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长滞后温度PID控制实验

一、实验目的

1）、了解单回路温度控制系统的组成与工作原理。

2）、研究P、PI、PD和PID四种调节器分别对温度系统的控制作用。

3）、改变P、PI、PD和PID的相关参数，观察它们对系统性能的影响。

二、实验设备

DCS过程控制实验装置，PC机，DCS系统与监控软件。

三、实验原理

+

给定值温度T

EPA控制系统电加热管

-

温度变送器

图8-1、温度控制系统原理图

整个纯滞后系统如图8-1所示，加热水箱为纯滞后水箱提供热水，在加热水

箱的出水口即纯滞后水箱的进水口装有温度传感器。纯滞后水箱，中间固定有一

根有机玻璃圆柱，9块隔板呈环形排布在圆柱周围，将整个水箱分隔为9个扇形

区间，热水首先流入A区间，再由底部进入B区间，流过B区间后再由顶部进

入C区间，如此再依次流过D、E、F、G、H最后从I区间流出，测温点设在E、

H区间，当A区间进水水温发生变化时，各区间的水温要隔一段时间才发生变

化，当进水水流流速稳定在1.5L/Min时，与进水水温T1相比E区间的水温T2

滞后时间常数τ约为4分钟，H区间的水温T3滞后时间常数τ约为8分钟。各

隔板的上沿均低于水箱的外沿，这样如果水流意外过大则会漫过各隔板直接进入

I区间再流出。

Q

调压

模块

手动设定

五号加热水箱

t1

t3t2

IHGFEDCBA

六号纯滞后水箱

图8-1纯滞后系统示意图

四、实验内容和步骤

此实验以纯滞后水箱的水温为检测对象，循环水流量恒定。

1、打开储水箱进水阀，主管路泵阀，副管路泵阀，旁路阀，关闭其他手阀，将

储水箱灌满水。打开五号加热水箱进水阀。

2、打开控制台及实验对象电源开关，启动DCS系统，连接好通讯线，将组态文

件下载至现场控制器中，打开主管路泵、检测设备电源开关。启动上位软件，

进入实验八，如下图所示。

3、点击输出的设置按钮，设定输出值的大小，设定值为一个0~1的小数，对应

调压模块。首先设定一个初始开度，如0.5。观察水温变化，当水温趋于平衡

时，将调压模块开度（输出值）及水温填入下表。

调压模块开度进口水温t1（℃）短滞后水温t2（℃）

4、点击输出的设置按钮，改变输出值的大小，如0.9，记录阶跃响应得过程参数，

填入下表，以此数据绘制变化曲线，上位软件上亦可得到此曲线。

t（s）

t2（℃）

5、观察水温变化，当水温趋于平衡时，将调压模块开度（输出值）及水温填入

下表。

调压模块开度进口水温t1（℃）短滞后水温t2（℃）

6、点击输出的设置按钮，将输出值的大小改回步骤5前的调压模块开度，如0.5，

记录阶跃响应得过程参数，填入下表，上位软件上亦可得到此曲线。

t（s）

t2（℃）

7、重复上述实验步骤。

五、实验报告

作出加热水箱的出口水温t1，纯滞后水箱的短滞后水温t2