過程控制課程設(shè)計(jì)--前饋-反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與整定

1、<p>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告（論文）</p><p>　　設(shè)計(jì)課題： 過程控制 </p><p>　　專業(yè)班級(jí)： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師：

2、 </p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間： 201311.25-2013.12.06 </p><p>　　過程控制 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p>　　指導(dǎo)教師： 教研室主任： </p><p>　　2013年12月6日</p><p&g

3、t;　　內(nèi) 容 摘 要</p><p>　　自本世紀(jì)30年代以來，自動(dòng)化技術(shù)獲得了驚人的成就，已在工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)起著關(guān)鍵的作用。自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。</p><p>　　自動(dòng)控制按輸入量的變化規(guī)律分類，可分恒值控制系統(tǒng)（Fixed Set-Point Control System）、隨動(dòng)控制系統(tǒng)（Follow-up Con

4、trol System）、過程控制系統(tǒng)（Process Control System）。</p><p>　　前饋-反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與整定，采用自動(dòng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱液位的過程控制。首先對(duì)被控對(duì)象的模型進(jìn)行分析。然后，根據(jù)被控對(duì)象模型和被控過程特性并加入PID調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)流量控制系統(tǒng)，采用動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)對(duì)控制系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 自動(dòng)化 過程控制 PID&l

5、t;/p><p>　　目 錄</p><p>　　一 概 述 ……………………………………………………………………1</p><p>　　二 方案設(shè)計(jì)與論證 ………………………………………………………………2</p><p>　　2．1 前饋控制 ………………………………………………………………2</p>

6、;<p>　　2．2 反饋控制 ………………………………………………………………2</p><p>　　2．3 前饋-反饋控制 …………………………………………………………3</p><p>　　2．4前饋-反饋控制系統(tǒng)PID算法 …………………………………………4</p><p>　　2．5 控制方案的論證………………………………………………………

7、…5</p><p>　　2．5．1控制方案的可靠性…………………………………………………5</p><p>　　2．5．2控制方案的安全性…………………………………………………5</p><p>　　2．5．3控制方案的經(jīng)濟(jì)性…………………………………………………5</p><p>　　三 儀表的選擇與參數(shù)的設(shè)定 …………………………………

8、……………………6 </p><p>　　3．1 設(shè)備型號(hào) ………………………………………………………………… 6</p><p>　　3．2 調(diào)節(jié)器及其參數(shù)的設(shè)置…………………………………………………… 7 </p><p>　　3．3 儀器儀表的組合安裝………………

9、……………………………………… 8</p><p>　　3．4 計(jì)算機(jī)的參數(shù)設(shè)置 …………………………………………………………9　</p><p>　　四 實(shí)驗(yàn)步驟 …………………………………………………………………………9</p><p>　　五 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ………………………………………………………………………10</p><p>　　六

10、 結(jié)論 ……………………………………………………………………………11</p><p>　　七 心得體會(huì) ………………………………………………………………………12</p><p>　　八 參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………13</p><p><b>　　一、概述 </b></p><p

11、>　　PCT—I型過程控制實(shí)驗(yàn)裝置是基于工業(yè)過程物理模擬對(duì)象，它集自動(dòng)化儀表技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，通訊技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)為一體的多功能實(shí)驗(yàn)裝置。系統(tǒng)包括流量、溫度、液位、壓力等熱工參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)、單回路控制、串級(jí)控制、前饋控制、比值控制等多種控制形式。本裝置還可根據(jù)用戶的需要設(shè)計(jì)構(gòu)成DDC、DCS、PLC、FCS、TCS等多種控制系統(tǒng)。該實(shí)驗(yàn)裝置既可作為本科、?？?、高職過程控制課程的實(shí)驗(yàn)裝置，也可作為研究生及科研人員在復(fù)雜控

