煤气炉温度控制.doc

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、持续后结束，若炉温度控制系统的正常工作点为450，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的无差温度控制系统。t(min)01234567891002.557.50152118.4014.50129.607.405.80t(min)1112131415161718192021()4.503.703.002.301.701.200.800.500.400.200.10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-），绘制原理接线图；（4） 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。（5） 用MCGS进行组态设计。二、 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(min)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(min)11121314151617181920214.503.703.002.301.701.200.800.500.400.200.10y118.25121.95124.95127.25128.95130.15130.95131.45131.85132.05132.15y*0.890.920.950.960.980.980.990.991.001.001.00用matlab软件，通过给定的举行脉冲响应求对象的阶跃响应，clear;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 3.00. 2.30 1.70 1.20 0.80 0.50 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=interp1(t,y,xs,spline);plot(xs,ys)hold onplot(t,yi)hold onyim=interp1(t,yi,xs,spline);plot(xs,yim)gridfigureplot(xs,ys/(y(22)+0.1)grid将阶跃函数曲线归一化，得到单位阶跃响应如图：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= =6.61（/）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=121.2s (/）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，因此响应时间很长。惯性时间常数相差大。假如被控对象采用单回路控制系统，当对象的干扰变化比较剧烈、比较频繁或是工艺对产品质量提出的要求较高时，采用单回路控制的方法就不再有效，由于被控对象传递函数为，其中，如果用单回路无法完成控制系统的有效调节，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：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度在约三分之二处，所以范围应是320到520.变送器传函： 调节阀传函：单回路控制系统原理接线图:串级系统：串级控制系统流程图：串级控制系统原理图：对各部分进行设计：主回路450度为工作点，设计仪表应使450度在。三分之二处，所以范围应是320到520.副回路代表炉温，大约为1000度，设计表的范围是800到110度。变送器传函： 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PD。，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，选择WRFB型一体化温度变送器：型号WRFB分度号J温度范围 333750在副回路中温度大概在1000度左右，范围为800到1100，选用选择WRFB型一体化温度变送器，型号WRNB分度号J温度范围 3331200PID控制器：选用XM708智能PID调节器。调节阀：选用高温蝶形阀， 3.3 参数整定计算1、副回路整定：将主调节器设为1，和设为0，副调器设为1，和，逐步调整，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，设置为101，如图：将副调节器K设置为8，设置为101，主回路加入PID，设置，逐步调节、的值，使输出符合要求，此时的。3.4 控制系统MATLAB仿真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