過程控制課設(shè)報告

1、過程控制課程設(shè)計報告設(shè)計題目：無差溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計學(xué)號: 130710203姓名：胡德鵬指導(dǎo)教師：謝瑋信息與電氣工程學(xué)院二零一六年十二月無差溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計1、設(shè)計任務(wù)在模殼澆鑄、焙燒時常用燃油爐，燒制過程中需要對溫度加以控制，對一個燃 油爐裝置進行如下實驗，在溫度控制穩(wěn)定到 900C時，在開環(huán)狀態(tài)下將執(zhí)行器的 輸入燃油流量增加大約10%，即Alq二2.5T/ h，持續(xù)：1min后結(jié)束，記錄爐 內(nèi)溫度變化數(shù)據(jù)如下表，試根據(jù)實驗數(shù)據(jù)設(shè)計一個超調(diào)量乞25%的無差溫度控制系統(tǒng)。t(mi n)01234567891000.51.442.071.681.411.170.990.810.660.54t

2、(mi n)11121314151617181920210.450.390.330.270.210.150.090.060.030.010.00具體設(shè)計要求如下：(1) 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)選擇一定的辨識方法建立對象的模型；(2) 根據(jù)辨識結(jié)果設(shè)計符合要求的控制系統(tǒng)(給出帶控制點的控制流程圖, 控制系統(tǒng)原理圖等，選擇控制規(guī)律)；(3) 根據(jù)設(shè)計方案選擇相應(yīng)的控制儀表；(4) 對設(shè)計系統(tǒng)進行仿真，整定運行參數(shù)。2、對象的動態(tài)特性分析1、對象的動態(tài)特性通過上述表中得到數(shù)據(jù)，用matlab求的其階躍響應(yīng)值如下表所示，然后進行歸一化操作，畫出原來表中的曲線圖和階躍響應(yīng)的曲線圖，如下圖所示：表一：對象的階躍響應(yīng)

3、t(min)012345678910日C00.51.442.071.681.411.170.990.810.660.54y00.51.944.015.697.18.279.2610.0710.7311.27y*00.03370.14630.30240.42910.53540.62370.69830.75940.80920.8499t (min)1112131415161718192021e (c)0.450.390.330.270.210.150.090.060.030.010.00y11.7212.1112.4412.7112.9213.0713.1613.2213.2513.2613.26

4、y*0.88390.91330.93820.95850.97440.98570.99250.99700.99921.0001.000用下面程序畫圖clc;dy=O 0.5 1.44 2.07 1.68 1.41 1.17 0.99 0.81 0.66 0.54 0.45 0.39 0.33 0.27 0.21 0.15 0.090.06 0.03 0.01 0.00;y(1)=0;for i=2:22y(i)=dy(i)+y(i-1);endfor j=1:22ys(j)=y(j)/y(22);endt=(0:1:21).*60;subplot(211)plot(t,dy,'r'

5、;,'Li neWidth',2.5);hold on;plot(t,y,'Li neWidth',1.5);title('脈沖響應(yīng)曲線');xlabel('t/s');ylabel('y/ ?');subplot(212)plot(t,ys,'Li neWidth',2);xlabel('t/s');ylabel('y*');title('y*曲線圖');disp(y);disp(ys);圖1:脈沖響應(yīng)曲線求得:y (-) =13.26+0=13.2

6、60K= y (s) / u=13.26 C /%10 =1.326( C /%)圖2:歸一化階躍響應(yīng)曲線取 y(tj =0.4 , y(t2)=0.8，得 t=226.2s, t2=529.5s,由0.32<t1他=0.42776<0.46知對象為二階，根據(jù)公式TT22(T1 T2)t1:(1.74竺-0.55) , T1 T2(t1 t2)。t22.16可求的=91.64s,忑=258.22s即對象傳函為:Gp (s)=Y( s)/U(s)=錯誤！未找到引用源。(C / %)在simulink中，建模觀察對象的階躍響應(yīng)曲線：圖3:對象的階躍響應(yīng)曲線由仿真結(jié)果可以看出，對象為自穩(wěn)

7、定系統(tǒng)，無超調(diào)，無純延遲，但調(diào)節(jié)時間 較長。故所選擇的控制器應(yīng)具有快速性的特點，使系統(tǒng)盡快達到期望值。對象特性分析：錯誤！未找到引用源。1k為二階自衡對象，沒有純延遲環(huán)節(jié)。自衡率 ?= =0.754，響應(yīng)速度：=0.002652，KT三、方案設(shè)計1、根據(jù)已知條件建立對象數(shù)學(xué)模型 1.1單回路PID調(diào)節(jié)其控制原理圖如下：圖4:單回路控制方框圖 為使系統(tǒng)盡快達到穩(wěn)定值，調(diào)節(jié)器選擇 PID調(diào)節(jié)方式。 根據(jù)對象特性整定參數(shù)（采用齊勒格-尼克爾整定方法）20-4變送器增益：Gm二 0=0.048 (mA/C)錯誤！未找到引用源1100-770調(diào)節(jié)閥增益：Gv J。 一0% =6.25(% / mA)20