12、制系統(tǒng)、先進(jìn)控制系統(tǒng)研究方面提供物理模擬對(duì)象和實(shí)現(xiàn)手段。</p><p><b>　　裝置特點(diǎn):</b></p><p>　　1． 裝置由控制對(duì)象、控制屏、計(jì)算機(jī)三部分組成，對(duì)象構(gòu)布局合理，造型美觀大方。</p><p>　　2． 真實(shí)性、直觀性、綜合性強(qiáng)，控制對(duì)象元件全部來源于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)?？刂破琳嬗型暾南到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖案。</p>

13、<p>　　3． 參數(shù)全面，涵蓋了液位、流量、壓力、溫度等典型參數(shù)。</p><p>　　4． PCT-II過程控制實(shí)驗(yàn)裝置具有控制參數(shù)和控制方案的多樣化。該裝置可通過對(duì)其管路上的閥門切換和對(duì)模擬信號(hào)接線板上信號(hào)的連接組合，可構(gòu)成數(shù)十種過程控制實(shí)驗(yàn)。</p><p>　　5． 在PCT-II過程控制實(shí)驗(yàn)裝置中充分考慮了大專院校，高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)的大綱要求，完全能滿足

14、教學(xué)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)的需要，同時(shí)學(xué)生可自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行綜合性、創(chuàng)造性過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、調(diào)試、分析，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立操作、獨(dú)立分析問題和解決問題的能力。</p><p>　　隨著對(duì)過程控制系統(tǒng)性能要求的不斷提高,傳統(tǒng)反饋控制策略難以適應(yīng)不同工況下被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的改變。提出了前饋-反饋復(fù)合控制策略,研究了前饋控制器在物理上不可實(shí)現(xiàn)情況下的設(shè)計(jì)方法,給出了具體操作步驟。在過程控制系統(tǒng)中應(yīng)用的仿真結(jié)果

15、表明:前饋-反饋復(fù)合控制能夠?qū)⒖蓽y(cè)擾動(dòng)在影響系統(tǒng)輸出前得以補(bǔ)償;系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性能均優(yōu)于傳統(tǒng)反饋控制。解決了擾動(dòng)通道時(shí)滯小于主控通道時(shí),前饋控制器在物理上不可實(shí)現(xiàn)的技術(shù)難題,對(duì)過程控制系統(tǒng)有一定理論意義和工程參考價(jià)值。</p><p>　　前饋是通過校正輸入來改善控制系統(tǒng)的性能；反饋是通過獲得輸出誤差，進(jìn)而校正，得到理想的輸出；前饋-反饋控制系統(tǒng)中既有針對(duì)主要擾動(dòng)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)那梆伩刂疲执嬖趯?duì)被調(diào)量采用反

16、饋控制以克服其他的干擾信號(hào)。引入反饋控制，是為了使系統(tǒng)能克服所有擾動(dòng)信號(hào)對(duì)被調(diào)量產(chǎn)生的影響；因?yàn)槌艘阎闹饕臄_動(dòng)信號(hào)以外，系統(tǒng)中還存在其它的擾動(dòng)信號(hào)，這些擾動(dòng)信號(hào)對(duì)被調(diào)量的影響比較小，有的是我們能夠考慮到的，有的我們根本就考慮不到或無法測(cè)量，都通過反饋控制加以克服。</p><p><b>　　二、方案設(shè)計(jì)與論證</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)通過前饋反饋控制

17、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的控制。</p><p><b>　　2．1 前饋控制</b></p><p>　　前饋控制又稱擾動(dòng)補(bǔ)償，它與反饋調(diào)節(jié)原理完全不同，是按照引起被調(diào)參數(shù)變化的干擾大小進(jìn)行調(diào)節(jié)的。在這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)中要直接測(cè)量負(fù)載干擾量的變化，當(dāng)干擾剛剛出現(xiàn)并能被測(cè)出時(shí)，調(diào)節(jié)器就能發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)使調(diào)節(jié)量作相應(yīng)的變化，使兩者在被調(diào)量發(fā)生偏差之前抵消。因此，前饋調(diào)節(jié)對(duì)干擾的客服比反饋

