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1、4怎夬李臧市科啟修配CITY COLLEGE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY,CHONGQING UNIVERSITY课题：管式换热器恒温控制系统设计专业：电气工程及其自动化班级：学号：姓名：指导教师：设计日期：成绩：重庆大学城市首动化仪表与过程控制课自程设计控制课程设计一、设计目的自动化仪表与过程控制课程设计是电气工程专业一项重要的实践性教育环 节，是学生在校期间必须接受的一项工程训练。以期通过该课程设计加强学生如 下能力的培养：1、提高学生对所学自动化仪表和过程控制的原理、结构、特性的认识和理 解，加深对所学知识的巩固和融会贯通。2、针对一个小型课题的设计开发，培养学生
2、查阅参考书籍资料的自学能力， 通过独立思考，学会分析问题的方法。3、综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力。4、培养学生严谨的工作作风，相互合作的团队精神，提高其综合素质，获 得初级工程应用经验，为将来从事专业工作建立基础。二、设计内容与要求1、查阅资料，深入掌握过程的工作原理及控制要求，绘制出生产过程工艺 流程图。2、设计控制方案。(1) 根据对象特性及控制要求，完成控制变量的选择、控制结构选择、控制仪表选择等方案设计。(2) 绘制完整的系统工艺流程图，按工程要求标注所有仪表和变量。3、采用 MATLAB/Simulink 工具，完成系统仿真，验证以下内容：(1) 系统跟踪能力、
3、抗干扰能力的仿真。(2) 控制器参数整定过程。4、节流装置和调节阀的计算。根据工艺数据和有关计算方法进行计算，分别列出仪表数据表中调节阀 及节流装置计算数据表与结果。5、设计控制程序：反馈控制可采用PID控制，前馈控制可采用比例控制， 被控过程可采用一阶惯性环节。6、整个工程设计工作基本完成后，要对所有设计文件进行整理，并编制设 计文件目录。并对设计思想、方案确定、仿真过程及结果分析，组态设计等作出 说明；对所完成的设计作出评价，对自己整个设计工作中的经验教训进行总结。三、设计过程1. 控制方案的确定1.1 恒温控制系统生产工艺要求在工业生产用，往往需要对液体进行温度控制。图 2-1 是管式换
4、热器恒温控 制系统的结构图。其工艺要求用蒸汽将进入其中的冷水加热到一定温度，并将热水温度维持在一定范围内（-1。C AT 0.02MPa 时，阀由关闭状态逐渐打开；气关则相反， 即当气压信号 p0.02MPa 时，阀由全开状态逐渐关闭。由于执行机构有正、反作用两种方式，阀体也有正、反两种形式。所以，执 行期的“气开”、“气关”有四种构成方式，如图 3-1 所示：图 3-1 气开、气关示意图 调节阀的气开、气关选择，主要从工艺生产的安全来考虑。换句话说，当发 生断电或其他故障引起控制信号中断是，执行器的工作状态应避免损坏设备和伤 害操作人员。对于本系统，当控制信号为零时，要求蒸汽的进入量亦为零，
5、避免当控制信 号中断时，换热器由于进入的热蒸汽使其温度过高而发生事故。故调节阀应选用 气开式调节阀。2.2.2 调节阀的流量特性调节阀的流量特性是指流体通过阀门的相对流量与阀门的相对开度 数学表达式为q _ f （1、qf l 刃max2.2.3 调节阀的理想流量特性理想流量特性是指调节阀前后压差保持不变时得到的流量特性 （1）直线流量特性：指流过调节阀的相对流量与阀门的相对开度成直线关系， 即阀杆单位行程变化所引起的流量变化是常数。其数学表达式为rmaxr 二 k1丿max（2）对数流量特性（等百分比）流量特性是指单位行程变化所引起的相对流量 变化与该点的相对流量成正比关系，其数学表达式为：
6、（d、q T d丿=K1丄=KqVmaxmaxl 1 max 丿 （3）快开流量特性是在小开度时，就有较大流量，随着开度的增加，流量很快 就增加到最大，此后再增加开度，流量的变化很小。其数学表达式为：（丄 qmaxp11丿max综合以上调节阀的流量特性分析可知，选用对数流量特性的调节阀更为适宜2.3 调节器的选择-=k 2(-iq 105，所以有1C（1+严）在图3-3所示电路中，设R3 = R4 = 10K , R1 = R2 = 4 R3,则用理想放大器的分析方法可得：V 二 2RV-RbR + V 二 1V + 4 X 24VT R + R 2 B 5 B 532V - V V - V - V V - V - V矢 F二B二B14(3-4)由式（3-4）中的第二式可得4 V + 1(V + V)5 f 5 Bo 33-5)根据VV、式（3-4）中的第一式和式（3-5）可得TfV 二 24V -1Vf4 o 33-6)又直接从图中可知V 二 24V 一 I
