维普资讯 http://www.cqvip.com （＠２００７年第４期 衾 胗 室 科 学 ２００７年８月出版 基于调节器 的温 度测控装置的研制及应用 刘萍萍姜元先杨晓慧 （山东大学威海分校信息工程学院 山东威海２６４２０９） 摘要：为了满足实践教学需要，自行设计了一种以智能可编程调节器为核心控制部件的温度测 控装置，该装置对自动化专业学生深入了解掌握自控理论和技术、培养学生能力、提高素 质具有重要作用，在实验教学中取得了良好的效果。 关键词：智能可编程调节器；ＰＩＤ调节；温度控制；实验教学 １．引言 选用ＢＴＡ４１—６００Ｂ可控硅。可控硅与弹簧夹子底 先进的智能可编程调节器融合了当今３Ｃ（控 座直接焊接在自制的印刷线路板上并固定在面板 制、计算机、通信）领域的最新技术，涉及电子技术、 上，电路如图２所示。 检测技术、自控理论、单片机和计算机通信等多种学 科领域，是多学科知识和先进技术融合的结晶。因 此，我们自行设计了一种以调节器为核心部件的温 度测控装置，以满足自动化专业的教学需要。 ２．测控装置的设计思想 图２温度智能调近代实验装置 温度、压力、流量是工业过程控制中三个最基 灯箱使用小功率（６０ｗ一１００ｗ）的灯泡加热，灯 本的控制参数，从安全、直观、噪声和成本等因素考 光的明暗强弱能直观地反映出输出量的大小。传 虑，我们首选温度控制，用温箱作为控制对象，选择 感器选择了金属套管封装的薄膜式铂电阻，性能 当前主流的工业调节器作为控制部件，通过控制加 好，易标定。主机箱和灯箱由外协加工，采用铝合 热器使温箱的温度稳定在给定值附近。 金卧式框架结构，方便安装与拆卸。将调节器后端 ３．测控装置的组成 的接线端子引到机箱面板的弹簧接线端子，可以根 装置主要由智能调节器、测温传感器、驱动电 据不同的实验要求方便的改换线路。 路、灯箱和机箱组成，如图１。 ４．测控装置在教学中的应用 Ａ１人工智能调节器算法是采用模糊规则进行 ＰＩＤ调节的一种新型算法，在误差大时，运用模糊 算法进行调节，以消除ＰＩＤ饱和现象，当误差趋小 时，采用改进后的ＰＩＤ算法进行调节，并能在调节 中自动学习和记忆被控对象的部分特征以使效果 最优化。 Ａ１人工智能调节器具有自整定的功能，Ａ１人 图１ 温度智能实验装置 工智能调节方式初次使用时，可以使用自整定的方 式协助确定Ｐ、Ｍ５等控制参数。Ｐ值类似ＰＩＤ调节 在综合考虑仪表盼陛能指标、生产厂家的规模 器的比例带，但变化相反，Ｐ值越大，比例、微分作 和产品售后服务等因素，调节器选用宇电公司生产 用成正比增强，而Ｐ值越小，比例、微分作用相应减 的工业用ＡＩ７０８型人工智能调节器。在ＡＩ仪表内 弱。Ｍ５参数与ＰＩＤ调节的积分时间起相同的作 配用Ｋ５可控硅移相触发输出模块（可触发５— 用，Ｍ５越小，系统积分作用越强，Ｍ５越大，积分作 ５００Ａ双向或二个反并联的单向可控硅），驱动元件 用越弱（积分时间增加），当Ｍ５＝０，取消积分作用 一】３７— 维普资讯 http://www.cqvip.com ◎２００７年第４期ＬＡＢＯＲＡＴＯＲＹ ＳＣＩＥＮＣＥ ２００７年８月出版 及智能调节作用，调节器成为一个比例微分（ＰＤ） 调节器。在ＰＩＤ调节实验中，令温箱的温度从 ２０℃上升到３５℃，观察Ｍ５、Ｐ的参数的变化对调节 品质的影响。 ４．１．自整定的ＰＩＤ调节方式与ＰＤ调节方式（见图 ３ 图３ 不同调节方式的响应曲线 设置温度给定值和参数ＣＦ、ｃｔｒｌ等，启动自整 定，在温箱的升温过程中调节器根据算法确定在当 前给定值下的参数Ｐ、Ｍ５等。在自整定参数条件 下（ｅｕｒｖｅｌ：Ｍ５＝４．６ｐ＝２８９）让温箱从２０℃上升到 ３５℃，得到响应曲曲线ｅｕｒｖｅｌ；当Ｍ５＝０，重复温箱 的升温过程，得到ＰＤ调节方式的响应曲线ｃｕｒｖｅ２。 ４．２．不同的Ｐ参数值的响应曲线（见图４） 图４不同的Ｐ参数的响应曲线 仅改变参数Ｐ的值，使Ｐ＝８９，其它参数值不 变（ｃｕｒｖｅｌ：Ｍ５＝４．６ Ｐ＝２８９），得到响应曲线 ｃｕｒｖｅ３。 ４．３不同的Ｍ５参数的响应曲线（见图５） 令Ｍ５＝０．２，Ｐ＝８９，其他参数不变，得相应曲 一１ ３Ｒ一 图５ 不同的Ｍ５参数响应曲线 线ｃｕｒｖｅ４，再与ｃｕｒｖｅ３相比较。 由以上实验可以看出：与ＰＩＤ调节相比ＰＤ调 节具有很好的动态性能，但是有稳态误差；在Ｍ５ 值相同的条件下，减小Ｐ值，系统的超调量增加，调 节时间变长；在Ｐ值相同的条件下，减小Ｍ５值，系 统地超调量小，但振荡次数多，稳定性差。 ５．结束语 这种自行设计组建温度测控装置的建成为学 生提供了一个良好的实验平台，学生可以更直观地 了解不同的调节方式和调节参数对系统性能的影 响。Ａ１人工智能调节器的一键多义按键风格和权 限管理的设计思想广泛地应用于当前绝大多数智 能仪表，掌握了这种调节器的操作和编程，对其它 智能仪表的操作也就可以举一反三。在对实验内 容的设计上，例如，改变控制方式参数，观察各种控 制方式的特点；以灯箱散热孔的空气流动模拟扰 动，分析扰动变化对数据的影响等，更注重对学生 分析问题、解决问题的能力提高。 （收稿Ｅｔ期：２００７，０３，１９） 参考文献： ［１］吴勤勤．控制仪表及装置［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００２， ８． 【２］ 范铠等．工业铂热电阻ＩＴＳ＿＿９０的分度函数的讨论［Ｊ］．上 海：自动化仪表，１９９４，５：ｌ４一ｌ７． ［３］ 厦门宇光电子公司．ｈｔｔｐ：／／ｙｕｄｉａｎ．ｃｏｒｎ／ｑｕｉｃｋ／ｄｏｗｎｌｏａｄ． ｐｈｐＡ１人工智能工业调节器使用说明书［Ｚ］，２００３，９． ［４］北京昆仑通态自动化软件科技有限公司．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｃｇｓ． ｃｏｍ．ｏｎ／全中文工控组态软件ＭＣＧＳ参考手册［Ｚ］，２００３． 第一作者简介：刘萍萍（１９７８一），女，工学学士，助理实验 师，从事实验室管理与维护工作。
