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1、华北电力大学科技学院毕业设计（论 文）开 题报告学生姓名：马骏 班级：热能10k5所在院系： 动力系所在专业：热能与动力工程设计（论文）题目单回路、串级和复合控制系统的结构特性研究指导教师：管志敏2014年 3月 7日毕业设计（论 文）开题报告一、结合毕业设计（论文）课题情况，根据所査阅的文献资料，每人撰写不低于 2000字的文献综述。（另附）二、本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）:过程控制系统作为保证生产稳定，降低成本费用，提高产品质量和劳动生产 率的重要手段，已经广泛地用于生产中。其中单回路、串级和复合控制系统作为 主要的控制系统对保证系统的质量具有重要意义。本论文主要研究
2、各个控制系统 的结构特性以及其在过程控制中的仿真应用。在这次课程设计中我主要通过在图书馆查阅相关资料、上网下载相关文献， 和同学讨论来获得论文的有关信息，并在掌握前人研究的基础上，通过向老师请 教、归纳总结、综合分析、主动积极思考，从理论上介绍汽轮机回热系统的相关 内容，并理论联系实际来分析回热系统的经济性，最后结合实际提出优化措施， 以此独立的来完成论文课题三、指导教师意见：1对“文献综述”的评语:2.对学生前期工作情况的评价（包括确定的研究方法、手段是否合理等方面）:指导教师：年 月曰文献综述1前言单回路，串级和复合控制系统是组成电厂热工控制系统的基础，而过程控制 系统做为保证生产稳定降低
3、成本，提高产品质量和劳动生产效率的重要手段，已 经广泛的用于生产中，单回路，串级和复合控制系统做为主要的控制系统对保证 系统的质量具有重要意义。本论文主要讨论与研究各个控制系统的结构特性以 及其在过程控制中的仿真应用。2本课题研究发展趋势现代过程工业向着大型化和连续化的方向发展，生产过程也随之日趋复杂， 对生态环境的影响也日益突出，这些都对控制提出了越来越高的要求。不仅如此， 生产的安全性和可靠性，生产企业的经济效益都成为衡量当今自动控制水平的重 要指标。而单回路，串级和复合控制系统是组成过程控制控制系统中缺少的一 环，他们对保证整个过程控制系统的质量有着重要的意义。由于计算机具有运算 速度快
4、、精度高、存储量大、编程灵活以及有很强的通信能力等特点，已在过程 控制中得到十分广泛的应用。过程控制系统作为一种典型的生产过程，其自动控 制水平已随着过程计算机系统的发展。从目前的趋势看，在大型企业中，过程 控制计算机正成为一种把控制的管理融为一体的综合自动化系统。他是在自动化 技术，系新技术和各种工业声场技术的基础上，通过计算机和网络系统将整个单 位全部生产活动所需的信息和各种分散的自动化系统有机的集合起来，形成一个 能适应生产环境不确定和市场需求多变性总体最优的高质量、高效益、高柔性的 智能生产系统，因此，对单回路，串级和复合控制系统的结构特性和研究就有十 分重要的意义。3本课题研究的主要
5、内容3.1单回路控制系统单回路反馈控制系统简称单回路控制系统。在所有的反馈控制系统中它是 最简单最基本的一种，因此它又被称为简单控制系统。单回路控制系统有4个基本环节组成，即1被控对象或者被控过程，2测量 变送装置，3控制器，4控制阀。也是一个简单的PID控制。图1单回路控制系统原理图3.2串级控制系统串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为 后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀6。前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参 数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变 量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量