18、調(diào)節(jié)及時(shí)。但是前饋控制是開環(huán)控制，其控制效果需要通過反饋加以檢驗(yàn)。前饋控制器在測(cè)出擾動(dòng)之后，按過程的某種物質(zhì)或能量平衡條件計(jì)算出校正值。如果前饋支路出現(xiàn)擾動(dòng)，經(jīng)過流量計(jì)測(cè)量之后，測(cè)量得到干擾的大小，然后在反饋支路通過調(diào)整調(diào)節(jié)閥開度，直接進(jìn)行補(bǔ)償。而不需要經(jīng)過調(diào)節(jié)器。</p><p>　　在前饋反饋控制系統(tǒng)中，前饋控制屬于開環(huán)控制，在設(shè)計(jì)中經(jīng)過對(duì)主流量的檢測(cè)，及時(shí)的針對(duì)主要擾動(dòng)進(jìn)行液位的偏差抑制。當(dāng)流量測(cè)量值較預(yù)定

19、值發(fā)生波動(dòng)，即時(shí)通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行PID計(jì)算，輸出控制信號(hào)，進(jìn)行液位調(diào)節(jié)；反饋控制屬于閉環(huán)控制，通過對(duì)液位的測(cè)量，及時(shí)對(duì)液位進(jìn)行調(diào)控。反饋環(huán)節(jié)通過對(duì)液位的監(jiān)測(cè)，將測(cè)量值與給定值進(jìn)行比較，形成偏差后，通過A/D傳輸給計(jì)算機(jī)，進(jìn)行預(yù)先設(shè)定的PID計(jì)算，輸出控制型號(hào)，進(jìn)行液位調(diào)節(jié)。</p><p><b>　　2．2 反饋控制</b></p><p>　　反饋控制（英文名稱為F

20、eedback Control），是指從被控對(duì)象獲取信息，按照偏差的極性而向相反的方向改變控制量，再把調(diào)節(jié)被控量的作用饋送給控制對(duì)象，這種控制方法稱為反饋控制，也稱作按偏差控制。反饋控制總是通過閉環(huán)來實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　反饋控制的特點(diǎn)有：按偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)量小，失調(diào)量小；能隨時(shí)了解被控變量變化情況；輸出影響輸入（閉環(huán)）。</p><p>　　2．3前饋-反饋控制</p&

21、gt;<p>　　前饋——反饋復(fù)合控制系統(tǒng)中前饋控制器的傳遞函數(shù)是根據(jù)完全補(bǔ)償性原理求解的。</p><p>　　要使得擾動(dòng)Z(s)得到完全補(bǔ)償，即Z(s)變化時(shí)不對(duì)被調(diào)量C(s)產(chǎn)生影響，應(yīng)有：</p><p><b>　　解得 ：</b></p><p>　　前饋-反饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：</p><p>

22、　　系統(tǒng)綜合了反饋、前饋控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了他們的缺點(diǎn)，因而前饋-反饋控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　引入前饋補(bǔ)償沒有影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性。</p><p>　　很顯然，前饋無論加在什么位置，都不會(huì)構(gòu)成回路，系統(tǒng)的特征式都保持不變，因而不會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。</p><p>　?。?）引入反饋控制后，前饋完全補(bǔ)償條件并沒有改變。</p>

23、<p>　　前饋-反饋系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成：</p><p>　　擾動(dòng)信號(hào)測(cè)量變送器：對(duì)擾動(dòng)信號(hào)測(cè)量并轉(zhuǎn)化統(tǒng)一的電信號(hào)。</p><p>　　被調(diào)量測(cè)量變送器：對(duì)被調(diào)量測(cè)量并轉(zhuǎn)化統(tǒng)一的電信號(hào)。</p><p>　　前饋控制器：對(duì)干擾信號(hào)完全補(bǔ)償。</p><p>　　調(diào)節(jié)器：反饋控制調(diào)節(jié)器，對(duì)被調(diào)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。</p&g

