12 注意： 121 122TTT??? ??? ； 122 122TTT??? ??? ,可見(jiàn)式（ 313）表達(dá)了 ? ?yt??， t? ，和12TT??? 三者之間的關(guān)系。 ②若 4y? ≤ ，則采用（ 39）式的帶純滯后的二階環(huán)節(jié)近似，這時(shí)要計(jì)算的兩個(gè)未知參數(shù)是 T 和 ? 。 電阻爐溫度控制系統(tǒng) 的系統(tǒng)方框圖及調(diào)節(jié)過(guò)程 數(shù) 字 式 調(diào) 節(jié) 器 P W M 電 路 固 態(tài) 繼 電 器 管 式 電 阻 爐S 型 熱 電 偶設(shè) 定 值 測(cè) 量 值 圖 電阻爐 溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 由圖 可以看出，該系統(tǒng)是一個(gè)單參數(shù)閉環(huán)控制系統(tǒng)。 中 間導(dǎo)體定律是熱電偶回路的一個(gè)重要性質(zhì)。 如果把整個(gè)線圈作原線圈 ， 副線圈只取線圈的一部分 ， 就可以降低電壓 （ 如圖 示 ）； 如果把線圈的一部分作原線圈 ， 整個(gè)線圈作副線圈 ， 就可以升高電壓 （ 如圖 乙所示 )。 固態(tài)繼電器與機(jī)電繼電器相比，是一種沒(méi)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)，不含運(yùn)動(dòng)零件的繼電器，但它具有與機(jī)電繼電器本質(zhì)上相同的功能。脈沖 寬度調(diào)制（ PWM）是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。 PWM 電路圖見(jiàn)附錄 B。C； 芯片接口說(shuō)明： 當(dāng) A、 B 有一個(gè)為高電平，則另一個(gè)就允許輸入數(shù)據(jù)，并在 CLOCK 上升沿作用下決定 Q0 的狀態(tài)。 圖 比例調(diào)節(jié)器階躍響應(yīng)輸出特性曲線