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文檔簡(jiǎn)介
1、<p> 設(shè)計(jì)依據(jù)、要求及主要內(nèi)容:</p><p><b> 一、設(shè)計(jì)任務(wù) </b></p><p> 要求:選擇加熱爐出口溫度為主變量,爐膛溫度為副變量,設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)。</p><p> 假設(shè)熱物料出口溫度的特性可近似為,燃料熱值變化對(duì)爐膛溫度影響特性可近似為。</p><p><b&g
2、t; 二、設(shè)計(jì)要求:</b></p><p> 1) 選擇控制器與調(diào)節(jié)閥的作用方式;</p><p> 2)畫(huà)出控制系統(tǒng)框圖;</p><p> 3)采用兩步整定法整定主、副控制器PID的參數(shù)。求出比例度與衰減振蕩周期;</p><p> 4)按照經(jīng)驗(yàn)公式且適當(dāng)修正分別求得主、副控制器的最佳參數(shù)值;</p>
3、<p> 5)求出系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線;</p><p> 6)求出設(shè)定值位0時(shí),施加幅值為30%的一次階躍擾動(dòng)信號(hào),系統(tǒng)的輸出曲線;</p><p><b> 7)分析系統(tǒng)特點(diǎn)。</b></p><p><b> 三、設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p> 課程設(shè)計(jì)報(bào)告要做到層次清
4、晰,論述清楚,圖表正確,書(shū)寫工整;詳見(jiàn)“課程設(shè)計(jì)報(bào)告寫作要求”。</p><p><b> 四、參考資料</b></p><p> [1] 何衍慶.工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制(1版).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004</p><p> [2] 邵裕森.過(guò)程控制工程.北京:機(jī)械工業(yè)出版社2000</p><p> [3] 過(guò)程
5、控制教材</p><p> 指導(dǎo)教師(簽字): </p><p> 教研室主任(簽字): </p><p> 批準(zhǔn)日期: 年 月 日</p><p><b> 目 錄</b></p><p> 一、管式加熱
6、爐概述1</p><p> 1.1管式加熱爐在石油工業(yè)中的重要性1</p><p> 1.2管式加熱爐的基本構(gòu)成與組成1</p><p> 二、管式加熱爐溫度控制系統(tǒng)工作原理及控制要求1</p><p> 2.1 管式加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)工作原理1</p><p> 2.2 管式加熱爐出口溫度控制
7、系統(tǒng)控制要求1</p><p> 三、管式加熱爐出口溫度控系統(tǒng)工藝流程設(shè)計(jì)2</p><p> 3.1 管式加熱爐出口溫度影響因素的擾動(dòng)分析2</p><p> 3.2 管式加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)的工藝流程設(shè)計(jì)2</p><p> 四、管式加熱爐出口溫度控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)儀表的選型與連線圖3</p><p>
8、 4.1 控制系統(tǒng)中溫度檢測(cè)元件的選型3</p><p> 4.2 控制系統(tǒng)中變送器的選型3</p><p> 4.3 控制系統(tǒng)中執(zhí)行器(調(diào)節(jié)閥)的選型4</p><p> 4.4 控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器的選型5</p><p> 4.5 控制系統(tǒng)中的連鎖保護(hù)與接線圖5</p><p> 五、管式加熱爐
9、出口溫度串級(jí)控制系統(tǒng)分析6</p><p> 5.1 控制系統(tǒng)方框圖與工作過(guò)程6</p><p> 5.2 主、副調(diào)節(jié)器規(guī)律選擇7</p><p> 5.3 主、副調(diào)節(jié)器正反作用方式確定7</p><p> 5.4 控制器參數(shù)工程整定7</p><p> 六、管式加熱爐出口溫度串級(jí)控制系統(tǒng)的MAT
10、LAB Simulink仿真與分析8</p><p> 6.1傳遞函數(shù)的選擇8</p><p> 6.2系統(tǒng)的參數(shù)的選擇9</p><p> 6.3系統(tǒng)的仿真分析10</p><p><b> 七、設(shè)計(jì)體會(huì)12</b></p><p><b> 參考文獻(xiàn)13<
