自动化仪表与过程控制课程大作业20231

本文格式为Word版，下载可任意编辑——自动化仪表与过程控制课程大作业20231自动化仪表与过程控制课程大作业

1、（15分）如下图为加热炉的两种控制方案。试分别画出（a）、（b）所示两种状况的方框图，说明其调理过程并比较这两种控制方案的特点。

（1）系统框图

(a)

(b)

（2）调理过程

1）(a)图加热炉的串级控制系统的调理过程：

①燃料油物料的流量和初温变化f1(t)—二次扰动

扰动f1(t)先影响炉膛温度，于是副调理器马上发出校正信号，控制调理阀的开度，改变燃料油量，

战胜上述干扰对炉膛温度的影响。假使扰动量不大，经过副调理器的及时控制一般不影响炉膛的温度；假使扰动的幅值较大，虽然经过副调理器的及时校正，仍影响炉膛温度，此时在由主调理器进一步调理，从而完全战胜上述扰动，使炉膛温度调到给定值上来。

②原油压力、热值变化f2(t)和烟筒抽力变化f3(t)—一次扰动

扰动f2(t)和f3(t)使炉膛温度变化时，主调理器产生校正作用，战胜f2(t)和f3(t)对炉膛温度

的影响。由于副回路的存在加快了校正作用，使扰动对炉膛温度的影响比单回路系统时要小。

③一次扰动和二次扰动同时存在

假设加热炉串级控制系统中调理阀为气开式，主、副调理器均为反作用。假使一、二次扰动的作

用使主、副被控参数同时增大或减少，主、副调理器对调理阀的控制方向是一致的，即大幅度关小或开大阀门，加强控制作用，使炉膛温度很快调回到给定值。假使一、二次扰动的作用使主、副被控参数一个增大，另一个减小，此时主、副调理器对调理阀的控制方向是相反的，调理阀的开度只要作较小变化即满足控制要求。

2）（b）图前馈-反馈控制系统调理过程：由于原油量经常发生变化，因而对此主要扰动进行前馈控制。前馈控制器将在原油量发生变化时及时产生控制作用。通过改变燃料量来消除原油量变化对炉膛温度的影响。同时反馈控制温度调理器获得温度变化的信号后，将依照一定的控制规律对燃料流量产生控制作用。两个控制通道作用叠加得结果将使炉膛温度回到给定值。在系统出现其他干扰时，如进料温度、燃料油压力等变化时，由于这些信息未被引入前馈补偿器，故只能依靠反馈调理器产生的控制作用战胜它们对被控温度的影响。

（3）控制方案的特点1）串级控制

①串级控制系统的主回路是定值控制系统，而副回路则为一个随动系统。②改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率。③对二次干扰有很强的战胜能力。

④提高了对一次扰动的战胜能力和对回路参数变化的自适应能力。

2）前馈-反馈系统

①前馈控制器是“基于扰动来消除扰动对被控量的影响〞，故前馈控制又称为“扰动补偿〞。②扰动发生后，前馈控制器“及时〞动作，对抑制被控量由于扰动引起的动、静态偏差比较有效。③前馈控制属于开环控制，所以只要系统中个环节是稳定的，则控制系统必然稳定。

④只适合有来战胜可测而不可控的扰动，而对系统中的其他扰动无抑制作用。因此，前馈控制具有指

定性补偿的局限性。

⑤前馈控制器的控制规律，取决于被控对象的特性。因此，往往控制规律比较繁杂。

2、（20分）（用MATLAB仿真实现）某液位控制系统，在控制阀开度增加10%后，液位的响应数据如下：

t(s)0100.8202.8304.5405.4505.9606.1706.2806.3906.31006.3h(mm)0假使用具有延迟的一阶惯性环节近似，确定其参数K,T和?，并根据这些参数整定PI控制器的参数，用仿真结果验证之。

(1)确定参数K、T、τ

静态放大系数K0?y(?)6.3??63x00.1t=[0102030405060708090100];

h=[00.82.84.55.45.96.16.26.36.36.3];plot(t,h);

xlabel('时间t(s)');ylabel('液位h(mm)');gridon;holdon;

为了计算便利，取y（t1）?0.39,y(t2)?0.63，则可得

??

t1?18.3,t2?26.8T0?2(t2?t1)?17

??2t1?t2?9.8

则过程传递函数w（?0s）63e?9.8s

17s?1（2）PI参数整定

由于

?T0?0.576?0.2，所以

???2.61T?0.08?1.1TTI?0.8T?13.6s则WC(s)?1(1????0.6

?113.6s?1)?TIs14.96s

3、（20分）某隧道窑系统，考虑将燃料室温度作为副变量，烧成温度为主变量，燃烧室温度为副变量的串级控制系统中主、副对象的传递函数Go1,Go2分别为：Go1(s)?G(s)?e1，其中有一个10s的传输延迟，其传递函数为dGo2(s)?(10s?1)(s?1)2?10s1(30s?1)，

。当延迟环节

分别放在主回路和副回路时，设计串级控制主、副PID控制器的参数，并绘制出整定后的阶跃响应曲线，分析二次扰动系统的影响。

由于主、副回路的时间常数比在3-10范围内，所以用逐步迫近法对副、主回路经行整定。副控制器为P调理，主控制器为PI调理。（1）延时单元在主回路

1）第一步，主回路开环，先整定副回路。按单回路方法整定副控制器，不断的试验，当Kc2=