[发明专利]一种PID参数整定温度控制实验教学装置及方法

权利要求书

1.一种PID参数整定温度控制实验教学装置，其特征在于，包括内置有位置式PID控制程序的控制器、油箱、冷却器、比例流量阀、液压马达以及风扇装置；

在所述油箱的出口与所述油箱的入口之间且沿油的流动方向上依次设置的液压泵和比例压力阀；

所述油箱内部设有温度传感器；

所述控制器分别与所述温度传感器和所述比例压力阀连接；所述控制器用于根据所述温度传感器采集的油液温度和所述位置式PID控制程序控制所述比例压力阀工作以对通过所述比例压力阀的油液进行加热；

所述液压泵的出口与所述比例压力阀的进口连通，所述比例压力阀的出口与所述冷却器的进口连通，所述冷却器的出口与所述油箱的进口连通；

在所述液压泵的出口与所述比例流量阀的进口的连通通路上还连接有压力传感器；所述压力传感器用于检测所述液压泵出口的工作压力；

在所述液压泵的出口与所述比例压力阀的进口的连通通路上还与所述比例流量阀的进口连通，所述比例流量阀的出口与所述液压马达的进口连通，所述液压马达的出口与所述油箱的进口连通；

所述液压马达的输出轴与所述风扇装置连接，且所述风扇装置位于所述冷却器的一侧以便所述风扇装置工作时对通过所述冷却器的油液进行降温；

工作时，当控制器输出的控制信号为正数时，向所述比例压力阀输出第一控制指令以控制所述比例压力阀处于设定开口状态，进而对通过所述比例压力阀的油液进行加热处理；当所述控制器输出的控制 信号为负数时，向所述比例流量阀输出第二控制指令以控制所述比例流量阀处于设定开口状态，进而对通过所述冷却器的油液进行冷却处理；

所述位置式PID控制程序中位置式PID控制公式为u(t)＝kp*e(t)+ki*[e(1)+e(2)+....+e(t)]+kd*[e(t)-e(t-1)]；其中，Kp为被整定的比例系数；Ki为被整定的积分系数；Kd为被整定的微分系数；u(t)为t时刻控制器输出的控制信号；e(t)为t时刻油液目标温度值与油液温度实际值的差；

工作时，根据所述控制器输出的控制信号和油液温度变化值，绘制油温控制过程曲线图，并当所述油温控制过程曲线图的曲线波动是衰减时，把所述被整定的比例系数调小，当所述油温控制过程曲线图的曲线波动是发散的，把所述被整定的比例系数调大，直到所述油温控制过程曲线图的曲线波动呈等幅振荡为止，得到临界比例度和临界等幅振荡周期值；

根据所述临界比例度和所述临界等幅振荡周期值，计算温度控制调节参数值。

2.根据权利要求1所述的一种PID参数整定温度控制实验教学装置，其特征在于，还包括A/D1转换器和A/D2转换器；

所述控制器的第一输入端与所述A/D1转换器的一端连接，所述A/D1转换器的另一端与所述温度传感器连接；

所述控制器的第二输入端与所述A/D2转换器的一端连接，所述A/D2转换器的另一端与所述压力传感器连接。

3.根据权利要求1所述的一种PID参数整定温度控制实验教学装置，其特征在于，还包括D/A1转换器和比例压力阀放大器；

所述控制器的第一输出端与所述D/A1转换器的一端连接，所述D/A1转换器的另一端与所述比例压力阀放大器的一端连接，所述比例压力阀放大器的另一端与所述比例压力阀连接。

4.根据权利要求1所述的一种PID参数整定温度控制实验教学装置，其特征在于，还包括D/A2转换器和比例流量阀放大器；

所述控制器的第二输出端与所述D/A2转换器的一端连接，所述D/A2转换器的另一端与所述比例流量阀放大器的一端连接，所述比例流量阀放大器的另一端与所述比例流量阀连接。

5.根据权利要求1所述的一种PID参数整定温度控制实验教学装置，其特征在于，所述控制器为基于Labview软件的工控计算机。

6.一种应用于权利要求1所述一种PID参数整定温度控制实验教学装置的方法，其特征在于，包括：

向比例压力阀输出控制指令以控制所述比例压力阀处于完全开启状态；

向比例流量阀输出控制指令以控制所述比例流量阀处于完全关 闭状态；

启动位置式PID控制程序和液压泵；所述位置式PID控制程序初始化时，被整定的积分系数和被整定的微分系数设置为零，被整定的比例系数设置为大于零的数值；

工作时，当控制器输出的控制信号为正数时，向所述比例压力阀输出第一控制指令以控制所述比例压力阀处于设定开口状态，进而对通过所述比例压力阀的油液进行加热处理；当所述控制器输出的控制信号为负数时，向所述比例流量阀输出第二控制指令以控制所述比例流量阀处于设定开口状态，进而对通过所述冷却器的油液进行冷却处理；

工作时，根据所述控制器输出的控制信号和油液温度变化值，绘制油温控制过程曲线图，并当所述油温控制过程曲线图的曲线波动是衰减时，把所述被整定的比例系数调小，当所述油温控制过程曲线图的曲线波动是发散的，把所述被整定的比例系数调大，直到所述油温控制过程曲线图的曲线波动呈等幅振荡为止，得到临界比例度和临界等幅振荡周期值；

根据所述临界比例度和所述临界等幅振荡周期值，计算温度控制调节参数值。