11、/b></p><p><b> 一、管式加熱爐概述</b></p><p> 1.1管式加熱爐在石油工業(yè)中的重要性</p><p> ?、偶訜釡囟雀撸ɑ鹧鏈囟?000℃以上),傳熱速率快。</p><p> ?、剖钦麄€(gè)石油加工和石油化工過(guò)程中能耗最大的設(shè)備之一。</p><p> ⑶
12、是控制運(yùn)轉(zhuǎn)周期及自動(dòng)化及自動(dòng)化程度的關(guān)鍵設(shè)備。</p><p> 1.2管式加熱爐的基本構(gòu)成與組成</p><p> 管式加熱爐是一種直接受熱加熱設(shè)備主要用于加熱氣體或液體化工原料,所用燃料通常有燃料油和燃料氣。管式加熱爐的傳熱方式以輻射傳熱為主。</p><p> 管式加熱爐一般由輻射室、余熱回收系統(tǒng)、對(duì)流室、燃燒器和通風(fēng)系統(tǒng)等五部分組成:</p>
13、;<p> ?。?)輻射室:通過(guò)火焰或高溫?zé)煔膺M(jìn)行輻射傳熱的部分。這部分直接受火焰沖刷,溫度很高(600-1600℃),是熱交換的主要場(chǎng)所(約占熱負(fù)荷的70-80%)。</p><p> ?。?)余熱回收系統(tǒng):用以回收加熱爐的排煙余熱。有空氣預(yù)熱方式和廢熱鍋爐方式兩種方法。</p><p> ?。?)對(duì)流室:靠輻射室出來(lái)的煙氣進(jìn)行以對(duì)流傳熱為主的換熱部分。</p>
14、<p> ?。?)燃燒器:是使燃料霧化并混合空氣,使之燃燒的產(chǎn)熱設(shè)備,燃燒器可分為燃料油燃燒器,燃料氣燃燒器和油一氣聯(lián)合燃燒器。</p><p> ?。?)通風(fēng)系統(tǒng):將燃燒用空氣引入燃燒器,并將煙氣引出爐子,可分為自然通風(fēng)方式和強(qiáng)制通風(fēng)方式。</p><p> 其結(jié)構(gòu)通常包括:鋼結(jié)構(gòu)、爐管、爐墻、燃燒器、孔類配件等。</p><p> 二、管式加熱
15、爐溫度控制系統(tǒng)工作原理及控制要求</p><p> 2.1 管式加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)工作原理</p><p> 管式加熱爐的主要任務(wù)是把物料加熱到一定溫度,以保證下一道工序的順利進(jìn)行。燃料油經(jīng)過(guò)蒸汽霧化后在爐膛中燃燒,物料流過(guò)爐膛四周的排管中,就被加熱到出口溫度。在燃料油管道上裝設(shè)一個(gè)調(diào)節(jié)閥,用它來(lái)控制燃油量以達(dá)到所需出口溫度的目的。</p><p> 2.
16、2 管式加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)控制要求</p><p> 影響出口溫度變化的因素有很多種,主要表現(xiàn)在:</p><p> ?。?)被加熱物料的流量與初溫。</p><p> ?。?)燃料熱值的變化、壓力波動(dòng)、流量的變化。</p><p> ?。?)煙窗擋板位置的改變、抽力的變化。</p><p> 其中燃料油壓力和
17、過(guò)熱蒸汽壓力都可以用專門的調(diào)節(jié)器保持其穩(wěn)定,以便把擾動(dòng)因素減小到最低限度,能夠及時(shí)準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)控制過(guò)程。工藝上對(duì)出口溫度要求不高,一般希望波動(dòng)范圍不超過(guò)±1~2%。</p><p> 三、管式加熱爐出口溫度控系統(tǒng)工藝流程設(shè)計(jì)</p><p> 3.1 管式加熱爐出口溫度影響因素的擾動(dòng)分析</p><p> 由于從燃料油調(diào)節(jié)閥開(kāi)始作用到出口溫度的改變,整
18、個(gè)控制通道的容量滯后大,時(shí)間常數(shù)大,這就會(huì)導(dǎo)致控制系統(tǒng)的控制作用不及時(shí),反應(yīng)遲鈍、最大偏差大、過(guò)渡時(shí)間長(zhǎng)、抗干擾能力差,控制精度降低。</p><p> 除外,、的變化進(jìn)入系統(tǒng)的位置,都是首先影響爐膛溫度,而后經(jīng)過(guò)加熱管管壁的影響被加熱油料的溫度。而爐膛的慣性小,而爐膛的慣性小,其溫度變化很快就可以反映出來(lái),則控制通道的容量滯后大大減小,對(duì)干擾、能夠及時(shí)克服,減小它們對(duì)出口溫度的影響。</p>&
