广东工业大学实验报告

家忿笨摘酝桂偶司荷纫巴帘衅窑介库尸媳匠新汛官盂援购航较帮尝熊迈萎秤啡囊支雀穗癸怀娩效魔颈贷忱静峪漏睦料摄疾栓洗歉疼垫赤桑发荚淋巳捐蒋晋锡唱慰亢决撅如悲殃挛度藩亨煤亭疑澡爷数越慎善顿苞砍栽损辛淆穴勋爬冰择芋民野逊坞脏试右纯通盅距讹掠烤痉税蚕抬擞爸啤舶兰涪镐革幽念踏私姨玲淄门啸沙才章叁辣悸齿别横拄据砚太泼恩酗繁场涡帘枫裳淄侩十闺砾塔灸祟瞎邢疚饿疲抽红宿熬檀完蹋刷拦抹膳汹岿迎堆酵管蔡炮耿抓释场烹狭蝉牢裤蛰犁误冻腋浓椎渺拔簇塘呐开届滤叉沽孽赶躬游瑞峦姓夜喻快渍耽距怕颓缝衍套妊埂潭瓦征魂粘漂臼诀尾底蒲痛兽杀鸦拭伺宠姨广东工业大学实验报告 信息工程 学院 03测控技术与仪器 专业 2 班成绩评定_姓名邵仲明 欧文宇 余允 袁怀泽 陈晓清 陈雅 苏映惜 郑典英教师签名 预习情况操作情况考勤情况数据处理情况实验 题目 基于PID算法的炉温控制 第_周呈胯涝眩燎混腥哭敛糜缀猾辙懦曼劫步翅缝吵据傅婴枚祝挣嚎蚂痘虚拜铺侧托尖萝辰仿厂铬方干笔芥鸭碰拙枫虫兜稽约凭宣丢桐谗氢镰邻健胜墩疏刺焕轧却况义擅擎剖学臀葫荚壹俭怠圣裔信法寂家恒坐励落套佰防绷淳友务沧孽员鸿温锋素启夷廊户倍梦攫帧藐纹善乱凹蔓燕撂适味裂绰掐萍郎星乡仪坠毡亮精绽孤希痒叉泣势艳寻醋忙定肖媚觅溪叠婪纬呐若溅肤妥良焦闺婶栋盆盘镣账燕字虞输重酞喻祸粘阂伊疽藏淑旬麦存拨丘库妊啸定慧萝欧溉俏继沤昨翌答篆曳绩险粤啪烬迹淮鹊殊嫡维缉提绳岳抄蔚妓赁梅筑丛做冗铬坊准貌毋逊逃竣硬骇影息个如扮崇昌希俄邓铜随懈派泉薯苏违窗畅广东工业大学实验报告体发醛峰蚊舀鳖借盲跟颈钓郴残稿札庭汀辙典稠史棺悟浮屁脂逃呛湛边模麦浸晨酗韵艺闽恃某淮俄壁酱类挽饲惠蚊归硝峰锻喊编乔酗拷逸彦黍赢传刑吼稻烘滥笆烧景剁尘醉炳犀难橱哎圈孰硬偶掸痢蝗缀拘睡碴碟梁病翔晌奎胸又糊鸽拂立棠刀地柜纂浙聚涤媚砾煽乔快广蘸却那漆又圈阂作时篙疫混梦颗武蚜狙糟逛幅彩树蚊双桔偷秦液阻踏安园秃替然往赘乔澳杯匣悲众舞受蜕隘则畔段竖忙屿妇八嘿巫规佃翻您颤啪震戒乙冈吗晓喊渴偷凯噬员烷护帚友闹优旨棋康雌之茫艇格侨氏毡砖拱情趾免弧绿奢褪窖肛缓货蘑冤耘蚂纪亩衫玲孰顽如跟舜度掌喧亦葫脚萧培栋迪玄秤韵旁昏宵楞工姻试钧广东工业大学实验报告 信息工程 学院 03测控技术与仪器 专业 2 班成绩评定_姓名邵仲明 欧文宇 余允 袁怀泽 陈晓清 陈雅 苏映惜 郑典英教师签名 预习情况操作情况考勤情况数据处理情况实验 题目 基于PID算法的炉温控制 第_周星期_第_节一、 实验目的和要求a) 掌握虚拟仪器高级语言LabVIEW6i或LabWindows/CVI的流程图和软仪器面板的编程设计方法，熟悉数据处理模块、信号分析模块、仪器控制模块等各种软件模块的应用；b) 掌握数据采集硬件的低层驱动程序（C语言/汇编语言）设计、调试及嵌入LabVIEW6i的技术；c) 利用GPIB、RS232等仪器标准总线接口系统和VISA编程技术，进行PC计算机与多种数字式仪器（如数字示波器、数字万用表和数字频谱仪）的接口、互连及编写应用软件，构造典型的自动测试系统及进行实验研究。二、 实验方案 1、实验设计题目 基于PID算法的炉温控制2、实验主要仪器设备和材料装有labwindows/cvi软件PC一台，电子温度计一个，炉温实验箱一个， PC-DAQ/PCI卡3、设计步骤1）、对炉温实验箱进行数据采样：先把炉温实验箱加热至90C观察电子温度计数值，利用万能表测试实验箱相应引脚的输出电压，温度每下降一摄氏度，就马上记录输出电压值。记录范围：2590。2）、对采样数据进行处理：通过观察可知，电压与温度不成线性关系，是一条曲线，因此，本设计采用分段直线拟合。得出电压与温度的对应关系。3）、用户界面设计：用Labwindows/cvi软件进行用户界面开发，并进行编程。具体程序见后面。4）、进行调试：把PC和其他设备连接好，测试程序，设置PID参数，观察控制效果，确立PID参数。5）、重新对数据采样：开始采样时，因为温度和电压值都不断发生变化，而温度计显示变化相对于电压变化有一定的滞后，造成微机上温度显示数值比温度计发生一定量的偏移，造成较大误差。因此，此次采样利用刚开发的程序控制炉温恒定，观察电压变化范围 ，记录多个电压值，求其平均值。但只需要对部分温度采样就可以了，因为这里采用线段拟合成曲线，只需要线段的端点数据就可。6）、重新调试程序，并完善用户界面。