《过程控制技术》课程设计-锅炉内胆水温与进水流量的前反馈控制系统与仿真3

1、设计任务表过程控制技术课程设计设计标题：锅炉内壁和进水的前反馈控制系统和模拟大学：传记机械工程学院学号：专业(方向)年级：14级传记工程学科和自动化学生名称：福建农林大学机械工程学院电气工程系2017年七月一日过程控制技术课程设计挑战整体设计加扣30122505821、设计标题锅炉内壁和进水的前馈反馈控制系统及模拟2、主要内容1.以THJ-3高级过程控制实验对象系统的锅炉内淡水温和流入量为研究对象，设计了以流入量为主要扰动的合理控制方案。使用MATLAB的曲线拟合方法，分别求出系统系统上水箱和下水箱的传递函数。2.利用MATLAB的Simulink构建双坦克PID控制系统，采用单回路控制方案和

2、级联控制方案。3.分别调整两个茄子控制方案的控制器的PID参数，提供调整后的相位响应曲线，并进行分析，得出结论。三、设计要求1、分析了控制系统各部分的动态特性，建立了控制对象的数学模型。2、根据数学模式选择控制方案。3、在Matlab中构建和模拟模型，设置调节器参数4、根据调谐参数推导控制效果曲线，比较分析结果，得出结论。四、设计阶段1.查找资料，了解和分析主题所需的具体工程项目控制的过程。2、设计实验方案，提供实验接线图。得到对象的数学模型。3、Matlab中的模型构建和模拟、模拟曲线分析、结论4、填写设计手册。五、设计手册要求1、完整的设计任务书。2、查找文献资料，说明设计的目的和意义。3

3、、介绍控制对象、选择控制方案(选择控制参数、选择控制参数、选择测量变送器、选择执行器、选择控制器、选择控制规则等)、提供实验线路。5、建立受控数学模型。6、构建和模拟Matlab模型。7、结论。8、设计经验(可选)。9、工具书。2017年七月一日至2017年七月七日(一周)导师设计指南过程控制技术课程设计设计标题：锅炉内壁和进水的前反馈控制系统和模拟大学：传记机械工程学院学号：专业(方向)年级：14级传记工程学科和自动化学生名称：福建农林大学机械工程学院电气工程系2017年七月七日目录目录41、设计工作分析51.1背景51.2设计内容和目的62、控制系统总体节目设计62.1锅炉胆汁水温和流入控

4、制系统对象简介62.2控制系统节目选择62.1.3控制参数和控制参数选择62.1.3选择测量发射器72.1.3选择执行器72.1.3选择控制器73、建立控制对象的数学模型83.1介绍控制对象的数学模型制定方法83.2建立受控目标的数学模型94、Matlab模型构建和模拟94.1在Matlab中构建模型94.2控制器参数调整94.2.1临界比例设置方法94.2调谐后的步长响应曲线105、结论116、经验11工具书131、分析设计工作1.1背景流程控制是对影响流程条件、流程和情况的变量进行操作，以实现所需的目标。在石油生产、加工、化学、热、材料和轻工业等产业领域，以温度、水位、流量、压力等为主要控

5、制对象的系统称为“过程控制”。过程控制不仅在传统产业改造的过程控制方面起着非常重要的作用，对提高产品质量、原材料和节约能源、生态环境保护、减少环境污染、提高经济效益和劳动效率的影响也很大。目前过程控制已在我国新建的大规模复杂的工业农业生产过程中占有十分重要的地位。产业技术的更新，特别是半导体技术、微电子技术、电脑技术、网络技术的发展，自动化仪表已经进入了电脑控制设备时代。在石油、化学、制药、热、材料和轻工业领域，分类为温度、流量、水平、压力和主要控制变量的控制系统称为“流程控制”系统。工程控制不仅在传统工业改造中起到了提高质量、节约原材料、减少节约能源、减少环境污染等非常重要的作用，而且成为新

