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1、过程控制课程设计题目:一班1题：煤气炉温度控制班级:测控一班学号:姓 名：同组人员： 王敏骆永娟 葛子寒 李玉萍任课教师： 张虹完成时间：目录一、设计任务及要求.2二、被控对数学模型建模及对象特性分析 .32.1对象数学模型的计算及仿真验证32.2对象特性分析6三、控制系统设计 .63.1基本控制方案.63.2控制仪表选型.93.3参数整定计算.103.4控制系统 MATLAB仿真 .113.5仿真结果分析 .123.6 控制系统组态 .12四、设计总结12一、设计任务及要求煤气炉的供气阀门开度变化u 20%、持续t 1min后结束，若炉温度控制系统的正常工作点为450C，记录炉内温度变化数据
2、如下表，试根据实验数据设计 一个超调量p 30%的无差温度控制系统。t(mi n)0123456789102.57.518.414.59.67.45.8C05015210012000t(mi n)1112131415161718192021(c4.53.73.02.31.71.200.800.50.40.20.1)000000000具体设计要求如下：(1) 根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的模型；(2) 根据辨识结果设计符合要求的控制系统(给出带控制点的控制流程图,控制系统原理图等，选择控制规律)；(3) 根据设计方案选择相应的控制仪表(DDZ-川)，绘制原理接线图;(4) 对设计系统进
3、行仿真设计，首先按对象特性法求出整定参数，然后按 4:1衰减曲线法整定运行参数。(5) 用MCGS进行组态设计。、被控对数学模型建模及对象特性分析1.1对象数学模型的计算及仿真验证根据矩形脉冲响应数据，得到阶跃响应数据y，并进行相应的归一化处理,则得单位阶跃响应数据y*，如下表：t(mi n)01234567891002.557.50152118.4014.50129.607.405.80y02.5510.0525.0546.0564.4578.9590.95100.55107.95113.75y*00.020.080.190.350.490.600.690.760.820.86t(mi n)
4、11121314151617181920214.503.703.002.301.701.200.800.500.400.200.10y118.25121.95124.95127.25128.95130.15130.95131.45131.85132.05132.15y*0.890.920.950.960.980.980.990.991.001.001.00y( )132.15 0.1132.25clear;t=0:1:21yi=0 2.55 7.50 15 21 18.40 14.50 12 9.60 7.40 5.80 4.50 3.70 3.002.30 1.70 1.20 0.80 0.
5、50 0.40 0.20 0.10;y(1)=0;y_1=0;for k=1:22y(k)=yi(k)+y_1;y_1=y(k);endxs=(0:0.1:22);ys=in terp1(t,y,xs,spli ne );plot(xs,ys)hold onplot(t,yi)hold onyim=in terp1(t,yi,xs,spli ne);plot(xs,yim)gridfigureplot(xs,ys/(y(22)+0.1)grid取图中 y* (t1)=0.4,y*(t2)=0.8,可得 t1=4.4min=264s,t2=8.7min=522s;可以得对象的增益为K= 笋=6.
6、” /%)/ u20%由图知 t1/t2=4.4/8.7=0.500.46查表可知应使用三阶系统近似，根据公式3T= (264+522) /2.16=363.8sT=121.2sgp(s)YS6.61(121.2s 1)3(C%Trensfet FcndO Transfer Fcn11 Transfer Fcn12SG2p-&S-1.2对象特性分析由对象的传递函数可知，对象为有三阶惯性环节组成的自衡对象，无纯延迟。 对象的惯性时间常数很大， 对象采用单回路控制系统， 品质量提出的要求较高时，因此响应时间很长。惯性时间常数相差大。假如被控 当对象的干扰变化比较剧烈、比较频繁或是工艺对产 采用单回
7、路控制的方法就不再有效，由于被控对象传递函数为Gp(s)6.613 ,其中T 121.2s，如果用单回路无法完成控制系(121.2s 1)统的有效调节，可以采用串级系统，在单控制系统的回路中引入一个副回路。三、控制系统设计3.1基本控制方案因为煤气炉有炉温和炉内温度，炉温比炉内料温高很多，炉温对料温影 响产生影响该系统要求无差控制，因此要选择 PI控制，又由于是温度控制，为慢对 象，因此要加入D控制，最后内回路选择 PD控制，外回路选择PID控制。对各控制系统进行比较：单回路控制系统单回路控制系统流程图：广、TT1TC1单回路控制系统原理图对各部分进行设计：450度为工作点，设计仪表应使450
8、度在约三分之 二处，所以范围应是320到520.变送器传函：Gm(s)20 40.08(mA/ C)520 320调节阀传函：c100%0%cGv6.25(%/ mA)20 4r(t)串级系统:串级控制系统流程图:单回路控制系统原理接线图串级控制系统原理图:Gf2(s)Gf1(s)Y(t)对各部分进行设计: 之二处，所以范围应是 范围是800到110度。变送器传函：Gm2(s)主回路450度为工作点，设计仪表应使450度在。三分320到520.副回路代表炉温，大约为1000度，设计表的20 40.64(mA/ C)1000 800副回路为一阶，把Kc分为3和2.2, 3在副回路。先调节副回路P
9、D。，再调主回 路 PID。之后调主回路的PID。使曲线满足题目要求。 串级控制系统原理接线图：可以看出串级的调节时间比单回路短，系统较稳定，超调较小。因此选用串级电路。两者与给定的原对象对比图：在串级中三种扰动对曲线的影响3.2控制仪表选型温度变送器：被控对象主回路输出稳态值要求为450 ，仪表量程选择320 520 C，选择WRFB型一体化温度变送器:型号WRFB分度号J温度范围33 3 C 750C在副回路中温度大概在1000度左右， 选择WRFB型一体化温度变送器，范围为800到1100,选用型号WRNB分度号J温度范围333 C 1200CPID控制器：选用XM708智能PID调节器
10、调节阀：选用高温蝶形阀，3.3参数整定计算1、副回路整定：将主调节器Kp1设为1， KI1和Kd1设为0，副调器Kp2设为1， K|2 0和Td2 5， 逐步调整Kp2，在调PD时先调比例，使比例与输入电流接近 1.后调微分K设置 为8，使调节时间比对象函数的图像短，Td设置为101，如图：将副调节器K设置为8, Td设置为101，主回路加入PID，设置Kpi 0.1 , K11 0.01 , Kdi 101，逐步调节 Kpi、Kii、Kdi 的值，使输出符合要求，此时的Kp1 0.07,K|0.03,Td 150。3.5仿真结果分析与单回路相比串级系统的工作效率较高。选择炉壁的温度为副控回路的检测 对象，而选择炉内物质的温度为主控回路的检测对象， 因为副控回路能增强系统 的快速性，所以选择变化最快的温度量作为其检测量。从整体上看，串级控制系统在结构上增加了一个随动的副回路，因为串级系统可以有效地克服二次扰动， 改善了对象的动态特性并具有一定的自适应能力。因此，对于较为复杂的系统或时间常数较大的系统中，采用串级系统能达到更好的控制效果。四、设计总结经过此次课程设计，几天的实验加调试是我比从前更加深入的了解了控制 系统的经过，提高了我的专业知识水平。使我更明白作为工程人员需要的耐心跟 细致。即使如此还有很多地方需要加强和改善。对干扰的对比等。