24、t;<p><b>　　執(zhí)行器和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。</b></p><p>　　擾動(dòng)通道對(duì)象：擾動(dòng)信號(hào)通過該通道對(duì)被調(diào)量產(chǎn)生影響。</p><p>　　控制通道對(duì)象：調(diào)節(jié)量通過該通道對(duì)被調(diào)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。</p><p>　　圖1 前饋反饋實(shí)驗(yàn)流程圖</p><p>　　圖2 計(jì)算機(jī)控制前饋反饋控制系統(tǒng)的框圖<

25、/p><p>　　2．4 前饋反饋控制系統(tǒng)PID算法</p><p>　　前饋反饋控制系統(tǒng)是通過PID控制規(guī)律實(shí)現(xiàn)對(duì)液位控制的最終目的，PID控制是比例—積分—微分的簡(jiǎn)稱。在工業(yè)生產(chǎn)工程自動(dòng)控制的發(fā)展歷史中，PID控制是歷史最久、生命力最強(qiáng)的基本控制方式。</p><p>　　PID算法具有以下的優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　?。?）原理簡(jiǎn)單，使用方

26、便；</p><p><b>　　（2）適應(yīng)性強(qiáng)；</b></p><p>　?。?）魯棒性強(qiáng)，即其控制品質(zhì)對(duì)被控對(duì)象特性的變化不太敏感。 </p><p>　　PID控制即比例積分微分控制，調(diào)節(jié)器的輸出是其輸入的比例，積分，微分的函數(shù)。PID控制現(xiàn)在應(yīng)用最廣，技術(shù)最成熟。其控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)容易調(diào)整，不必求出被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型便可以調(diào)節(jié)，因此

27、無論模擬調(diào)節(jié)器或者數(shù)字調(diào)節(jié)器大都采用PID調(diào)節(jié)規(guī)律。</p><p>　　PID控制器由比例單元（P）、積分單元（I）和微分單元（D）組成。其輸入e (t）與輸出u (t）的關(guān)系為u(t)=kp[e(t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt] 式中積分的上下限分別是0和t，因此它的傳遞函數(shù)為：G(s)=U(s)/E(s)=kp[1+1/(TI*s)+TD*s]，其中kp為比例系數(shù)； TI為積分時(shí)間常數(shù)

28、； TD為微分時(shí)間常數(shù)。</p><p>　　在調(diào)節(jié)PID控制時(shí)，先把微分作用取消掉，只保留PI，先調(diào)比例，再調(diào)積分，最后加上微分再調(diào)。如果振蕩過快，加大P。如果振蕩后過很久才穩(wěn)定，減小P。減少積分時(shí)間。如果振蕩的周期太長(zhǎng)，加大積分時(shí)間。如果對(duì)調(diào)節(jié)對(duì)象變化反應(yīng)過慢，增大D。最后把波形調(diào)到只有一兩個(gè)振蕩就平穩(wěn)了，就是最好的效果。</p><p>　　2．5 控制方案的論證</p>

29、<p>　　2．5．1控制方案的可靠性</p><p>　　控制方案采用前饋反饋控制，前饋反饋控制技作為一種傳統(tǒng)的控制方式，在工業(yè)生產(chǎn)過程中，技術(shù)上的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟。作為液位控制，在要求控制精度的情況下，不能單純依靠反饋控制，加入前饋控制后，可以消除提前的擾動(dòng)對(duì)反饋控制的影響。而且對(duì)于提前的擾動(dòng)為已知，比如對(duì)液位能夠產(chǎn)生的擾動(dòng)，在這里為管道內(nèi)的流量，是可以精確測(cè)量的量，因此符合采用前饋控制的條件。

