爐溫控制原理-2014版

爐溫自動(dòng)控制原理材料教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心熱處理設(shè)備與控溫儀表概述所謂自動(dòng)控制就是指在沒(méi)有人直接參與的情況下，控制裝置或者控制器能夠按照預(yù)先設(shè)定的規(guī)律使機(jī)器、設(shè)備或者生產(chǎn)過(guò)程（統(tǒng)稱為被控對(duì)象）的某個(gè)工作狀態(tài)或者參數(shù)（即控制量）自動(dòng)地運(yùn)行。例如，家用的全自動(dòng)洗衣機(jī)、電冰箱、電暖氣等都是常見(jiàn)的小型自動(dòng)控制系統(tǒng)；電阻爐溫度控制系統(tǒng)可以按照給定的溫度值自動(dòng)地保持爐內(nèi)溫度恒定；人造衛(wèi)星可以準(zhǔn)確地進(jìn)入預(yù)定軌道運(yùn)行并能被收回等，這些都體現(xiàn)出自動(dòng)控制的優(yōu)越性及特點(diǎn)。自動(dòng)控制技術(shù)具有節(jié)省人力，提高系統(tǒng)控制精度，完成人工控制系統(tǒng)無(wú)法完成的工作等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、國(guó)防、宇航、社會(huì)等領(lǐng)域，自動(dòng)控制已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)生活中不可缺少的重要組成部分。概述概述概述概述概述概述實(shí)驗(yàn)原理控制方法

爐溫自動(dòng)控制就是根據(jù)爐子的實(shí)際溫度與設(shè)定溫度的偏差，自動(dòng)接通或斷開(kāi)供給爐子熱源，以及連續(xù)改變熱源功率的大小，使?fàn)t溫穩(wěn)定在給定范圍之內(nèi)，以滿足熱處理工藝的需要。其特點(diǎn)如下：

改善勞動(dòng)環(huán)境防止生產(chǎn)過(guò)程的煙塵、高溫對(duì)人體的危害。

提高生產(chǎn)率。

提高和穩(wěn)定工藝質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)原理控制方法爐子感溫元件顯示控制執(zhí)行裝置溫度設(shè)定熱源能量爐溫自動(dòng)控制系統(tǒng)方框圖實(shí)驗(yàn)原理控制方法控制方法比較控制方法實(shí)驗(yàn)原理控制方法比較實(shí)驗(yàn)原理控制方法?動(dòng)圈式溫度指示調(diào)節(jié)儀★動(dòng)圈式溫度指示調(diào)節(jié)儀，是一種測(cè)量與顯示并兼有溫度調(diào)節(jié)功能的熱工裝置。實(shí)驗(yàn)原理一、溫度指示儀的原理?動(dòng)圈式溫度指示調(diào)節(jié)儀★動(dòng)圈式溫度指示儀由動(dòng)圈測(cè)量機(jī)構(gòu)和測(cè)量電路組成?動(dòng)圈式溫度指示調(diào)節(jié)儀實(shí)驗(yàn)原理

動(dòng)圈測(cè)量機(jī)構(gòu)?動(dòng)圈由純銅繞制，張絲用彈性很好的鈹青銅制作，用它把動(dòng)圈懸吊在磁場(chǎng)中。張絲通電流且可以提供反作用力矩。?當(dāng)熱電偶產(chǎn)生的（熱）電勢(shì)信號(hào)通過(guò)測(cè)量電路加到動(dòng)圈上時(shí)，有電流的動(dòng)圈在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)使動(dòng)圈和固定在動(dòng)圈上的指針偏轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，張絲的反作用力矩逐漸增加，電磁轉(zhuǎn)矩和張絲的反作用力矩相等時(shí)，指針停止轉(zhuǎn)動(dòng)并在刻度板上指示出相應(yīng)的溫度值。實(shí)驗(yàn)原理?動(dòng)圈式溫度指示調(diào)節(jié)儀

M動(dòng)=C1I

（C1與磁感應(yīng)強(qiáng)度和動(dòng)圈的幾何尺寸有關(guān)）

M反=C2ψ（C2和張絲的彈性與尺寸有關(guān)）

M動(dòng)=M反C1I=C2ψ

ψ=CI

偏轉(zhuǎn)角度與電流成正比

動(dòng)圈測(cè)量機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)原理?動(dòng)圈式溫度指示調(diào)節(jié)儀

