检测与仪表实验pid

实验五电容式传感器的位移实验

一、 实验目的：

了解电容式传感器结构及其特点。

二、基本原理：

1、原理简述：电容传感器是以各种类型的电容器为传感元件，将被测物理量转换成电容量的变化来实现测量的。电容传感器的输出是电容的变化量。利用电容C＝εA／d关系式通过相应的结构和测量电路可以选择ε、A、d中三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测干燥度（ε变）、测位移（d变）和测液位（A变）等多种电容传感器。电容传感器极板形状分成平板、圆板形和圆柱(圆筒)形，虽还有球面形和锯齿形等其它的形状，但一般很少用。本实验采用的传感器为圆筒式变面积差动结构的电容式位移传感器，差动式一般优于单组(单边)式的传感器。它灵敏度高、线性范围宽、稳定性高。如图7—1所示：它是有二个圆筒和一个圆柱组成的。设圆筒的半径为R；圆柱的半径为r；圆柱的长为x，则电容量为C=ε2πｘ／ln(R／r)。图中C1、C2是差动连接，当图中的圆柱产生?X位移时，电容量的变化量为?C =C1－C2=ε2π2?X／ln(R／r)，式中ε2π、ln(R／r)为常数，说明?C与?X位移成正比，配上配套测量电路就能测量位移。

图5—1 实验电容传感器结构

电容式位移传感器实验

检测技术与仪表

——简答题

1、测量一定存在误差，这种说法说法是否正确？为什么？ 答：由于测量仪器的精度有限，测量环境的影响以及测量方法科学合理性、人员等方面的原因，测量一定存在误差。 2、说明一个理想的传感器应具备哪些性质？

答：单值性：阻值随温度变化成单值关系，最好是线性关系；

复现性：在不同的测量条件下测量值应在一定的准确度

内一致；

选择性：阻值只对温度变化敏感，否则将产生误差； 超然性：对温度场的干扰尽可能小； 灵敏性：相对温度系数要大；

稳定性：在规定的工作条件下保持其恒定的计量性能； 经济型：价格可能被介绍。

3、仪表的防爆和防护是否相同？为什么？

答：不相同。仪表的防爆是易燃易爆环境下对电动仪表使

用提出的要求；而防护是指仪表能否在制定的环境下正常运行。

4、什么是仪表的上限、下限和量程？

答：测量范围的最高值称为仪表的上限，测量范围的最低

值称为仪表的下限；测量上限与测量下限代数差的模称为量程。

5、仪表的三大组成部分指的是什么？各部分有什么作用？ 答：传感器：与被测量直接联系，感受被测量的变化，并

发出一个

昆明理工大学 课程设计

摘要

压电传感器是利用某些电介质受力后产生的压电效应制成的传感器。所谓压电效应是指某些电介质在受到某一方向的外力作用而发生形变（包括弯曲和伸缩形变）时，由于内部产生极化现象，会在其表面产生符号相反的电荷，当外力去掉后它又会恢复到不带电的状态，物体产生的电荷与外力成正比，电荷的极性随外力方向改变而变化，这种现象称为压电效应。压电材料 它可分为压电单晶、压电多晶和有机压电材料。压电式传感器中用得最多的是属于压电多晶的各类压电陶瓷和压电单晶中的石英晶体。其他压电单晶还有适用于高温辐射环境的铌酸锂以及钽酸锂、镓酸锂、锗酸铋等。压电传感器广泛应用在科学研究、教学试验上。压电式传感器大致可以分为4种，即:压电式测力传感器，压电式压力传感器，压电式加速度传感器及高分子材料压力传感器。

关键词：压电效应；工作原理；组成结构；测量原理图；特性及参数选择；应用；发展趋势

1

昆明理工大学 课程设计

目录

引言..............................................................................................................

过程检测与控制仪表日常维护

一、 保温伴热

检查仪表保温伴热，是仪表工日常维护工作的内容之一，它关系到节约能源， 防止仪表冻坏，保证仪表测量系统正常运行，是仪表维护不可忽视的一项工作。

这项工作的地区性、季节性比较强。冬天，仪表工巡回检查应观察仪表保温状况， 检查安装在工艺设备与管线上的仪表，如椭圆齿轮流量计、电磁流量计、旋涡流量 计（涡街流量计）、涡轮流量计、质量流量计、法兰式差压变送器、浮筒液位计和 调节阀阀等保温状况，观察保温材料有否脱落，有否被雨水打湿造成保温材料不起 作用。个别仪表需要保温伴热时，要检查伴热情况，发现后要及时处理。还要检查差压变送器和压力变送器导压管线保温情况，检查保温箱保温情况。差压 变送器和压力变送器导压管内物料由于处在静止状态，有时除保温以外尚需伴热， 伴热有电伴热和蒸汽伴热。对于电伴热应检查电源电压，保证正常运行。蒸汽伴热 是化工企业最常见的伴热形式。对于蒸汽伴热，由于冬天气温变化很大，温差可达 20℃左右，仪表工应根据气温变化调节伴热蒸汽流量。蒸汽流量大小可通过观察伴 热蒸汽管疏水器排汽状况决定，疏水器连续排汽说明蒸汽流量过大，很长时间不排 汽说明蒸汽流量太小。蒸汽流量调节裕度是很大的，因为蒸汽伴热是为了保证导压

PID温度控制实验

PID( Proportional Integral Derivative)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:

1de(t)u(t)?KP[e(t)??e(t)dt?TD]

仅考虑PI调节器，PID类似。

请参考机械工业出版社，阮毅、陈伯时主编的《电力拖动自动控制系统:运动控制系统(第4版)》，第46页：

?