30、使得前饋反饋控制的可靠性得到保證。</p><p>　　2．5．2控制方案的安全性</p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)過程中，對(duì)液位的控制中，容器中的介質(zhì)類型有很多，可能為常見的水，也可能為化學(xué)藥劑。因此控制方案和所用儀器儀表的安全性非常重要。對(duì)于儀器儀表，我們根據(jù)介質(zhì)的性質(zhì)不同選用合適的型號(hào)即可。對(duì)于控制方案，因?yàn)槭菃渭兊囊何豢刂?，不涉及化學(xué)反應(yīng)等使介質(zhì)發(fā)生變化的過程，所以關(guān)鍵是控制精度的保

31、證，比如在鍋爐中要保證水位的高度，避免水位過高飛濺。在這次設(shè)計(jì)中設(shè)想的介質(zhì)為水，因此在控制精度得到保證的情況下，控制方案的安全性也得到了保證。</p><p>　　2．5．3控制方案的經(jīng)濟(jì)性</p><p>　　由于控制方案選擇的是傳統(tǒng)的控制方式，控制過程明確，需要的儀器儀表數(shù)量較少，因此成本低，較容易實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　儀表的選擇及參數(shù)的確定</p&

32、gt;<p>　　由于不是大型生產(chǎn)過程，對(duì)自動(dòng)化水平要求不高，所以選擇采用常規(guī)儀表控制?？紤]到價(jià)格、實(shí)用性等因素，選擇數(shù)字化、智能化的電動(dòng)控制儀表。</p><p><b>　　3．1 設(shè)備型號(hào)</b></p><p>　　原理圖中的用到的每一個(gè)設(shè)備的型號(hào)，輸入輸出信號(hào)的范圍，如表1 設(shè)備型號(hào)所示。</p><p><b&g

33、t;　　表1 設(shè)備型號(hào) </b></p><p>　　3．2 調(diào)節(jié)器及其參數(shù)的設(shè)置</p><p>　　調(diào)節(jié)器，是將生產(chǎn)過程參數(shù)的測(cè)量值與給定值進(jìn)行比較，得出偏差后根據(jù)一定的調(diào)節(jié)規(guī)律產(chǎn)生輸出信號(hào)推動(dòng)執(zhí)行器消除偏差量，使該參數(shù)保持在給定值附近或按預(yù)定規(guī)律變化的控制器。調(diào)節(jié)器分為模擬調(diào)節(jié)器和數(shù)字調(diào)節(jié)器。 </p><p>　　調(diào)節(jié)器的主要功能是接受變送

34、器送來的測(cè)量信號(hào)Vi，并將它與給定信號(hào)Vs進(jìn)行比較得出偏差ε，對(duì)偏差ε進(jìn)行PID連續(xù)運(yùn)算，通過改變PID參數(shù)，可改變調(diào)節(jié)器控制作用的強(qiáng)弱ε。除此之外，還具有測(cè)量信號(hào)、給定信號(hào)及輸出信號(hào)的指示功能。</p><p>　　電動(dòng)調(diào)節(jié)閥對(duì)控制回路流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。采用智能電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，具有精度高、技術(shù)先進(jìn)、體積小、重量輕、推動(dòng)力大、功能強(qiáng)、控制單元與電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一體化，可靠性高、操作方便，并可與計(jì)算機(jī)配套使用，組成最佳調(diào)節(jié)回路

35、。執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接接受4～２０mADC或1～５Ｖ控制信號(hào)，輸出４～２０mADC的閥位信號(hào)，使用和校正非常方便。ZDS系列的閥門采用柔性彈簧連接，可預(yù)置閥門關(guān)斷力，保證閥門的可靠關(guān)斷，防止泄露。驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用高性能稀土磁性材料制造的同步電機(jī)，運(yùn)行平穩(wěn)，體積小，力矩大，抗堵轉(zhuǎn)，控制精度高。因此本調(diào)節(jié)閥具有性能穩(wěn)定可靠，控制精度高，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。</p><p><b>　　技術(shù)指標(biāo): </b>&