測(cè)量電路

RS量程電阻；Rb、Rt

補(bǔ)償電阻實(shí)驗(yàn)原理?動(dòng)圈式溫度指示調(diào)節(jié)儀

測(cè)量電路實(shí)驗(yàn)原理?動(dòng)圈式溫度指示調(diào)節(jié)儀二、動(dòng)圈式溫度指示調(diào)節(jié)儀原理及構(gòu)造?動(dòng)圈式溫度指示調(diào)節(jié)儀實(shí)驗(yàn)原理二、動(dòng)圈式溫度指示調(diào)節(jié)儀原理及構(gòu)造

1.基本原理如上圖所示，刻度盤下有一個(gè)可以移動(dòng)的設(shè)定溫度指針，指針支板上固定著一對(duì)檢測(cè)線圈，指針移動(dòng)時(shí)，檢測(cè)線圈也同時(shí)移動(dòng)。在測(cè)量溫度指針上固定一個(gè)鋁箔小旗，當(dāng)被測(cè)爐溫低于給定時(shí)，鋁旗在檢測(cè)線圈之外，由檢測(cè)線圈控制的震蕩放大器處于震蕩狀態(tài)，繼電器吸合，加熱爐送電。反之，鋁旗進(jìn)入檢測(cè)線圈中，隔斷了檢測(cè)線圈的磁耦合，破壞了震蕩條件，促進(jìn)繼電器釋放，電爐停止加熱。鋁旗的進(jìn)與出，對(duì)應(yīng)著加熱爐電源的開(kāi)與斷。因之稱為二位式調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)原理?動(dòng)圈式溫度指示調(diào)節(jié)儀

2.控制電路二、動(dòng)圈式溫度指示調(diào)節(jié)儀原理及構(gòu)造實(shí)驗(yàn)原理?動(dòng)圈式溫度指示調(diào)節(jié)儀二、動(dòng)圈式溫度指示調(diào)節(jié)儀原理及構(gòu)造

2.

控

制

電

路直流電源電路震蕩偏置電路檢波功放電路實(shí)驗(yàn)原理?動(dòng)圈式溫度指示調(diào)節(jié)儀二、動(dòng)圈式溫度指示調(diào)節(jié)儀原理及構(gòu)造當(dāng)熱電偶斷線或發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)電路發(fā)出信號(hào)，使測(cè)量指針向滿刻度方向偏轉(zhuǎn)，帶動(dòng)鋁旗進(jìn)入線圈間隙而使加熱爐斷電。實(shí)驗(yàn)原理控制方法1.位式控制控制方法實(shí)驗(yàn)原理1.位式控制實(shí)驗(yàn)原理控制方法1.位式控制實(shí)驗(yàn)原理控制方法2.連續(xù)控制控制方法實(shí)驗(yàn)原理2.連續(xù)控制實(shí)驗(yàn)原理控制方法2.連續(xù)控制控制方法實(shí)驗(yàn)原理PID控制簡(jiǎn)介

在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問(wèn)世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象﹐或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制。

控制方法實(shí)驗(yàn)原理PID控制簡(jiǎn)介

PIDG（S）yryoeuPID：ProportionalIntegralDerivativePID控制：對(duì)偏差信號(hào)e(t)進(jìn)行比例、積分和微分運(yùn)算變換后形成的一種控制規(guī)律。

“利用偏差、消除偏差”

PID控制器是實(shí)際工業(yè)控制過(guò)程中應(yīng)用最廣泛、最成功的一種控制方法。

實(shí)驗(yàn)原理控制方法PID控制簡(jiǎn)介

PID控制器的輸入輸出關(guān)系為：相應(yīng)的傳遞函數(shù)為：

在很多情形下，PID控制并不一定需要全部的三項(xiàng)控制作用，而是可以方便靈活地改變控制策略，實(shí)施P、PI、PD或PID控制。實(shí)驗(yàn)原理控制方法PID控制簡(jiǎn)介