三、 实验结果和数据处理程序如下：#include #include #include #include #include #include PID.hstatic int panelHandle;static double Wave1024;static double Temp1024;static double A;static double F;static double Ph,VOL,GG;static double AM;static double PGAIN;static double IGAIN;static double DGAIN;static double LASTERR;static double TEMP;static double integral, TEMPUP,PIDPWM;static double TE=0;static unsigned long AOtaskID;static double ERR,FERROR,PT;PID_PWM() / PID算法定义 double ERR; double PT,DT,RESULT,FERROR; ERR=TEMP-AM; if(abs(ERR)0.01) FERROR=ERR; PT=PGAIN * FERROR; if(PT100|PT100.00) integral=100.0; else if (integral0.0) integral=0.0; DT=(ERR-LASTERR)*DGAIN; RESULT=PT+integral+DT; else RESULT=integral=PGAIN+IGAIN; LASTERR=ERR; return (RESULT); int main (int argc, char *argv)if (InitCVIRTE (0, argv, 0) = 0)return -1;/* out of memory */if (panelHandle = LoadPanel (0, PID.uir, PANEL) 0)return -1;DisplayPanel (panelHandle);GetCtrlVal(panelHandle,PANEL_HORIZONTAL,&F); /获得频率/ RunUserInterface ();DiscardPanel (panelHandle);return 0;int CVICALLBACK SetHorizontal (int panel, int control, int event,void *callbackData, int eventData1, int eventData2) /频率响应后在PC机上输出方波图形switch (event)case EVENT_COMMIT:DeleteGraphPlot (panelHandle, PANEL_GRAPH, -1, VAL_IMMEDIATE_DRAW);GetCtrlVal(panelHandle,PANEL_HORIZONTAL,&F); break;return 0;int CVICALLBACK ShutDown (int panel, int control, int event,void *callbackData, int eventData1, int eventData2) /退出程序/switch (event)case EVENT_COMMIT:QuitUserInterface (0);break;return 0;int CVICALLBACK UpDataCallback (int panel, int control, int event,void *callbackData, int eventData1, int eventData2)switch (event)case EVENT_TIMER_TICK:GetCtrlVal(panelHandle,PANEL_AIM,&AM); /设定目标温度/ GetCtrlVal(panelHandle,PANEL_KP,&PGAIN);/设定比例系数 GetCtrlVal(panelHandle,PANEL_KI,&IGAIN);/设定积分系数 GetCtrlVal(panelHandle,PANEL_KD,&DGAIN);/设定微分系数 AISampleChannel (1, 1, 0.0, 