19、lt;p> 所以單獨(dú)用單回路的出口溫度或爐膛溫度控制系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn),為了同時(shí)發(fā)揮它們的優(yōu)點(diǎn),考慮選用出口溫度—爐膛溫度的串級(jí)控制系統(tǒng)。</p><p> 3.2 管式加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)的工藝流程設(shè)計(jì)</p><p> 加熱爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)是以原料油出口溫度為被控參數(shù)的控制系統(tǒng)。其它被控參數(shù)有爐膛溫度,膛壁溫度,燃料流量,原料油流量。主溫度調(diào)節(jié)器對(duì)被控參數(shù)精確控制,與副溫度
20、調(diào)節(jié)器對(duì)來(lái)自燃料干擾的及時(shí)控制相結(jié)合,先根據(jù)爐膛溫度T2的變化,改變?nèi)剂狭浚焖傧齺?lái)自燃料的干擾對(duì)爐膛溫度的影響;然后再根據(jù)原料油出口溫度T1與設(shè)定值的偏差,改變爐膛溫度調(diào)節(jié)器的設(shè)定值,進(jìn)一步調(diào)節(jié)燃料量,使原料油出口溫度恒定,達(dá)到溫度控制的目的。</p><p> 副回路的選擇也就是確定副回路的被控參數(shù)。燃料由于其成分和流量變化,對(duì)控制過(guò)程產(chǎn)生極大干擾。所以,我們選擇爐膛溫度為串級(jí)控制系統(tǒng)的輔助被控參數(shù)。(如
21、圖1所示)。</p><p> 圖1 管式加熱爐原理圖</p><p> 四、管式加熱爐出口溫度控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)儀表的選型與連線圖</p><p> 4.1 控制系統(tǒng)中溫度檢測(cè)元件的選型</p><p> 由于加熱爐爐膛溫度不能太高,爐膛溫度一般控制在850℃以下,溫度高有利于輻射傳熱,但太高會(huì)導(dǎo)致?tīng)t管結(jié)焦和燒壞,所以設(shè)此控制系統(tǒng)中的爐膛溫
22、度要求為700℃左右,而管式加熱爐出口溫度假設(shè)為石油分餾的溫度300℃。由產(chǎn)品執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)IEC584、GB/T16839-1997、JB/T5518-1991、GB3836熱電偶標(biāo)準(zhǔn),在1000℃以下一般用K型熱電偶和N型熱電偶,熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測(cè)元件之一。其優(yōu)點(diǎn)是: </p><p> (1)量精度高。因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸,不受中間介質(zhì)的影響。</p><p>
23、(2)測(cè)量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可邊續(xù)測(cè)量。</p><p> ?。?)構(gòu)造簡(jiǎn)單,使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成,而且不受大小和開(kāi)頭的限制,外有保護(hù)套管,用起來(lái)非常方便。</p><p> 4.2 控制系統(tǒng)中變送器的選型</p><p> SBWR、SBWZ系列熱電偶、熱電阻溫度變送器是DDZ系列儀表中的現(xiàn)場(chǎng)安裝式溫度變送器單
24、元,與工業(yè)熱電偶、熱電阻配套使用,它采用二線制傳輸方式(兩根導(dǎo)線作為電源輸入和信號(hào)輸出的公用傳輸線)。按國(guó)家防爆規(guī)程進(jìn)行設(shè)計(jì)的,而且增加了安全柵,實(shí)現(xiàn)了控制室與危險(xiǎn)場(chǎng)所之間的能量限制于隔離,使儀表能在危險(xiǎn)的場(chǎng)所中使用。將工業(yè)熱電偶、熱電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換成與輸入信號(hào)或與溫度信號(hào)成線性的4-20mA、0-10mA的輸出信號(hào)。</p><p><b> 技術(shù)指標(biāo)為:</b></p>&l
25、t;p> 1、輸入信號(hào):K型熱電偶、E型熱電偶、S型熱電偶、B型等熱電偶信號(hào)輸入 2、供電電壓:10-30VDC 、負(fù)載電阻:0-500Ω3、輸出信號(hào):二線制4-20mA,最大30mA 4、熱電偶溫度變送器精度:0.5%FS 5、回路保護(hù):帶反向連接保護(hù)(防止電源正負(fù)極)</p><p> 由表1知物料出口溫度處選擇SBW-R-70型變送器,爐