36、lt;/p><p>　　電源：220VAC 50HZ 功耗： 5VA</p><p>　　輸入信號(hào)：4～20mADC 輸入阻抗： 100Ω（4～2０mADC）</p><p>　　輸出信號(hào)：4～20mADC</p><p>　　環(huán)境溫度: —20℃～＋70℃ 重復(fù)精度：±1%</p><p>

37、;　　調(diào)節(jié)器與上位機(jī)連接時(shí)，需要連接到計(jì)算機(jī)的COM口。調(diào)節(jié)器背面接口說明如下：</p><p>　　1 2 端 1～5V電壓輸入端，</p><p>　　2 3 端 0。2～1V電壓輸入端，</p><p>　　2 3 4端 熱敏電阻輸入端，</p><p>　　5 7端 4～20mA

38、電流輸出端，</p><p>　　9 10端 220V電源輸入端，</p><p>　　17 18端 輸出端（A，B）。</p><p>　　調(diào)節(jié)器選用上海萬迅儀表有限公司的AI708，AI818（有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備用AI808）。液位控制時(shí)調(diào)節(jié)器能自整定出比較理想的參數(shù)，如將調(diào)節(jié)器參數(shù)Ctrl=2，則調(diào)節(jié)器進(jìn)入自整定調(diào)節(jié)狀態(tài)，調(diào)節(jié)完畢，Ctrl

39、=3。 </p><p>　　其需要設(shè)置的參數(shù)如下：</p><p>　　708 808</p><p>　　M5=10 DF=3 （參考值）</p><p>　　P=6 P=20 （參考值）</p><p>

40、　　T=1 I=434 （參考值）</p><p>　　Ctl=5 d=28 （參考值）</p><p>　　Sn=33 Sn=33 （1-5V電壓輸入）</p><p>　　Dip=0 Dip=0 （小數(shù)點(diǎn)位

41、數(shù)為0）</p><p>　　Dil=0 Dil=0</p><p>　　Dih=450 Dih=450</p><p>　　Sc=0 Sc=0</p><p>　　Op1=4 Op1=4</p><p>　　CF=2

42、 CF=2</p><p>　　Run=2 Run=2 </p><p>　　Loc=808 Loc=808</p><p>　　在調(diào)節(jié)器接線時(shí)應(yīng)注意：</p><p>　?。?）接線時(shí)注意電源的種類、極性，嚴(yán)防接錯(cuò)電源。</p><p>　　

43、（2）通電前應(yīng)請(qǐng)指導(dǎo)老師確認(rèn)無誤后方可通電。</p><p>　?。?）動(dòng)手調(diào)校前，應(yīng)搞清調(diào)節(jié)器各部件的作用，凡實(shí)驗(yàn)中未設(shè)計(jì)的可調(diào)元件一律不得擅自調(diào)整。</p><p>　?。?）調(diào)節(jié)器在調(diào)校前應(yīng)預(yù)熱15分鐘。</p><p>　　3．3儀器儀表的組合安裝</p><p>　　自控工程設(shè)計(jì)中，除了確定恰當(dāng)?shù)目刂品桨?、選擇合適的控制工具（測(cè)量?jī)x

44、表、常規(guī)二次儀表，DCS系統(tǒng)、FCS系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)與各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)）、正確安裝儀表之外，還要正確連接各個(gè)控制單元來構(gòu)成控制系統(tǒng)。</p><p>　　控制系統(tǒng)各個(gè)單元之間的信號(hào)是通過相互連接的電（管）纜、電（管）線進(jìn)行傳遞的，連接正確則可正確的傳遞信號(hào)，各個(gè)單元可按部就班的協(xié)調(diào)工作，完成預(yù)想的設(shè)計(jì)目的。如果連接錯(cuò)誤，則信號(hào)傳輸錯(cuò)誤，相應(yīng)的接收單元不能接受到相應(yīng)的信號(hào)，此時(shí)各單元不能協(xié)調(diào)工作，也就不能完成預(yù)想的設(shè)計(jì)

