计 算 机 控 制 系 统 实 验 告
实验名称： 炉温控制实验
姓 名：
班 级：
任课教师：
完成时间： 2012 年 04 月 01 日
实验一 . 炉温控制实验
一、实验目的
1．了解温度控制系统的特点。
2 ．研究采样周期 T对系统特性的影响。
3 ．研究大时间常数系统 PID控制器的参数的整定方法。
二、实验仪器
1．EL-AT-III型计算机控制系统实验箱一台
2 ．PC计算机一台
3 ．炉温控制实验对象一台
三、炉温控制的基本原理
1． 系统结构图示于图 1－ 1。
图1－1 系统结构图
图中 Gc (s)=Kp (1+Ki/s+Kds)
Gh (s)= (1－e-TS)/s
Gp (s)=1/ (Ts+1)
2 ．系统的基本工作原理
整个炉温控制系统由两大部分组成， 第一部分由计算机和 A/D&D/A 卡组成， 主要完成温度采
集、 PID运算、产生控制可控硅的触发脉冲，第二部分由传感器信 放大，同步脉冲形成，
以及触发脉冲放大等组成。 炉温控制的基本原理是： 改变可控硅的导通角即改变电热炉加热
丝两端的有效电压，有效电压的可在 0～ 140V内变化。可控硅的导通角为 0～5CH。温度传感
是通过一只热敏电阻及其放大电路组成的， 温度越高其输出电压越小。 外部 LED灯的亮灭表
示可控硅的导通与闭合的占空比时间，如果炉温温度低于设定值则可控硅导通，系统加热，
否则系统停止加热，炉温自然冷却到设定值。 第二部分电路原理图见附录一。
3 ．PID递推算法 ： 如果 PID调节器输入信 为 e (t )，其输送信 为 u (t ),则离散的递推算
法如下： Uk=Kpek+Kiek2+Kd(ek-ek-1),其中 ek2是误差累积和。
1
四、实验内容：
1．设定炉子的温度在一恒定值。
2 ．调整 P、 I、 D各参数观察对其有何影响。
五、实验步骤
1．启动计算机，双击桌面 “计算机控制实验 ”快捷方式，运行软件。
2 ．测试计算机与实验箱的通信是否正常 ,通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信正常
后才可以继续进行实验。
3 ．20芯的扁平电缆连接实验箱和炉温控制对象，检查无误后，接通实验箱和炉温控制的电
源。
(开环控制实验没有做，略)
闭环控制
4.在实验项目的下拉列表中选择实验七 [七、炉温控制 ] 鼠标单击 按钮， 弹出实验课题参
数设置对话框， 选择 PID，在参数设置窗口设置炉温控制对象的给定温度以及 Ki、Kp、Kd值，
点击确认在观察窗口观测系统响应曲线。测量系统响应时间 Ts和超调量 。
5.重复步骤 6，改变 PID参数，观测波形的变化，记入下表中：
(设定的炉温初始值为 50℃)
性能指标
参数 阶跃响应曲线 δ% Tp (秒) Ts (秒)
Kp Ki Kd
1.000 0.020 1.000 见下方图 44% 190.6 8.2
0.750 0.020 1.000 见下方图 40% 216.4 10.5
0.750 0.100 0.500 见下方图 38% 275.5 18.0
0.500 0.300 0.500
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