PID温度控制实验
PIDProportio
alI
tegralDerivative控制是最早发展起来的控制策略之一，它根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量对系统进行控制。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。由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业过程控制。
PID调节控制是一个传统控制方法，它适用于温度、压力、流量、液位等几乎所有现场，不同的现场，仅仅是PID参数应设置不同，只要参数设置得当均可以达到很好的效果。本实验以PID温度控制为例，通过此实验可以加深对检测技术、自动控制技术、过程控制等专业知识的理解。
一、实验目的1、了解PID控温原理2、掌握正校实验的方法，并用正交实验法来确定最佳P、I、D参数3、会求根据温度变化曲线求出相应的超调量、稳态误差和调节时间的方法
二、仪器与用具加热装置、加热控制模块、单片机控制及显示模块、配套软件、电脑。
三、实验原理
1、数字PID控制原理数字PID算法是用差分方程近似实现的用微分方程表示的PID调节规律的理想算式为
1t
det
utKPetTI
etdtTD
0
dt
单片机只能处理数字信号，上式可等价于
（1）
U

TKPe
TI

i0
ei

TDT
e

e
1
（2）式为位置式PID算法公式。也可把（2）式写成增量式PID算法形式
（2）
U

U

U
1

KPe


e
1

TTI
e

TDT
e

2e
1
e
2
（3）
其中e
为第
次采样的偏差量；e
1为第
1次采样的偏差量；T为采样周期；TI为积分时间；
TD为微分时间；KP为比例系数。
2、PID温度控制的框图
设定温度SV
温度偏差EVEVSVPV
PID调节器
按周期调节脉冲宽度输出
加热装置
实际温度PV
图1PID温度控制的框图
温度PID控制是一个反馈调节的过程比较实际温度PV和设定温度SV的偏差偏差值经过PID调节器运算来获得控制信号由该信号控制加热丝的加热时间达到控制加热功
f率的目的从而实现对系统的温度控制。其调节过程如下：
实际温度PV
温度偏差EV
PID调节器输出的脉冲宽度
可控硅导通时间与发热管输
出功率
加热装置温度
3、PWM控温原理温度控制的功率输出我们采用脉冲宽度调制原理PWM来实现。如图2所示，双向可控
硅的输出端为脉宽可调的电压UOUT。当双向可控硅的触发角触发时，电源电压UAN通过双向
可控硅的输出端加到发热管的两端；当双向可控硅的触发角没有触发信号时，双向可控硅关
断。因此，发热管两端的平均电压为UOUT

tT
UAN

KUAN其中KtT，为一个周期T
中，双向可控硅触发导通r