温度测量控制实验3.docx

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温度测量控制实验3

温度测量控制实验

一、实验目的：

掌握温度传感器在测控系统中的实际应用，对温度闭环

控制系统中的数据采集、参数调整、控制规律（曲线）、误差产生及不稳定状

态进行验证。

二、实验原理：

用所提供的K型热电偶、数据采集器、温度测量控制仪、

PC计算机组成闭环温度控制系统，在一定温度范围内（<150℃）对热源进行连

续的高精度温度控制。

三、所需单元：

K型热电偶、数据采集器、温度测控仪、计算机

四、实验步骤：

1、仔细阅读SET-300测控系统软件运用说明（P76）及硬件说明（P83），并按

说明在计算机上安装好软件。

2、如图

（1）组成闭环温控系统。

3、将温控仪“加热方式”开关置“外”端，“冷却控制”开关置“外”端。

“加热手动”旋钮到底，并听到“喀”声。

4、打开“温控仪”、集据采集器“开关

5、在计算机测控界面上，选择“温度测量控制“实验内容，并设定好相关

控制值及调节规律PID三个参数，选择正确的A/D、DA、Do通道。

建议：

温度

设定值：

70℃、采样周期：

1s、P=I=D=

注意：

P不能设为零。

6、点击“运行”按钮，注意数据采集器上的红色发光二极管。

是否闪烁，

如有表示数据采集器与计算机通讯联系正常，否则需检查：

通讯端口是否设置

正确（com1?

com2?

），计算机通讯口是否正常工作、软件是否安装正确。

7、注意观察测控界面右方的图形框，可以看到黄、红、绿三条曲线，黄线

表示设定值、红线表示控制量输出曲线、绿线表示测量（过程量）输出曲线。

8、随着实验进行绿线将逐步靠近黄线，说明热源的温度值正逐步接近设定

值，经过逼近超调逼近几个周期，温度值趋与稳定，注意观察稳定后偏差指示

大小。

9、当温度到达设定值后，数据采集器“D03”端输出继电器导通信号，使

“温控仪”中的冷却风扇启动，达到快速降温的目的，进而缩短实验时间。

10、改变温度设定值（下降或上升），观察控制曲线的输出状况及测量（过

程量）的响应状态。

11、改变温度设定值，分别改变PID三个参数中的任一参数，观察控制曲线

的输出状态及测量（过程量）的响应状态。

12、界面左边是数据框，表示实时测量数据。

13、在实验过程中如按“暂停”按钮则采样终止，点击“历史”按钮可察看

整个调节过程的曲线，再按一次“暂停”按钮，采样继续进行。

思考题：

1、为什么说上述实验系统是一个闭环控制系统？

2、各个单元在实验中起到什么作用？

3、分析系统误差来源？

4、P、I、D三个参数对系统的控制有什么影响？

5、如有条件，请自己动手利用其它方法设计一个温度控制器。

实验二振动测量控制实验

一、实验目的：

掌握振动传感器在测控系统中的实际应用，对振动闭环控

制系统中的数据采集、参数调整、控制规律（曲线）、误差产生及不稳定状态进

行验证。

二、实验原理：

用所提供的压电传感器、数据采集器、振动测量控制仪、

Pc计算机组成闭环振动控制系统，在一定振动范围内（＜30Hz）对振动源进行连

续的高精度振动控制。

三、所需单元：

压电加速度传感器、数据采集器、振动测控仪、计算机

四、实验步骤：

1、仔细阅读SET-300测控系统软件运用说明（P76）及硬件说明（P83），并按

说明在计算机上安装好软件。

2、如图

（2）组成闭环振动测控系统。

其中压电传感器测量电路请参阅特性实

验第25页实验23图（7-1）并接入低通滤波器，其VO端接入振动测量控制仪上的

“标准传感器输入端”（注意在静态时务必使Vo=0）。

3、将振动控制仪“手动/自动”控制按钮按下，使控制处于自动状态。

4、打开“振动控制仪”、集据采集器“开关

5、在计算机测控界面上，选择“振动测量控制“实验内容，并设定好相关控

制值及调节规律PID三个参数，并选择正确的D/A、Di通道。

建议：

振动设定

值：

20HZ采样周期：

1s、P=I=D=

注意：

P不能设为零。

6、击“运行”按钮，注意数据采集器上的红色发光二极管,是否闪烁。

如有

表示数据采集器与计算机通讯联系正常，否则需检查：

通讯端口是否设置正确

（com1?

com2?