26、膛溫度選擇SBW-R-10型變送器。</p><p> 表1 變送器的選型表</p><p> 4.3 控制系統(tǒng)中執(zhí)行器(調(diào)節(jié)閥)的選型</p><p> 由于調(diào)節(jié)閥用于燃料油量調(diào)節(jié)選擇氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥,燃料油粘度比較大,為了減弱腐蝕防止堵塞,由于角形閥的閥體受流體的沖擊小,體內(nèi)不易結(jié)污,對(duì)粘度高的流體尤為適用,并且調(diào)節(jié)穩(wěn)定性較好。所以選用角形閥。</p>
27、;<p> 從安全角度出發(fā),一旦調(diào)節(jié)閥損壞,保證控制閥處于全關(guān)狀態(tài),切斷燃料進(jìn)入加熱爐,確保設(shè)備安全,所以要選擇氣開(kāi)調(diào)節(jié)閥。</p><p> 綜上選擇ZMAS型氣動(dòng)薄膜角形單座調(diào)節(jié)閥,閥體為直角形,閥芯不單導(dǎo)向結(jié)構(gòu),閥的流路簡(jiǎn)單,便于自凈和清洗。阻力小,適用于高粘度,含有懸浮物和顆粒狀物質(zhì)的流體的調(diào)節(jié),可避免結(jié)焦、粘結(jié)、堵塞。 </p><p> 由ZMAS型氣動(dòng)薄膜
28、角型調(diào)節(jié)閥型號(hào)編制說(shuō)明知,選擇ZMAS-320K型的調(diào)節(jié)閥。</p><p> 含義為,ZMA:氣動(dòng)薄膜正作用式, K:氣開(kāi)式;320:PN320MPa。</p><p> EPC1000系列電氣轉(zhuǎn)換器是在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的新一代電氣轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品,它可將不同輸入電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)輸出的氣動(dòng)信號(hào)。本產(chǎn)品具有體積小,結(jié)構(gòu)巧妙,精度高,穩(wěn)定性好,安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。</p>
29、;<p> 如表2所示,選擇型號(hào)為EPC110-OG-I型的電氣轉(zhuǎn)換器。</p><p><b> 技術(shù)參數(shù)為:</b></p><p> 1、氣源壓力范圍: 最小值:高于輸出壓力上限值20kPa;最大值:700kPa。2、線性度:跨度的±1%。</p><p> 3、重復(fù)性:跨度的±0.5%。<
30、;/p><p> 4、回差:跨度的±1.0%。</p><p> 表2 電氣轉(zhuǎn)換器型號(hào)表</p><p> 4.4 控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器的選型</p><p> XMT-8000系列智能型數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀采用新的智能儀表設(shè)計(jì)方案,對(duì)原有的數(shù)顯表進(jìn)行了修正處理,使儀表無(wú)論在外觀還是性能都有的更進(jìn)一步的提升,儀表內(nèi)置PID功能與位式控制功
31、能,采用美觀大方的輕觸鍵設(shè)置,是工業(yè)控制中低價(jià)位儀表與高性能定位的理想選擇。</p><p> 智能性數(shù)顯調(diào)節(jié)儀精度高、抗震性強(qiáng)、可靠性好、安裝方便、讀數(shù)清晰、無(wú)視差、可遠(yuǎn)距離觀察等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。在調(diào)節(jié)形式上有二位式、三位式、時(shí)間比例式、可控硅連續(xù)調(diào)節(jié)式、PID式等多種,并可根據(jù)需要增強(qiáng)超限報(bào)警功能??蓮V泛應(yīng)用于冶金、紡織、塑機(jī)、培養(yǎng)箱、烘烤箱、制冷化工、醫(yī)療等行業(yè)作-200℃~1800℃范圍內(nèi)的溫度測(cè)量和自動(dòng)控制
32、,配上相應(yīng)的傳感器也可用于壓力、流量、液位等參數(shù)的顯示和控制。選擇XMTG-8038C2調(diào)節(jié)器。</p><p> 4.5 控制系統(tǒng)中的連鎖保護(hù)與接線圖</p><p> 聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)由壓力調(diào)節(jié)器、溫度調(diào)節(jié)器、流量變送器、火焰檢測(cè)器、低選器等部分組成。當(dāng)燃料管道壓力高于規(guī)定的極限時(shí),壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過(guò)低選器取代正常工作的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng),此時(shí)出料溫度無(wú)控制,自行浮動(dòng)。</p>