6、建设规模大、结构复杂的工业生产过程中不可缺少的渡边杏部分。随着电脑控制装置在控制仪表的基础上的发展，自动化控制手段也越来越丰富。包括在产业领域广泛使用的智能数字仪表控制系统、智能仪表电脑配置软件控制系统、电脑DDC控制系统、PLC控制系统、DCS分布式分布式分布式控制系统、FCS现场巴士控制系统等。在现代工业生产中，过程控制技术在实现各种最佳技术经济指标、提高经济效果和劳动生产效率、改善劳动条件、保护生态环境方面发挥着越来越大的作用。前馈控制系统是由输入或扰动信号的直接控制组成的开环控制系统。由输入或扰动信号的直接控制作用组成的开环控制系统。基于输入或扰动的开环控制通常与基于偏差的闭环控制一起

7、构成称为复合控制系统的反馈-前馈控制系统。根据偏差确定控制作用，使输出量保持期望值的反馈控制系统，对于落后大的控制对象，反馈控制作用不会及时影响系统输出，从而导致输出量的大波动，直接影响控制质量。如果产生大功率波动的主要扰动参数是可测量和可控制的，则可以在反馈控制的同时利用扰动信号直接控制输出(实现字典供应控制)。配置复合控制可以快速有效地补偿扰动对整个系统的影响，提高控制精度。根据扰动信号实现前馈控制的这种方法称为扰动控制，根据不变性原理，可以从理论上完全消除主扰动对系统输出的影响。1.2设计内容和目的1.以THJ-2高级过程控制实验对象系统的锅炉内淡水温和流入量为研究对象，设计了以流入量为

8、主要扰动的合理控制方案。使用MATLAB的曲线拟合方法，分别求出系统系统的子罐级传输函数和入口流是主要扰动的传输函数。2.利用MATLAB的Simulink构建锅炉内淡水温和流入流量全液反馈控制系统。3、调整曹征控制器的PID参数，提供调谐的相位响应曲线，并进行分析得出结论。(流入流是主要干扰)2、控制系统总体节目设计2.1锅炉内淡水温和进水控制系统对象简介模拟锅炉：利用传记加热管加热的常压锅炉，加热层(锅炉内壁)和冷却层(锅炉卡箍)均可精炼为不锈钢，进行温度实验。进行温度实验时，冷却层的循环水可以快速释放加热层的热量，从而快速降低加热层的温度。冷却层和加热层都由温度传感器检测温度，进行温度设

9、置控制、串行控制、前馈-反馈控制、解耦控制等实验。2.2控制系统节目选择选择方案包括选择受控参数、选择控制参数、选择测量变送器、选择执行器、选择控制器、选择控制规则等2.1.3选择控制参数和控制参数控制参数的选择是控制系统的核心问题，控制参数选择的正确性是决定控制系统价值的关键。希望在任何控制系统中都能始终发挥稳定生产运营、提高产品产量、确保生产安全、改善劳动条件等作用。如果控制变量学不合适，再好的自动化仪表，复杂、先进的控制规律也没有用，不能达到预期的控制效果。对于锅炉内壁温度和进水流量控制系统，其控制变量很明显。锅炉内壁水温是其控制参数，进水流量是控制参数。2.1.3选择测量发射器温度传感

10、器：安装了6个Pt100热阻温度传感器，用于检测锅炉内壁、锅炉夹、线圈(包括3个测试点)和水箱出口的水温。Pt100温度测量范围：-200 420 。通过调节器的温度变送器可以将温度信号转换为4 20ma直流电流信号。Pt100传感器准确度高，热补偿性好。流量传感器，变送器：三个涡轮流量计分别用于检测由传记调节阀控制的功率分支、由变频器控制的功率分支和线圈出口的流量。它的优点是测量精度高，反应快。采用标准二线制传输方式，工作时需要提供24V直流电源。流量范围：0 1.2m3/h；准确度：1.0%；输出：4-20米ADC。2.1.3选择执行器1.传记调节阀：使用智能直线行程传记调节阀调节控制电路