8、4可得廣義對象0.3928(9L64s + l)(25a22s + l)1.2串級控制調(diào)節(jié)選擇爐膛的溫度為副被調(diào)量。澆注液出| I燃油圖5:串級控制示意圖其控制原理圖如下:圖6 :串級控制方框圖丫SAMAH :副對象設(shè)計為一階，傳遞函數(shù)為1彌=9TW1主對象的傳遞函數(shù)為1.326 険閭二 258.22s+1副回路反應(yīng)速度快，采取 P或PD調(diào)節(jié)；主調(diào)節(jié)器采取PID調(diào)節(jié)方式。2、控制儀表選型所有儀表都是DDZ-III型。2.1溫度變送器因為正常工作點是900C，最大量程應(yīng)為正常工作點的1.5倍左右，選變送 器的最大量程為1100C,最小為770C,根據(jù)所需要的測量范圍選擇一體化溫度 變送器HHX-

9、HE-配E分度熱電偶溫度變送器，量程是 7701100C。2.2調(diào)節(jié)閥由于調(diào)節(jié)閥是用于燃料油流量的調(diào)節(jié)，選擇氣動調(diào)節(jié)閥，燃料油粘度較大， 殘渣比較多，為減弱腐蝕，防止堵塞，選用蝶形閥，再配合選用相應(yīng)的電氣轉(zhuǎn)換 儀表使用。選擇EPC1110-AS-OG/I電氣轉(zhuǎn)換器，參數(shù)如下：輸入信號輸出信號線形度最大流量420mA20100kpa 跨度的1% 大于4.8t每小時2.3確定工作方式。調(diào)節(jié)閥：從安全角度考慮，調(diào)節(jié)器信號突然消失時，調(diào)節(jié)閥應(yīng)關(guān)閉，故選 用氣開閥，kv為正。副被控對象：當燃料油增加時，爐膛溫度升高，kp2為正。主被控對象：燃料油增加爐內(nèi)溫度升高，kp1為正。檢測變送器：km1，km2均

10、為正值。主副調(diào)節(jié)器：按照總增益為正定理，kc1，kc2均為正，所以設(shè)反作用方式。四、參數(shù)的整定(1)單回路PID調(diào)節(jié)kc4.440.85KTTi =2訂=2 0 0Td =0.5 =50(2)串級控制調(diào)節(jié)按4:1衰減曲線法整定運行參數(shù)。兩步整定法進行整定: 整定副環(huán)。主副回路閉合，并將主調(diào)比例帶S設(shè)為100%，按單回路整定得到衰減率書=0.75時的比例帶和副被調(diào)量的振蕩周期。 整定主環(huán)。主副回路閉合，副調(diào)參數(shù)設(shè)為上述值，按單回路整定得到衰減 率書=0.75時的主調(diào)比例帶和被調(diào)量的振蕩周期。 按上述計算按所選調(diào)節(jié)器類型，用衰減曲線法計算出調(diào)節(jié)器參數(shù)值。由于對象為二階，所以在整定副環(huán)時總是穩(wěn)定，不

11、起振。故斷開主回路，單 獨整定副回路，保證副回路的輸出速度快即可。然后再連接主回路按照進行整 疋五、控制系統(tǒng)仿真1、單回路系統(tǒng)仿真:2、串級系統(tǒng)仿真:仿真圖形：圖10： simulink 串級仿真92091 O490050010001 5002000I I J J 圖11:串級仿真曲線六、結(jié)論為方便比較，將單回路控制與串級控制的輸出信號在同一示波器上比較仿真波形圖:Time o ffset: 0圖13:無擾動時曲線圖串級控制系統(tǒng)的超調(diào)量只有約為1%,振蕩較小，達到穩(wěn)態(tài)所需的時間短， 符合控制要求。通過與單回路 PID控制對比可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)特有很大改善。通過仿真結(jié)果可以看到，串級控制系統(tǒng)可以更好的實現(xiàn)工程要求， 有效克服 擾動，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速性。串級控制系統(tǒng)，包含二次擾動的副回路改 善了被控過程的動態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率，對二次擾動有很強的克服能 力，對回路參數(shù)變化的自適應(yīng)能力強。綜上所述，本設(shè)計選擇串級控制系統(tǒng)。七、設(shè)計心得此次課程設(shè)計為加熱爐出口溫度與爐膛溫度串級控制系統(tǒng)設(shè)計， 內(nèi)容包括串 級控制系統(tǒng)分析、建模與仿真，串級控制系統(tǒng)整定方法， PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)工程 整定，串級控制系統(tǒng)的性能分析等。 通過此次課程設(shè)計，讓我對過程控制理論 知識在實際應(yīng)用中有了比較深刻的認識， 提高了