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1、实用标准过程控制课程设计题目:燃油加热炉温度控制系统班学姓级：号：名：同组人员：任课教帅：张虹完成时间：2013年10月30日3二、被-2.12.2三、控控对数对象对制学模型建3数学模型3象系模及的计特5统对算性象及特仿设性分析证析计真分验-3.1-5基本控制方案-3.2-5控制仪表选型-3.3-9参数整定计算-3.4-3.510控制系真统-10结MATLAB果仿分真析-四11、设计总结12文案大全一、设计任务及要求1.在模壳浇铸、焙烧时常用燃油炉，烧制过程中需要对温度加以控制，对一个燃油炉装置进行如下实验，在温度控制稳定到500C时，在开环状态下将执行器的输入燃油流量增加大约25%,即&q=
2、1.2T/h，持续At=100s后结束,等间隔At=100s记录炉内温度变化数据如下表，试根据实验数据设计一个超调量既壬20%的无差温度控制系统。t(点)0123456789101.42.01.61.41.10.90.80.60.5A8C00.5478179164t(点)11121314151617181920210.40.30.30.20.20.10.00.00.00.00.0(C)59371596310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；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)；画出控制系统SAM/0
3、;(2) 根据设计方案选择相应的控制仪表(DDZ亚)，绘制原理接线图；对设计系统进行仿真设计，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。(3) 用MCGSS行组态设计。、被控对数学模型建模及对象特性分析2.1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，并进行相应的归一化处理，得:表2t(s)01002003004005006007008009001000ec00.51.442.071.681.411.170.990.810.660.54y00.51.944.015.677.188.359.3410.1510.8111.35y*00.0370.14
4、50.3000.4250.5380.6260.7000.7610.8100.851t(s)11001200130014001500160017001800190020002100A6C0.450.390.330.270.210.150.090.060.030.010.00y11.8012.1912.5212.7913.0013.1513.2413.3013.3313.3413.34y*0.8840.9140.9380.9580.9740.9860.9920.9970.9990.9991则y(Q=13.34K=y(Q/u=0.5336(C/%)Matlab画出图像：程序如下：clear;t=0:
5、100:2100;yi=00.51.442.071.681.411.170.990.810.660.540.450.390.330.270.210.150.090.060.030.010.00;ys=00.51.944.015.697.188.359.3410.1510.8111.3511.812.1912.5212.791313.1513.2413.313.3313.3413.34;ym=00.0370.1450.3000.4250.5380.6260.7000.7610.8100.8510.8840.9140.9380.9580.9740.9860.9920.9970.99911plot(
6、t,yi);%画出脉冲响应曲线holdon;plot(t,ys);%B出单位阶跃响应曲线holdon;gridon;figure;plot(t,ym);%B出归一化阶跃响应输出曲线gridon;2500脉冲响应及阶跃响应输出曲线v-qnnY:0.81.X400Y:0.4250.90.80.70.60.50.40.30.20.1500100015002000归一化输出曲线从图中取y*(t1)=0.4,y*(t2)=0.8,得:t1=382s,t2=882s因为t1/t2=0.4330.46,所以选用2阶传函乂因为：TT2一t1c、亍1,、(52厂(1.气一0.55)丁26(求得T1=166s,T
7、2=419s得到对象传递函数为：-对象仿真图如下:2.2对象特性分析为二阶自衡对象，没有纯延退环节。自衡率P=1=1.88,响应速度&=0.0021,KT三、控制系统设计3.1基本控制方案从设计的简约性和实用性考虑，首先考虑单回路的控制方法，由丁对象的容量较大，而炉内温度的测量较难，所以单回路的控制方法难以得到较好的效果，所以经过仔细比较，最终决定采用虽然复杂一些，但是控制效果更好的申级控制方法。为了更好的反应申级方式相对丁单回路的优点，小组决定用两种控制方法都试验一下，用事实说话。(1)首先采用单回路控制方法,考虑到系统的速度和稳定性的要求,选用PID控制规律。单回路系统控制原理图如下根据对