11、的流量。传记控制阀模型为QSVP-16K。具有高精度、先进技术、紧凑、轻便、推进力、强大功能、控制装置和传记执行器集成、可靠性、操作方便等优点。电源供应器为单相220V，控制讯号为4至20madc或1至5vdc，输出为4至20madc2.螺线管阀：在牙齿装置中充当传记调节阀的旁路步骤干涉。螺线管阀门型号：2w-160-25；工作压力：最小压力为0千克/2，最大压力为7千克/2；工作温度：-5 80；工作电压：24VDC。3.三相加热管：由3个1.5千瓦传记加热管星组成，用于加热锅炉内壁内的水，每个加热管的电阻值约为50。2.1.3选择控制器控制器是控制系统的关键组件，通过比较安装在生产现场的测

12、量传输设备发送的测量信号和设定值，产生偏差。此外，可以根据预置的控制法则对牙齿偏差进行预算，并创建输出模型，以操纵执行器来控制受控变量。(威廉莎士比亚，控制，控制，控制，控制，控制，控制，控制，控制，控制，控制，控制)选择PID控制器，相应的控制规则：理想比例积分微分控制规则PID的表达式：微分作用对克服容量延迟有很大的效果，但对克服先后没有帮助。在比例作用的基础上，添加微分作用可以提高系统的稳定性，添加积分作用可以消除残差。因此，通过适当的曹征、IT、DT三个茄子参数，可以提高控制系统的控制质量。PID控制规律集中了三种茄子控制作用的优点，可以快速控制，消除偏差，还可以根据控制变量的变化趋势

13、做超前动作，控制性能好，在实际应用中得到了广泛的应用。(大卫亚设，美国电视电视剧，控制，控制，控制，控制)3、建立受控目标的数学模型3.1控制对象的数学模型制定方法简介锅炉内壁温度控制在工业现场具有重要的现实意义。牙齿文章以锅炉内壁为起诉对象，以内壁水温为系统的控制量。以锅炉内胆的水温稳定值为定量，以钚电阻检测到的锅炉内胆温度信号为反馈信号，与定量比较的差异通过调节器控制三相调节模块的输出电压(即三相加热管的末端电压)，达到控制锅炉内胆温度的目的。锅炉耐海水温度控制系统的结构图见图A。图a要对牙齿对象进行更好的电脑控制，需要创建受控对象的数学模型。锅炉水温是自平衡系统。根据牙齿特性，采用实验法

14、人阶段响应曲线法对温度箱系统进行了建模。被起诉过程的输入量是第一阶段的变化。根据系统的开环响应曲线，锅炉内淡水温控制系统是具有一定延迟的非线性一阶惯性环，如图B所示。图b3.2建立受控目标的数学模型设备问题，老师根据周迅数学模型使用4、Matlab模型构建和模拟4.1构建Matlab模型4.2控制器参数调整4.2.1临界比例设置方法临界缩放法图3-4周期TS的等宽振动牙齿调谐方法在闭环条件下进行。通过设置TI=，TD=0，使调节器在纯比例下工作，显着降低倍率，以使系统的输出响应指示相同的振幅，如图3-4所示。根据临界比K和振动周期TS，根据表3-2中列出的经验方程，求出调节器的参考参数值。牙齿

15、曹征方法以4: 1衰减为目标。表3-2临界比例法调谐调节器参数调节器参数调节器名称t(s)TD(S)P.2kPI2.2kTS/1.2PID1.6k0.5TS0.125TS4.2调谐后的阶跃响应曲线未添加前馈阶段响应曲线。添加前馈步进响应曲线5、结论将前馈阶段响应曲线与未添加前馈的阶段响应曲线进行比较，我们知道前馈可以提供预控制信号以补偿干扰，稳定输出，消除错误，但是，前馈控制是预测控制。通过对系统当前运行状态的了解，可以预测下一阶段的系统状态。不是所有碰撞都可以预测，因为不是所有对象都能获得正确的模型。此时需要添加反馈，反馈的特点是根据偏差控制输入，而不管对象的模型如何，也不管外部的干涉。如果存在偏差，根据偏差进