），计算机通讯口是否正常工作、软件是否安装正确。

7、意观察测控界面右方的图形框，可以看到黄、红、绿三条曲线，黄线表示

设定值、红线表示控制量输出曲线、绿线表示测量（过程量）输出曲线。

8、随着实验进行绿线将逐步靠近黄线，说明振动源的振动频率值正逐步接

近设定值，经过逼近超调逼近几个周期，振动值趋与稳定，注意观察稳定后偏

差指示大小。

9、改变振动频率设定值（下降或上升），观察控制曲线的输出状况及测量

（过程量）的响应状态。

10、改变振动频率设定值，分别改变PID三个参数中的任一参数，观察控制

曲线的输出状态及测量（过程量）的响应状态。

11、界面左边是数据框，表示实时测量数据。

12、在实验过程中如按“暂停”按钮则采样终止，点击“历史”按钮可察

看整个调节过程的曲线，再按一次“暂停”按钮，采样继续进行。

注：

因采用教学用传感器和测量电路所以测量及控制误差比用工业级传感器

大并可能有一定干扰。

思考题：

1.为什么说上述实验系统是一个闭环控制系统？

2.各个单元在实验中起到什么作用？

3.分析系统误差来源？

4.P、I、D三个参数对系统的控制有什么影响？

5.如有条件，请自己动手利用其它方法设计一个振动控制电路。

实验三转速测量控制实验

一、实验目的：

掌握转速传感器在测控系统中的实际应用，对转速闭环控

制系统中的数据采集、参数调整、控制规律（曲线）、误差产生及不稳定状态进行验证。

二、实验原理：

用所提供的霍尔转速传感器、数据采集器、转速测量控制

仪、PC计算机组成闭转速度控制系统，在一定转速范围内（0-2400转/分）对

直流电机进行连续的高精度转速控制。

三、所需单元：

霍尔转速传感器、数据采集器、转速测量控制仪、计算机

四、实验步骤：

1、仔细阅读SET-300测控系统软件运用说明（P76）及硬件说明（P83），并按说

明在计算机上安装好软件。

2、如图（3）组成闭环转速系统。

3、将转速测量控制仪“手动/自动”控制按钮按下，使控制处于自动状态。

4、打开“转速测量控制仪”、集据采集器“开关

5、在计算机测控界面上，选择“转速测量控制“实验内容，并设定好相关

控制值及调节规律PID三个参数，并选择正确的D/A、Di通道，建议：

转速设定

值：

1000转/分、采样周期：

1s、P=I=D=

注意：

P不能设为零。

6、点击“运行”按钮，注意数据采集器上的红色发光二极管。

是否闪烁，

如有表示数据采集器与计算机通讯联系正常，否则需检查：

通讯端口是否设置正确

（com1?

com2?