6、而引入的辅助变量。整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变检测变送、副 调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、 调节阀、副过程和主过程构成。图2串级控制系统原理图3.3复合控制系统同时包含按偏差的闭环控制和按扰动或输入的开环控制的控制系统。按偏 差控制即反馈控制（见反馈控制系统），它按偏差确定控制作用以使输出量保持 在期望值上。对于滞后较大的控制对象，反馈控制作用不能及时影响系统的输 出,常引起输出量的过大波动。如果引起输出量变化的外扰是可量测的（例如在 汽轮机调速系统中，汽轮机的负荷就是可以量测的），则用外扰信号直接控制输 出就能更迅速和有效地
7、补偿外扰对输出的影响10。理论上甚至可作到使这种影 响完全消除（见不变性原理）。这种控制方式称为按扰动控制。影响输出量变化 的扰动因素很多，但可量测并用来进行控制的只能是主扰动11。按扰动控制一般 不能单独采用，常需与按偏差控制结合使用，构成复合控制。复合控制能显著减 小扰动对系统的影响，有利于提咼控制精度。热交换器的温度复合控制系统，被控制量是出口处的热水温度，控制量是 加热用的蒸汽量12。根据热水温度的偏离值，通过相应机构来改变蒸汽量，以 调节水温保持在期望值，这一部分属于按偏差控制。热水的流量是热交换的负载， 它是这个系统的主要扰动。热交换过程包含时间延迟，使得扰动（流量）的变化 不能立
8、刻在输出端上感受到，需要经过一定的延迟时间才出现温度偏差信号并产 生控制作用，因此仅采用偏差控制常会导致过大的温度瞬态误差。采用流量计测 出热水流量，同时按扰动控制方式来改变蒸汽量，实现复合控制，就能大大减小 温度的瞬态误差。按偏差控制是闭环控制，按扰动控制是开环控制，所以复 合控制又称开环-闭环控制。复合控制系统的稳定性只由偏差控制回路所决定， 其分析方法同于反馈控制系统。3.4控制系统仿真研究控制系统仿真是以控制系统的数学模型为基础，用数学模型代替实际系统， 用计算机作为主要工具，对控制系统进行研究和试验的一种方法Ml。控制系统 仿真研究一般是在仿真器上进行的，他比实际物理系统的仿真简单，
9、成本低，更 为灵活，方便，更安全，因此成为控制系统研究的主要方法之一。MATLAB作为世界上应用最广泛的工程计算软件，能够进行科学的计算， 本文中对单回路，串级控制系统的仿真研究将在MATLAB上进行。控制系统的分析一般从控制系统的稳定性分析，时域分析，频域分析和根轨 迹分析对系统性能分析，并在分析结果的基础上给系统设计控制器，改善系统的 性能。在此本文中将讨论单回路调节系统在仿真中的应用，串级控制系统在过程控 制仿真中的应用，以及复合控制系统的应用实例。4.总结本文介绍了单回路，串级和复合控制系统的特性和特点。并用MATLAB进 行单回路，串级控制系统的仿真应用。通过完成以上的研究和分析，我
10、相信能对过程控制的相关内容有较为全面的 学习和认识，并能在完成论文的过程中不断提升自己，完善自己，锻炼自己，同时为未来的工作打下良好的基础。5参考文献1 贾长武，王曾福，张大风.330MW机组重要热工控制信号、回路优化与改进 J.吉林电力，2009, 4:45-46.2 刘迪，刘孝磊，张海鹰，王晶串级控制系统在电机控制中的仿真研究J. 船电技术,2010,30(2):40-42.3 路桂杰.单回路控制系统在电锅炉中的应用J.炼油与化工,2010,2:49-534 薛文栋电厂热工控制系统中DCS的应用探析J.科技创新与应用，2012, 34:19.5 张晶制冷器单回路温控系统PID调节器的设计J
11、.西安航空技术高等专 科学校学报，2012,30(3):63-65.6 霍裕禄.浅谈单回路控制系统J.承钢技术,1997,1:43-45.7 詹悦.重钢焦化厂5#、6#焦炉加热串级控制系统的优化J.自动化与仪器 仪表,2013,4:196-200.8 罗邕生.基于西门子S7-200PLC的液位串级控制系统J.国西部科技,201 0,9(25):04-05.9 张希文，李志清，金元，乐柱.沾化发电厂协调控制系统及投用J.山东 电力技术，2003,3:75-78.10 刘克雅.电厂中的前馈一一串级复合控制系统简析J.核工业自动化,2004, 2:28-33.11 姜淑华.控制系统仿真实验改革的探讨J.教育与职业,2011,26:160-161.12 程来星，刘宁.一种单回路控制器的设计J.黑龙江科技信息,2012,26:3.13 李学明，刘吉臻，李志军，朱广华，李军.过热蒸汽温度控制系统优化J. 热力发电,2004,5:42-43.14 谷俊杰，李建强，高大明，牛成林.热工控制系统M.中国电出版社,2 011.15 李宜达.控制系统设计与仿真M.清华大学出版社,2004.