1.比例控制（P）比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-stateerror）。

R2R1ui(t)uo(t)-+實(shí)驗(yàn)原理控制方法PID控制簡(jiǎn)介

1.比例控制（P）

P控制對(duì)系統(tǒng)性能的影響：Kp>1時(shí)：

a.開(kāi)環(huán)增益加大，穩(wěn)態(tài)誤差減?。?/p>

b.幅值穿越頻率增大，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間縮短；

c.系統(tǒng)穩(wěn)定程度變差。Kp<1時(shí)：與Kp>1時(shí)，對(duì)系統(tǒng)性能的影響正好相反?？刂品椒▽?shí)驗(yàn)原理PID控制簡(jiǎn)介

1.比例控制（P）實(shí)驗(yàn)原理控制方法PID控制簡(jiǎn)介

2.積分控制（I）在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)（SystemwithSteady-stateError）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。實(shí)驗(yàn)原理控制方法PID控制簡(jiǎn)介

2.積分控制（I）CRui(t)uo(t)-+實(shí)驗(yàn)原理控制方法PID控制簡(jiǎn)介

2.積分控制（I）-900-1800積分控制可以增強(qiáng)系統(tǒng)抗高頻干擾能力。故可相應(yīng)增加開(kāi)環(huán)增益，從而減少穩(wěn)態(tài)誤差。但純積分環(huán)節(jié)會(huì)帶來(lái)相角滯后，減少了系統(tǒng)相角裕度，通常不單獨(dú)使用?？刂品椒▽?shí)驗(yàn)原理3.微分（D）控制

在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō)，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。PID控制簡(jiǎn)介

實(shí)驗(yàn)原理控制方法PID控制簡(jiǎn)介

3.微分（D）控制RCui(t)uo(t)-+實(shí)驗(yàn)原理控制方法PID控制簡(jiǎn)介

3.微分（D）控制-900-1800900

微分控制可以增大截止頻率和相角裕度，減小超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間，提高系統(tǒng)的快速性和平穩(wěn)性。但單純微分控制會(huì)放大高頻擾動(dòng)，通常不單獨(dú)使用?？刂品椒▽?shí)驗(yàn)原理PID控制簡(jiǎn)介

PD（比例-微分）控制器PD控制器的輸入輸出關(guān)系為：相應(yīng)的傳遞函數(shù)為：實(shí)驗(yàn)原理控制方法PID控制簡(jiǎn)介

90o45o0o0+20dB/decPD控制器的Bode圖控制方法實(shí)驗(yàn)原理PID控制簡(jiǎn)介

PD控制的特點(diǎn)（類似于超前校正）：1、增加系統(tǒng)的頻寬，降低調(diào)節(jié)時(shí)間；2、改善系統(tǒng)的相位裕度，降低系統(tǒng)的超調(diào)量；3、增大系統(tǒng)阻尼，改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性；4、增加了系統(tǒng)的高頻干擾；PD控制的應(yīng)用：依據(jù)性能指標(biāo)要求和一定的設(shè)計(jì)原則求解或試湊參數(shù)。

實(shí)驗(yàn)原理控制方法PID控制簡(jiǎn)介

PI（比例-積分）控制器PI控制器的輸入輸出關(guān)系為：相應(yīng)的傳遞函數(shù)為：實(shí)驗(yàn)原理控制方法PID控制簡(jiǎn)介

PI（比例-積分）控制器PI控制器的Bode圖0o-45o-90o0-20實(shí)驗(yàn)原理控制方法PID控制簡(jiǎn)介

PI（比例-積分）控制器PI控制的特點(diǎn)（類似于滯后校正）：1、提高系統(tǒng)的型別，改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；2、增加了系統(tǒng)的抗高頻干擾的能力；3、增加了相位滯后；4、降低了系統(tǒng)的頻寬，調(diào)節(jié)時(shí)間增大；PI控制的應(yīng)用：依據(jù)性能指標(biāo)要求和一定的設(shè)計(jì)原則求解或試湊參數(shù)。

控制方法實(shí)驗(yàn)原理PID控制簡(jiǎn)介

PID（比例-積分-微分）控制器PID控制器的傳遞函數(shù)為：PID控制的應(yīng)用：依據(jù)性能指標(biāo)要求和一定的設(shè)計(jì)原則求解