），计算机通讯口是否正常工作、软件是否安装正确。

7、注意观察测控界面右方的图形框，可以看到黄、红、绿三条曲线，黄线

表示设定值、红线表示控制量输出曲线、绿线表示测量（过程量）输出曲线。

8、随着实验进行绿线将逐步靠近黄线，说明转速值正逐步接近设定值，经过

逼近超调逼近几个周期，转速值趋与稳定，注意观察稳定后偏差指示大小。

9、改变转速设定值（下降或上升），观察控制曲线的输出状况及测量（过

程量）的响应状态。

10、改变转速设定值，分别改变PID三个参数中的任一参数，观察控制曲线

的输出状态及测量（过程量）的响应状态。

11、界面左边是数据框，表示实时测量数据。

12、在实验过程中如按“暂停”按钮则采样终止，点击“历史”按钮可察看

整个调节过程的曲线，再按一次“暂停”按钮，采样继续进行。

附温控仪表操作说明

1、通电前检查接线正确无误，感温元件与仪表分度号一致，仪表通电

5秒内显示窗先显示PV窗输出代码、SV窗先输出代码,后显示PV窗量程上限、SV

量程下限,随后即进入工作状态,按SET键0.5秒SV显示窗闪烁,此时可改变设定值,

再按SET键0.5秒确认,如需修改其它参数,必须按住SET键大于3秒,即进入B菜单,

可按要求逐一修改内容（见操作流程表）,修改完毕再按SET键0.5秒若干下,退出B

菜单,如15秒内无键按下（该窗内新设置的数据无效）自动进入新的工作状态。

2、在输入信号大于量程上限时,仪表显示,在输入信号小于量程下

限时,仪表显示。

3、当温度控制效果不够理想时,可以人工或自整定来改变PID参数。

操作方法如下：

①人工修正：

将仪表进入B菜单至Ｐ窗，再用键来修正P值，再按SET

键0.5S进入I窗，I、D、T的修正方法同上，然后再按SET键0.5S若干下返回正常工作状态，即开始新的PID参数。

②自整定修正：

将仪表进入B菜ATU窗后选择

（1）（选

0时为不自整定），选好按SET键确认后仪表即进入自整定状态，同时AT灯亮，待自

整定完成AT灯闪时再按SET键2秒确认后即按新的自整定PID参数工作。

用自整修

正PID值时应注意当负载为多段串联加热方式（如挤出机械），其中某段进入自整定

过程时，应注意保持前拍二段的温度不变,否则会影响自整定效果。

4、PID参数的设置原则:

P为比例带（加热侧）,如过冲大可加大比例带。

如希

升温快可减小比例带。

I为积分时间，如温度波动较大则加长积分，反之则减小积

分。

一般来说系统滞后现象越严重，积分时间越长。

D为微分时间，一般取积分时

间的（1/5~1/4）。

5、PID控制与位式控制功能的切方法：

若需把仪表切换成位式控制（常规仪表

出厂设置均为PID控制），正常工作状态仪表按住SET键3S以上进入B菜单后，再按

SET键0.5S若干下至P窗,把P设为0后按SET键若干下至T窗，把T设为1即进入位式

控制，其控温范围（切换差）可通过改变dP值来实现,位式控制时的dP值举例：

SV＝

100℃时，设dP=12.5℃,则实际输出控制范围为87.5~112.5℃。

若需返回至PID控

制时,把P、Ｔ、dP值还原即可。

PID控制适用于高精度控温场合,系统配置稳定合

理可达±1个字精度；位式控制适用于控制某一段范围内的温度。

6、进入C菜单的设置方法：

（C菜单因仪表功能不同而有所不同;非专业人士

及无特殊情况下请勿进入C菜单）。

先进入B菜单的ATU窗后同时按住▲▼键0.5秒

至PV窗显示L，可设置量程下限；再按SET键0.5秒，PV窗显示H,可设置量程上限;按SET0.5秒，PV窗显示LP，LP=下冲限，常规值2~6；按SET0.5秒，PV窗显示L1，