33、<p> 壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入運(yùn)行保證燃料管道壓力不超過(guò)規(guī)定上限。當(dāng)管道壓力恢復(fù)正常時(shí),溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過(guò)低選器投入正常運(yùn)行,出料溫度重新受到控制。當(dāng)進(jìn)料流量和燃料流量低于允許下限或火焰熄滅時(shí),便會(huì)發(fā)出雙位信號(hào),控制電磁閥切斷燃料氣供給量以防回火。</p><p> 控制系統(tǒng)的電氣連線圖如圖2。</p><p><b> 圖2 電氣連線圖</b></p
34、><p> 五、管式加熱爐出口溫度串級(jí)控制系統(tǒng)分析</p><p> 5.1 控制系統(tǒng)方框圖與工作過(guò)程</p><p> 圖3 控制系統(tǒng)方框圖</p><p> 當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)其調(diào)節(jié)過(guò)程如下: </p><p> ?。?)D2、D3作用,副調(diào)節(jié)器開(kāi)始調(diào)節(jié),如果擾動(dòng)不大,不影響爐出口溫度;如果擾動(dòng)大主回路進(jìn)一步調(diào)節(jié)
35、。</p><p> ?。?)D1作用,主回路,主調(diào)節(jié)器校正。</p><p><b> ?。?)都作用時(shí):</b></p><p> ?、僖弧⒍螖_動(dòng)使主、副參數(shù)同時(shí)變大或變小調(diào)節(jié)閥大幅度開(kāi)大或關(guān)小,調(diào)節(jié)速度很快。</p><p> ?、谝?、二次擾動(dòng)使主、副參數(shù)一個(gè)變大一個(gè)變小,主、副調(diào)節(jié)器控制閥的方向相反,閥的開(kāi)度變
36、化較小就能滿足要求。</p><p> 5.2 主、副調(diào)節(jié)器規(guī)律選擇</p><p> 在串級(jí)控制系統(tǒng)中,主、副調(diào)節(jié)器所起的作用不同。主調(diào)節(jié)器起定值控制作用,副調(diào)節(jié)器起隨動(dòng)控制作用,這是選擇調(diào)節(jié)器規(guī)律的基本出發(fā)點(diǎn)。</p><p> 在加熱爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)中,我們選擇原料油出口溫度為主要被控參數(shù),主控制器起定值控制作用,主變量是主要指標(biāo),原料油溫度影響產(chǎn)品生
37、產(chǎn)質(zhì)量,工藝要求嚴(yán)格,又因?yàn)榧訜釥t串級(jí)控制系統(tǒng)有較大容量滯后,允許波動(dòng)小,一般要求無(wú)余差,所以,選擇PID調(diào)節(jié)作為住調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律。</p><p> 控制副參數(shù)是為了保證和提高主參數(shù)的控制質(zhì)量,副變量的設(shè)置是為了保證主變量的控制質(zhì)量,對(duì)副參數(shù)的要求一般不嚴(yán)格,對(duì)快速性要求較高,可以在一定范圍內(nèi)變化,允許有殘差,但引入I會(huì)延長(zhǎng)控制作用,減弱副回路的快速作用,而引入D會(huì)由于副回路本身起快速作用,再引入D會(huì)使控制
38、閥動(dòng)作過(guò)大,對(duì)控制不利。所以我們的副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律選擇P控制。</p><p> 5.3 主、副調(diào)節(jié)器正反作用方式確定</p><p> 由生產(chǎn)工藝安全考慮,燃料調(diào)節(jié)閥應(yīng)選氣開(kāi)方式,這樣保證系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)調(diào)節(jié)閥處于全關(guān)狀態(tài),防止燃料進(jìn)入加熱爐,確保設(shè)備安全,調(diào)節(jié)閥的Kv﹥0。主調(diào)節(jié)器作用方式確定:爐膛溫度升高,物料出口溫度也升高,主被控過(guò)程Ko1﹥0。為保證主回路為負(fù)反饋,各環(huán)節(jié)放大