8、象特性整定参数（采用齐勒格-尼克尔整定方法）变送器增益:调节阀增益：G,=100%一0%=6.25(%/mA)20-4得广义对象传函:根据广义对象画出输出曲线见图5,程序：clc;K0=0.16;num=K0;den=conv(419,1,166,1);G0=tf(num,den);step(G0);k=dcgain(G0);StepResponse0.16.:0.140.120.1-LeP0.08mAf0.06-0.040.02f0111111050010001500200025003000Time(sec)读图可知：r=60,T=700最终整定参数如下：a=0.85T=0.112;kc=J
9、；Ti=2r=120;Td=0.5r=30;参数带入PID控制器之后震荡剧烈，稳定性差，所以kc减小，适当增加Td,经过多次调节之后取kc=3,Ti=120,Td=200;SIMULINK真图(带扰动)如下:很明显，调节速度慢，而且超调过大，所以舍弃这种方法。(2)申级控制方式：1. 扰动分析：燃料：压力、流量、成分和热值等原料：进料量、进料温度若炉内温度作为副被调量，拥有客服克燃料油影响，如温度、成分等，其所届扰动包含了较多扰动，即可能多的扰动可进入副回路。申级控制系统中，由丁引进了副回路，不仅能迅速克服作用丁副回路内的干扰，也能加速克服主回路的干扰。副回路具有先调、初调、快调的特点；主回路
10、具有后调、细调、慢调的特点，对副回路没有完全克服干扰的影响能彻底加以消除。2. 在申级控制系统中，主、副调节器所起的作用不同。主调节器起定值控制作用,副调节器起随动控制作用，这是选择调节器规律的基本出发点。在燃油炉温度申级控制系统中，我们选择原料油出口温度为主要被控参数，选择炉壁温度为副调参数。由丁原料油温度影响产品生产质量，工艺要求严格，乂因为加热炉申级控制系统有较大容量滞后，所以，主回路选择PID调节作为主调节器的控制规律，而副回路由丁考虑稳定性的原因，考虑用P控制规律。3. 调节阀：从安全考虑，选气开，K为正副对象：调节阀开，炉膛温度升高，K2为正副调节器：K2为正，即反作用调节器主对象
11、：炉温升高，出口温度升高，隐为正主调节器：Ki为正，即反作用调节器K2为正，切主调时主调不改变作用方式控制流程图i.tlZ华Jh5、WlJPA,保泞_一W啪.旭小中5rkM/N/亍学：Jj担改盘r利/崎收帼*3.2控制仪表选型温度变送器变送器选用DDZ-川控制仪表。在主回路的对象为原料油出口温度，约为500度，故所设计的的范围为420度到750度。副对象为炉膛温度比较高，故所选的变化的范围600度到1000主回路的变送器传函:副回路的变送器传函根据设计要求变送器检测温度范围较大，选择NHR-M3留能温度变送器，测量范围为01300C。*9”单通道、戏通道O热龟阻、菸电偶、分伏输j入。莫职里、R
12、S-485、销龟器捕点落号犒出*输入/输出/电源三隔枣”俺输精度0.戚。模块化设讦，体极小，功耗低。全智能，数字化，可漏程5答淮子可常电插拔，便于艾装、箱护*。标邃的：35mD1N导轨卡式安装。控制器要求具有PID调节功能，选择HR-WP莫糊PID自整定调节器原理接线图1. 阀门的选择由丁燃油具有较强的腐蚀性，里面的残渣比较多，而且由丁安全性的要求，所以，经过比较最终决定选择气动蝶阀，最大流量大丁4.8t每小时。3.3参数整定由上面讨论可知主回路选用PID控制，副回路选用P控制，所以参数整定如下：1. 副回路参数整定调节副环。将主调节器Kpi设为1,Kii和Kdi设为0,副调器Kp2设为1逐步
13、调节副回路的kc。.此时经过微小调整得到副回路P控制器Kc2=6.2、主回路整定：将副调节器Kc2=6,主回路加入PID，逐步调节Kci、Tii、Tdi的值，使输出符合要求，记下此时的，3.4Simulink仿真图（带扰动）如下:分析：经过改进，申级控制系统的超调量只有约为3%符合控制要求，并且调节时间也有很大程度上改善，通过与单回路PID控制对比可以发现系统的动态特有很大改善。扰动分析：从图中可以看出，在2500s时分别加入幅值为2的干扰信号，申级控制对扰动有很强的抗干扰能力。相比较上图的单回路抗扰动输出，乂可以看出的申级控制的优越性。3.5仿真结果分析通过仿真结果可以看到，申级控制系统可以跟好的实现工程要求，有效克服扰动，很好的实现了系统的稳定性。申级控制系统中增加了一个包含二次扰动的副回路，使系统改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率；对二次扰动有很强的克服能力；提高了对一次扰动的克服能力和对回路参数变化的自适应能力。综上所