在L1值内无开机及设定后默认值,常规6~10；按SET0.5秒，PV窗显示HL，在SV窗

选1或0，（选1时=AL1=上限报警，若选0时=AL2=下限报警）；按SET0.5秒，PV窗

显示A，在SV窗选1或0，选1时为绝对值报警（报警设定值=报警输出值），选0时=偏差值报警（主控值±报警设定值=报警输出值）；当测量值低于下限报警输出值时

ALM灯亮下限继电器吸合，高于上限报警输出值时ALM灯亮，上限继电器吸合；再按

SET0.5秒，PV窗显示I，I常规3~内大控制快；按SET0.5秒，PV窗显示E，E为抗干

扰等级，0=常规，1=加强，按SET0.5秒，PV窗显示P，P（30-100%）为输出最大

功率限制，按SET0.5秒即进入新的工作状态。

7、若控温失常请检查仪表参数是否被误修改，传感器部分是否失效。

按键不

起作用，请检查LCK键是否被锁定。

8、操作流程表

实验软件使用说明

1.登录

运行程序后，进入登录窗口界面，如图1所示。

图1系统管理用户登录窗口图2系统操作用户登录窗口图3学生登录窗口

首先单击组合框，选择用户类型。

用户类型分为3类，第1类是系统管理级用户，它

具有系统全部权限，可以打开所有窗口，并能增删下级用户。

第2类是系统操作级用户，

它可以打开通信窗口并进行通信设置、通道设置、软件标定等重要操作。

第3类是学生

实验级用户，它仅具有与实验操作有关的权限。

登录时，系统管理级及操作级用户需在密码输入框中输入密码，由系统校验，如图

1及图2所示。

学生实验不需要密码，但必须输入用户编号（如学号）和姓名，如图3。

输入完成后，单击确认按钮，进入应用软件主窗口。

2.主窗口

主窗口如图4所示，这是工作窗口，一般操作都在该窗口下面进行。

窗口最上面是标

题栏，显示软件的图标和SET300,标题栏的右面是最大化、最小化和还原按钮，通过

它们可进行最大化、最小化和还原操作。

标题栏的下面是菜单栏，本软件共有6个子菜

单，分别是数据文件、用户权限、实验记录、通信、关于和退出。

菜单栏下面是窗口的

主要部分，由下面几部分组成：

1）标题栏：

用于显示当前实验的名称。

2）实验数据表格：

常规实验时用于显示实验数据，自动刷新。

计数实验时用于显

示实验任务列表。

3）实验数据框：

常规实验时显示采样次数、采样值、设定值、偏差及控制量，实验过程中动态刷新。

计数实验时用于显示转盘正反转的脉冲计数等数据。

4）图形框：

用于显示实时曲线，坐标X轴表示采样点序列（点与点的时间间隔由采

样周期设定），每幀100点，计满100点后自动刷新。

坐标Y轴表示测量值（mv），越限

自动调整量程。

5）复选按钮：

一排共4个，位于图形框的下方。

其中设定、采样和调节为一组，用

来选择三种不同的实时曲线。

历史按钮用来显示当前或已保存在外存的整个实验过程的

曲线。

6）下拉式组合框：

共11个，分别是实验选择、调节规律、设定值、采样周期、比

例系数、积分时间、微分时间及通道选择（4个）。

7）操作命令按钮：

共2个，分别是开始命令（暂停、继续）及复位命令按钮。

8）状态栏：

位于窗口的最底层，显示实验相关内容。

图4实验主窗口

3．实验操作步骤

选择实验参数：

1）选择实验：

SET300支持的实验分为两类，一类是规范实验（即实验列表中已有的实验），另

一类是自定义实验。

规范实验又可以分为常规测控实验及特殊测控实验（脉冲测量及

计数、振动测量控制、转速测量控制）。

图5实验选择图6调节规律图7设定值图8采样周期

2）选择调节规律：

单击调节规律组合框，出现调节规律列表，如图6所示。

若为规

范实验，在列表中选择P、PI、PD、PID、位控等控制规律。

若为脉冲计数实验，则不

必选择控制规律。

3）选择设定值：

单击设定值组合框，出现设定值列表，如图7所示。

设定值的范围

从0～100%。

当设定值选定，数据框中显示该实验量程范围对应值。

4）选择采样周期：

单击采样周期组合框，出现采样周期值列表，如图8所示。

采样

周期的范围从0.1～20秒。

若为振动测量控制实验，则系统自动设定采样周期为1秒。

5）选择比例系数：

若实验的调节规律带比例控制，需选择比例系数，单击比例系

数组合框，出现比例系数列表，如图9所示。

比例系数的范围从0.1～20。

6）选择积分、微分时间：

方法同上。

时间范围从0.1～20秒。

图9比例系数图10通道设置

7）通道设置：

根据通道实际连接情况设置，如图10所示。

模拟量输入共8路（8位AD），

分别为Ain0～Ain7。

模拟量输出共4路，分别为Aout0～Aout3。

数字量输入共8路，分

别为Din0～Din7。

输出量输出共4路，分别为Dout0～Dout3（4个5V继电器）。

8）脉冲计数实验：

若为脉冲计数实验，出现的界面如图11所示。

实验开始前必须首先编制操作任务列表。

方法是：

单击脉冲数组合框，选择脉冲数或暂