39、系數(shù)成績(jī)必須為正,所以負(fù)調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)K1﹥0,主調(diào)節(jié)器作用方式為反作用。又為保證副回路是負(fù)反饋,各環(huán)節(jié)放大系數(shù)乘積必須為正,所以負(fù)調(diào)節(jié)器大于0,副調(diào)節(jié)器作用方式為反作用方式。</p><p> 5.4 控制器參數(shù)工程整定</p><p> 在模擬PID算法控制規(guī)律為: </p><p> 寫成傳遞函數(shù)形式為:</p><p> 用
40、增量型的離散PID算法控制規(guī)律為:</p><p> 其中: KP為調(diào)節(jié)器的放大系數(shù); TI為積分時(shí)間常數(shù) ; TD微分時(shí)間常數(shù);</p><p> 為積分系數(shù); 為微分系數(shù);比例度</p><p> 由此得:影響控制的主要因素KP 、KD、KI 及采樣周期T。</p><p><b> 整定思路:</b>
41、;</p><p> (1)理論根據(jù)——由于主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)相差很大,則主、副回路的工作頻率差別很大,當(dāng)副回路整定好以后,將副回路視作主回路的一個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)整定主回路時(shí),可認(rèn)為對(duì)副回路的影響很小,甚至可以忽略。</p><p> (2)另一方面,工藝上對(duì)主變量的控制要求較高,而對(duì)副變量的控制要求較低。</p><p> (3)整定順序:先整定副調(diào)節(jié)器,再去整定
42、主調(diào)節(jié)器。</p><p><b> 整定步驟:</b></p><p> ⑴在生產(chǎn)工藝穩(wěn)定,主、副調(diào)節(jié)器均設(shè)置為純比例控制作用。</p><p> ?、凭唧w做法,將主調(diào)節(jié)器的比例度δ1置于100%,Ki=0,Kd=0。</p><p> ?、前春?jiǎn)單控制系統(tǒng)的衰減曲線法整定副回路——將副調(diào)節(jié)器的比例度δ2由大到小調(diào)整
43、,直到副變量的過(guò)渡過(guò)程曲線呈10:1衰減振蕩為止。</p><p> (4)記下此時(shí)的比例度δ2s,量得此時(shí)的衰減振蕩周期T2s。</p><p> (5)置副調(diào)節(jié)器的比例度為δ2s,將副回路看作是主回路的一個(gè)環(huán)節(jié),主副環(huán)仍閉合,用同樣的方法整定主調(diào)節(jié)器——將主調(diào)節(jié)器的比例度δ1由大到小調(diào)節(jié),直到主變量的過(guò)渡過(guò)程曲線呈10:1衰減振蕩為止。</p><p>
44、(6)記下此時(shí)主調(diào)節(jié)器的比例度δ1s,量出主變量振蕩周期T1s。 </p><p> (7)由已求得的δ1s、δ2s和T1s、T2s的值,結(jié)合主、副調(diào)節(jié)器的選型,按照簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的衰減曲線法整定參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式,分別計(jì)算主、副調(diào)節(jié)器的最佳參數(shù)值。</p><p> (8)按照“先副后主”、“先P再I后D”的順序,將計(jì)算出的參數(shù)設(shè)置到調(diào)節(jié)器上,作擾動(dòng)試驗(yàn),觀察過(guò)渡過(guò)程曲線,作適當(dāng)?shù)膮?shù)調(diào)整
45、,直到控制質(zhì)量最佳。</p><p> 六、管式加熱爐出口溫度串級(jí)控制系統(tǒng)的MATLAB Simulink仿真與分析</p><p> 6.1傳遞函數(shù)的選擇</p><p> 按儀表的對(duì)應(yīng)關(guān)系設(shè):主回路的傳遞函數(shù)取 </p><p> 副回路的傳遞函數(shù)取 </p><p> 6.2系統(tǒng)的參數(shù)的選擇&
46、lt;/p><p> 副回路整定(主回路參數(shù)固定,調(diào)節(jié)副回路的比例)</p><p> 主回路的Kp為1,Ki=0,Kd=0;副回路的Kp為0.75,Ki=0,Kd=0;衰減比為10:1</p><p> 副回路系統(tǒng)的仿真圖為圖4:</p><p> 圖4 副回路整定框圖</p><p> 首先整定副回路,當(dāng)副回