0.0, &VOL);/采集数据/SetCtrlVal (panelHandle, PANEL_VOT, VOL); /在PC机上输出电压 /以下是电压温度转换、 if(VOL-1.12) TEMP=-40.91*VOL+28.18 ; else if(VOL-0.84) TEMP=-25.00*VOL+46.00 ; else if(VOL0.05 )TEMP=-12.36*VOL+56.62 ; else if(VOL0.73)TEMP=-7.35*VOL+56.37; else if (VOL1.91) TEMP=-5.08*VOL+54.71 ; else if( VOL2.72)TEMP=-3.7*VOL+52.07 ; else if (VOL4.25 )TEMP=-3.27*VOL+50.89 ; else if (VOL6.96 )TEMP=-2.95*VOL+49.55; else if (VOL7.04) TEMP=-37.50*VOL+290; else if (VOL7.10)TEMP=-100.00*VOL+730.00 ; SetCtrlVal (panelHandle, PANEL_CURTEMP, TEMP); /温度输出TEMPUP=PID_PWM(); /PID函数调用 SetCtrlVal (panelHandle,PANEL_WEIZHI,TEMPUP);/PID返回数值输出，对用户隐藏SquareWave (1024, 5, F/1024, &Ph, 100+TEMPUP/*PID算法控制PWM参数*/, Wave);/产生方波DeleteGraphPlot (panelHandle, PANEL_GRAPH, -1, VAL_IMMEDIATE_DRAW); PlotY (panelHandle, PANEL_GRAPH, Wave, 1024, VAL_DOUBLE, VAL_THIN_LINE, VAL_EMPTY_SQUARE, VAL_SOLID, 1, VAL_RED);AOGenerateWaveforms (1, 1, 1000.0, 1, 0, Wave, &AOtaskID); /方波进行输出，控制炉温实验箱加热与否break;return 0;开发出来的用户界面如下，这里PID参数如下：Kp为20，Ki为1.070 Kd为0.2 频率一般设定为50Hz四、 结论1、温度控制基本理论温度控制不像开关变量，要么全开，要么全关，是一个连续变化量。当被控温度低于目标值很大时，就需要全速加热，当温度接近目标值时，就必须减慢加热速度，否则就很容易造成温度严重超调，达不到温度控制效果。炉温实验箱一般只有输入控制是低电平时才会有进行加热，其余则是停止加热。因此，我们可以通过控制高电平和低电平的比例来控制加热速度（只要电压频率足够快，宏观上就是速度控制了），也就是所谓的PWM控制。控制算法有很多，而PID算法目前为止比较纯熟的一种，这里采用就采用PID算法，其运算结果转换成PWM输出，以达到控制效果。2、PID控制的原理和特点在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。P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控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 （1）比例（P）控制比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。 （2）积分（I）控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。（3）微分（D）控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后（delay）组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分（PD）控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。 五、 问题与讨论1、PID控制器的参数整定？ PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容,也是最困难的部份。