位置式PI：

式中 ——采样周期。 可以看出，比例部分只与当前的偏差有关，而积分部分则是系统过去所有偏差的累积。位置式PI调节器的结构清晰，P和I两部分作用分明，参数调整简单明了。

但直观上看，要计算第拍的输出值

，需要存储

等每一拍的偏差，

当很大时，则占用很大的内存空间，并且需要花费很多时间去计算，这是目前书籍及网络上普遍认为的位置式PI的缺点。 然而在具体编程操作中，可在每一拍对积分部分进行累积，再加上当前拍的比例部分，即为当前

的输出，根本不需要大量的内存空间；另外由于输出有可能

超过允许值，因此需要对输出进行限幅，而当输出限幅的时候，积分累加部分也应同时进行限幅，以防输出不变而积分项继续累加，也即所谓的积分饱和过深。

?

增量式PI：

拍（也即上一拍）输出为

由位置式PI的式子可知，PI调节器的第

两式相减，可得出PI调节器输出增量

上式仅仅为增量，只需要当前的和上一拍的偏差即可得出结果，不需要存储每一拍的偏差，因此占内存空间小，这也是普遍认为的增量式的优点。

然而很多场合下需要的往往不只增量，还有上一拍的输

最优控制与智能控制基础文献总结报告

模糊PID 与常规PID的MATLAB 仿真比较

与分析

学生姓名： 班级学号：5080628 任课教师：段洪君 提交日期：2011.04.02 成绩：

文献总结报告自查表

自查项目 1 2 3 4 5 6 7 8 9 报告是否由本人独立撰写完成 参考文献是否由本人独立查阅完成 文献总结报告是否按时提交 题目是否包含被控对象名称及与本课程相关的控制方法 封面是否按“示样”标准打印，签名是否手写 报告正文是否包含“要求”的三部分 报告正文是否按“样本”格式撰写 报告正文中的公式、图表等是否由本人编辑、绘制 所引用的参考文献在报告正文中是否按顺序标注 “是”标√“否”标× 10 参考文献的数量是否达到要求 11 参考文献的格式是否规范 12 报告的正文与参考文献的总页数是否在8～10页之间 13 报告是否达到“总体要求” 14 报告是否包含对现有文献结论的仿真验证结果 15 报告是否包含本人的研究内容及结果 对所

实验一双容水箱对象特性的测定实验

一、实验目的及要求

1. 了解双容水箱的自衡特性。

2. 掌握双容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。

3. 实测双容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数。 二、实验原理

当对象的动态特性可以用二阶微分方程式来描述时，一般称为二阶对象。本实验的双容水箱即为二阶对象，其表征对象特性的微分方程式的建立和单容水箱类似。本实验的进行同单容水箱实验，采用阶跃反应曲线测试法。

阶跃反应曲线法是被控对象在开环运行状况下，待工况稳定后，通过调节器手动操作改变对象的输入信号（阶跃信号）。同时，记录对象的输出数据和阶跃响应曲线，然后根据给定对象模型的结构形式，对实验数据进行合理地处理，确定模型中的相关参数。该方法比较简单可行，如本实验输入量是流量，只要将阀门的开度作突然的改变，便可认为施加了阶跃干扰。

双容水箱液位控制结构图如图1所示：

图1 双容水箱液位控制结构图

设上水箱的进水量为Q1，水箱的液面高度为H1，下水箱的进水量为Q2，出水量为Q4，水箱的液面高度为H2。

水槽的动态过程如下：

流入水槽的流量Q1为输入量，水槽液位的高度H1为输出量，输入流量Q1一定时，在稳定状况下，液位H1和H2维持不变。在t0时间

实用标准文案

实验三 数字PID控制

一、实验目的

1．研究PID控制器的参数对系统稳定性及过渡过程的影响。 2．研究采样周期T对系统特性的影响。 3．研究I型系统及系统的稳定误差。 二、实验仪器

1．EL-AT-III型计算机控制系统实验箱一台 2．PC计算机一台 三、实验内容

1．系统结构图如3-1图。

图3-1 系统结构图

图中 Gc（s）=Kp（1+Ki/s+Kds） Gh（s）=（1－e-TS）/s

Gp1（s）=5/（（0.5s+1）（0.1s+1）） Gp2（s）=1/（s（0.1s+1））

2．开环系统（被控制对象）的模拟电路图如图3-2和图3-3，其中图3-2对应GP1（s）,图3-3对应Gp2（s）。

图3-2 开环系统结构图1 图3-3开环系统结构图2

3．被控对象GP1（s）为“0型”系统，采用PI控制或PID控制，可系统变为“I型”系统，被控对象Gp2（s）为“I型”系统，采用PI控制或PID控制可使系统变成“II型”系统。

4．当r（t）=1（

实用标准文案

实验三 数字PID控制

一、实验目的

1．研究PID控制器的参数对系统稳定性及过渡过程的影响。 2．研究采样周期T对系统特性的影响。 3．研究I型系统及系统的稳定误差。 二、实验仪器

1．EL-AT-III型计算机控制系统实验箱一台 2．PC计算机一台 三、实验内容

1．系统结构图如3-1图。

图3-1 系统结构图

图中 Gc（s）=Kp（1+Ki/s+Kds） Gh（s）=（1－e-TS）/s

Gp1（s）=5/（（0.5s+1）（0.1s+1）） Gp2（s）=1/（s（0.1s+1））

2．开环系统（被控制对象）的模拟电路图如图3-2和图3-3，其中图3-2对应GP1（s）,图3-3对应Gp2（s）。

图3-2 开环系统结构图1 图3-3开环系统结构图2

3．被控对象GP1（s）为“0型”系统，采用PI控制或PID控制，可系统变为“I型”系统，被控对象Gp2（s）为“I型”系统，采用PI控制或PID控制可使系统变成“II型”系统。

4．当r（t）=1（