47、路的衰減比為10:1時(shí),如圖5所示</p><p> 圖5 副回路整定仿真圖</p><p> 此時(shí)副回路的振蕩周期T1s= 100-40=60(s)衰減比為δ1=(0.65-0.45)/(0.47-0.45)100%=10。</p><p> 主回路整定(副回路參數(shù)固定,調(diào)節(jié)主回路的比例)</p><p> 然后整定主回路,當(dāng)主回路
48、的衰減比為10:1時(shí),停止仿真</p><p> 副回路的Kp為0.75,Ki=0,Kd=0;主回路的Kp為0.75,Ki=0,Kd=0</p><p> 衰減比為10:1,如圖6所示</p><p> 圖6 主回路整定框圖</p><p> 主回路系統(tǒng)的仿真圖為圖7:</p><p> 圖7 主回路整定仿真
49、圖</p><p> 此時(shí)主回路的振蕩周期T2s=900-400=500(s),Tr=200s衰減比 δ2=(0.32-0.242)/(0.25-0.242)100%=9.75,</p><p> 計(jì)算得Kp=0.75、Ti=600s、Td=200s、Ki=0.625、Kd=0.3。</p><p> 6.3系統(tǒng)的仿真分析</p><p&g
50、t; 將Kp、Ki、Kd分別代入PID調(diào)節(jié)器后得到無(wú)擾動(dòng)的的仿真結(jié)果為如圖8</p><p><b> 圖8 整定后的框圖</b></p><p> 圖9 整定后的仿真圖</p><p> 主回路:Kp=0.75,Ti=0.0000025,Td=12,副回路:Kp=0.75,Ti=0.000075,Td=5</p><
51、;p> 加入擾動(dòng)后的系統(tǒng)框圖為圖10,得到的仿真結(jié)果為圖11</p><p> 圖10 加入一次擾動(dòng)的框圖</p><p> 圖11 加入一次擾動(dòng)后的仿真圖</p><p> 當(dāng)設(shè)定值為0時(shí),施加幅值為30%的一次階躍擾動(dòng)信號(hào),因?yàn)樵谥骰芈泛透被芈分杏醒訒r(shí),在加入干擾之后沒(méi)有明顯的變化。但是波形圖的幅值增加了。</p><p>
52、<b> 七、設(shè)計(jì)體會(huì)</b></p><p> 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì),我發(fā)現(xiàn)了很多平時(shí)學(xué)習(xí)上的不足,也學(xué)到了很多以前沒(méi)有涉及到得知識(shí),在平時(shí)上課的學(xué)習(xí)中,也沒(méi)有很好地對(duì)其進(jìn)行深刻理解,過(guò)程控制這門課聯(lián)系實(shí)際的部分比較多,而且沒(méi)有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ),導(dǎo)致對(duì)一些模型沒(méi)有更好地理解,不能更好地分析,但是在課設(shè)的摸索中,對(duì)知識(shí)進(jìn)行整合,通過(guò)很多有效地途徑,例如上網(wǎng)查相關(guān)資料,問(wèn)身邊的同學(xué)與朋友,都得到了解
53、決。</p><p> 剛開(kāi)始的時(shí)候,對(duì)管式加熱爐串級(jí)控制系統(tǒng)只有個(gè)大概的了解,首先對(duì)書(shū)上一些模型進(jìn)行分析,并在網(wǎng)上搜類似的設(shè)計(jì)來(lái)參考,詳細(xì)了解其工作原理,并對(duì)管式加熱爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有一個(gè)大概的理解。</p><p> 在設(shè)計(jì)過(guò)程中,從回路的設(shè)計(jì),調(diào)節(jié)器的正反作用的確定,到被控參數(shù)的選擇,再到MATLAB軟件上的仿真,進(jìn)行判斷分析,找出合適的參數(shù),使系統(tǒng)能夠達(dá)到設(shè)計(jì)目的。同時(shí),在設(shè)計(jì)
54、的過(guò)程中大家互相幫助,最終完成這次關(guān)于管式加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在理論聯(lián)系實(shí)際的基礎(chǔ)上,要融會(huì)貫通,才能更好地進(jìn)步。</p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> [1] 何衍慶.工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制(1版).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004</p><p> [2] 邵裕森.過(guò)程控制工程.北京:機(jī)械工業(yè)出版社2000&
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