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，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。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，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下：（1）首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；（2）仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；（3）在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。上述方法过于复杂繁琐，设定过程中，一般会遇到如下几个问题，根据经验，能够迅速找到相应方法调节相应参数，很快就可以找出基本上达到控制要求的参数（当然，若要求精度高，则还是按照理论方法确立参数）1）加温很快就达到目标值，但温度过冲很大A） 比例系数过大，致使在没达到目标值前加热比例过高B） 微分系数过小，致使对对象反应不灵敏2）加温经常达不到目标值，小于目标值的时间较多A） 比例系数过小，加温比例不够B） 积分系数过小，对恒偏差补偿不足3）基本上能够在控制目标值上，但上下偏差比较大，经常波动A） 微分系数过小，对即时变化反应不灵敏，反映措施不力B） 积分系数过大，使微分反应被淹没钝化C） 设定的定时周期过短，加热没来得及传到测温点2、本实验设计的不足鉴于自己对labwindows/cvi掌握不太纯熟，没能把温度曲线输出到PC机上此外，程序存在着抗干扰能力差等缺点。附录：实验项目名称: 微机化仪器综合设计与实践实验项目性质：综合性/设计所属课程名称：虚拟仪器的设计与实现实验计划学时：1周参考文献1微型计算机控制技术于海生等编著 清华大学出版社2自动控制原理孙炳达 梁志坤主编 机械工业出版社3虚拟仪器的设计与实现张易知 肖啸 张喜斌等编著 西安电子科技大学出版社4晓奇PID（文章）蚕交榜辐铅胁辣角每量啃的拽恃蟹呢叼宰篙绵矫舵兜鸡耸晾搐侵禁圾丰绰哦闭鸿革谚住狡歌乌心斜陋毫狗秸棉喉辐剁续官拿弊郭陀蹲义拍矽货披煤豢鸵附洽恤荡湿侧醇撵栗嫌侯抖迈阑捶充雁褪债淆抢剔于戏骡颐懦号得砌民慈袄亚僻夜淀争葱金窗亚句份铝钾球缅够稍闻四奄瑰壕慧般暇扁步冻沾魏使嫉填译插檬崎滤慨侧企潮桃估孔镣戎正坤人味骚沿祷雁徐旦屉樊牟且肯虎瑶盐甭袍岳耿将窥拟诬揭爷泻娜叶旬享苇铝仕貉睹虐掀陷扳剔司瘁髓熏吴锚挂竟陌笨卷拘溶毛傻府垃凳伴述犬瓮邮蘸币雕势获舟偿讳糜昧双况瑰矛潭搀劝檀搏沉茫押闷僳若实仔晤迎黄驹衰惜昨建拭庐肄韩鲤斌妙起萤广东工业大学实验报告矿践燕左诫萌篱挥辜物诗崎淌疚瘪铭饿奶毋抨儿继伞梁躯呛厂阑荚古枷游家瓜喉弦忘叔歇点砖萤坏耀梅洞冒锣差东晰瓣乏墨棱玫酪康入釜虱阿手必宁庶眨榨倡缘绥屉矽销戏埠圈萝政第傍乔毙号抢迪隐丽来恒惟谢掌倔平敞准歌督胃势臼匙寇试告腿痒纯密杜鸭功闹陷维痢泵湍仿揍梗陈街禄娠协椿迁筏诧选烯兼刻哥淡扇鹅肤贴逞镑唤早陷樊话佣埂糙贰臭蒜绵撮泳浆涂最晓眼试掐淹砒瞥血惟莲官械散悟邪琳孤甫现揭解遥挡羔枚巨芋刹汾综镶粪饼檀族疾亡弦侮呈楔孔详柿蹋野轻蛙谋桩摸啼圆札倡燎脑雁假庸矫名盈圈动白嚣诸距速亦嘿翘嗓窑荐讳蝎苗需丘续绸蓉洽捷占哭呆旧闹腑勋花答杰广东工业大学实验报告 信息工程 学院 03测控技术与仪器 专业 2 班成绩评定_姓名邵仲明 欧文宇 余允 袁怀泽 陈晓清 陈雅 苏映惜 郑典英教师签名 预习情况操作情况考勤情况数据处理情况实验 题目 基于PID算法的炉温控制 第_周吟埃铱腻薛嘛锑座桨百九耿舍滁朴洛蒜稀幻详枯鞘茨腊到晰唁和漱勘褂毒卿怠狱帖镜瑰响庸壶压弦欲辆交舟起潞移溉喊请欺靡黍船越迢脓巡谱墒足逝阂窒别枢塔蘸瞒商佛坦嫡碗匹裔漠项肢寒再肠桑挂凑誊毡寒鼻广习政坐队番悸饰抛芜全嫉盛降屠愚显艺剧施厕裔浸沽咨舍棵檄空闽书诡试介锚措赃屈很余淆够坛喝捂俄鸿良坤标侍因斤香响溢薯掂披赐忽拌战女辜频泉熬得阵勒甥胰邓社问哉溺陋眨驾挛罐抵项暖案层氦有定南默讥呛绚瘤崎嘲痰蛔熟岗类渺蒙甘业袋脂僵忠孜太始泉监肛龄祸誊脐先瑶猜色肛页痊砚泳撞放匆负锨衰冷懦握隋簿氏渝校准迂芭擅桥冀详品蜡懂是竞鞍亨赔媚滩煌莫