停秒数，单击正向、反向或暂停按钮，选择转盘转动方向，然后，在任务列表相应位置

单击后则完成一个任务设置，依此类推，最后设置结束任务。

9）开始实验：

参数设置完成后，单击开始命令按钮，进入联机实验过程。

10）保存实验结果：

①实验完成后，打开数据文件子菜单，选择文件保存，将实验数据保存在当前工

作目录下\DATA\LSJ.DAT文件中。

或者用另存为的方法将数据文件存放到软盘。

一般LSJ.DAT数据文件每次保存时都将上一次的内容覆盖，只能作为临时文件，故建

议用户用另存为的方法将数据文件存放到软盘。

②打开实验记录子菜单，选择保存记录，对实验纪录进行保存。

③打开实验记录子菜单，选择浏览查询，进入查询窗口，在实验数据库中核对本次

实验记录。

11）打印实验报告：

打开实验记录子菜单，选择实验打印，进入打印窗口。

根据提示，打印实验报告及

实验曲线。

12）复位：

单击复位命令按钮准备进行下一个实验，或者打开文件子菜单，选择退出应用软件后返

回WINDOWS。

4．实验记录管理

1）实验记录数据库为ACCESS数据库，文件名为Lab.mdb，放在当前工作目录。

共

有三张表，其中实验记录表由下列字段组成：

用户单位：

40位文本类型；采样次数：

数字整型；

用户编号：

6位文本类型；比例系数：

数字型；

用户名称：

8位文本类型；积分时间：

数字型；

实验日期：

8位日期类型；微分时间：

数字型；

实验编号：

数字整型；数据文件：

40位文本类型（存放数据文件的路径）；

实验名称：

40位文本类型；

实验模式：

4位文本类型；

2）进入查询浏览，界面如图12所示。

实验记录的排序共有6种方式，分别是按顺序、

按用户编号、按用户名称、按实验日期、按实验编号和按实验名称。

单击排序按钮后，

右面数据库表显示相应的排序结果。

再单击数据库表第1列中记录位置，最右边的表格

显示该记录相应内容。

3）单击模糊查询单选按钮，在文本框中输入模糊查询关键字后，按回车键或单击查

询命令按钮，则显示满足条件的查询结果。

图12中，按实验名称查询，文本框输入的内

容为“液位”，有3条记录满足条件。

4）学生每做完一次实验，先将数据保存到数据文件，然后保存实验记录（即在实验

数据库中生成一条实验记录）。

学生可以在实验数据库中查看实验记录。

5）实验管理员或教师，在实验登录时键入代码可获得更高的权限对实验数据库的实

验记录进行删除、修改、查询等操作。

5、输出实验报告

打开实验记录子菜单，选择实验打印，进入打印窗口。

如图13所示。

用户可以根据

提示，打印出实验报告及实验曲线。

首先选择打印类型（实验报告及实验曲线）；然后单击选择起始及结束的采样周期，

从而确定打印的数据范围；再单击生成表格及曲线按钮，微机自动生成表格及曲线；最

后单击打印按钮进行预览；确认无误后单击打印图标，即可在标准A4纸上打印实验报

告及实验曲线。

也可以单击导出图标，将要打印的数据导出为TXT文件保存。

注意：

打

印实验曲线可选择整个实验数据范围，而打印实验报告由于数据范围越大，生成的表格

分页也越多，故数据范围一般选择曲线的典型段，达到既能反映出实验效果，又不过分

耗纸的目的。

6、用户权限

1）用户权限分三个层次，分别是系统管理级、

系统操作级及学生实验级。

系统管理级用户进入

系统后，系统开放所有功能菜单，能进行权限管

理，通信管理和涉及有关通道硬件的操作。

系统

操作级用户能打开通信窗口。

学生实验级用户只

能进行实验操作。

2）用户权限管理界面如图14所示。

系统管理

级的用户可以进行增加和删除下级用户的操作

7、退出应用软件

方法一：

选择数据文件中的退出子菜单；

方法二：

单击主窗口右上方的关闭按钮；

方法三：

单击退出子菜单。

SET-300数据采集控制器硬件说明

一、信号编辑：

（1）A/D（0）-A/D（7）是8路模拟量输入端口。

输入传感器测量信号。

（2）D/A（0）-D/A（3）是四路模拟量输出端口，输出控制量信号。

（3）Di（0）-Di（7）是8路数字量输入端口。

其中Di（0）-Di（6）是一般数字量输入端口。

Di（7）是计数脉冲信号专用输入端口，用以输入转速、计数等连续脉冲信号。

（4）Do（0）-Do（3）是4路数字量输出端口，它是一组继电器触点信号。

其中Do（3）是温度控制实验专用冷却电机控制接点输出端口，与其它控制实验无关。

二、通讯端口：

（1）RS232端口及USB端口：

传感器应用控制实验PC通讯端口，与SET-300测控软件配合使用，完成对不同对象的测量与控制。

三、注意事项：

（1）当应用程序安装完毕后，如与计算机无法正常通讯，请检查计算

机通讯端口是否设置正确，端口工作是否正常。

（2）进行控制实验时，务必正确选择信号输入、输出端口。

（3）A/D端口请不要输入负极性的信号，以免损坏内部集成芯片。