45、目的。因此，儀表的正確連接是自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過程實(shí)行控制的前提。</p><p>　　儀表連接的內(nèi)容除了各個(gè)單元之間信號(hào)的連接之外，還包括儀表工作時(shí)所需能量的連接，即還需要進(jìn)行儀表電源、氣源和液壓源的連接。要保證控制系統(tǒng)和儀表的正常工作，儀表連接過程中還需要考慮抗干擾和使用安全問題，因此儀表連接還包括信號(hào)電纜屏蔽層接地、儀表接地端子接地等內(nèi)容。</p><p>　　3．4計(jì)算機(jī)的參數(shù)設(shè)置

46、：</p><p>　　其需要設(shè)置的參數(shù)如下： </p><p>　　XP=100 （參考值）（比例增益）</p><p>　　Ti=4 （參考值）（積分時(shí)間 秒）</p><p>　　Td=0 （參考值）（微分時(shí)間 秒）</p><p>　　Sp （計(jì)算機(jī)控制給定值）</p&g

47、t;<p>　　OP （計(jì)算機(jī)輸出值）</p><p>　　PV （液位檢測(cè)值） </p><p>　　QKC （反饋系數(shù)）</p><p><b>　　四、實(shí)驗(yàn)步驟</b></p><p>　　1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)流程圖構(gòu)成前饋、上水箱液位作為主回路，流量作為前饋信號(hào)。打開閥

48、門V15、V3、V6。</p><p>　　2、按附圖上水箱液位和流量組成前饋實(shí)驗(yàn)接線圖接好實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。</p><p>　　3、接通總電源和各儀表電源。 </p><p>　　4。打開程序SIMATIC Manager，把STP7 5。2V的程序下傳到PLCS7-300的主機(jī)里，工租管理器界面中，點(diǎn)擊FILE\OPEN按扭，選擇C:\ PLCPRO\前饋反饋<

49、/p><p>　　5．點(diǎn)擊OK按扭,然后把程序下載下去。</p><p>　　6．點(diǎn)擊按扭后，點(diǎn)擊文件、打開按扭，然后選擇前饋反饋，在激活既進(jìn)入前饋反饋對(duì)象特性測(cè)試及控制實(shí)驗(yàn)界面。</p><p>　　7．點(diǎn)擊歷史曲線按扭，進(jìn)入PID參數(shù)設(shè)置界面。點(diǎn)擊切換按扭置手動(dòng)，</p><p>　　8．點(diǎn)擊PID設(shè)定中的Q2進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入使系統(tǒng)液位處于某一平

50、衡位置。</p><p>　　9．改變Q2輸出，使系統(tǒng)輸入幅值適宜的正向階躍信號(hào)，這時(shí)系統(tǒng)輸出也有一個(gè)變化信號(hào)，使系統(tǒng)在較高液位所達(dá)到平衡狀態(tài)。</p><p>　　10．觀察計(jì)算的液位2的正向階躍響應(yīng)歷史曲線，直至達(dá)到新的平衡為止。點(diǎn)擊打印曲線按扭，打印正向階躍響應(yīng)曲線。</p><p>　　11．改變輸出使系統(tǒng)輸入幅值與正向階躍相等的一個(gè)反向階躍信號(hào)，這時(shí)系統(tǒng)輸

51、出也有一個(gè)變化信號(hào),使系統(tǒng)液位下降至一個(gè)平衡狀態(tài)。</p><p>　　12．觀察計(jì)算機(jī)的液經(jīng)2反向階躍響應(yīng)歷史曲線，直至達(dá)到新的平衡為止。</p><p>　　13。 系統(tǒng)穩(wěn)定后，改變回路中流量的大小，觀察液位的變化和計(jì)算機(jī)上流量及液位的歷史曲線的變化。記錄并處理歷史曲線。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果</b></p>

52、<p>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3前饋反饋記錄曲線</p><p>　　圖3 前饋反饋記錄曲線</p><p><b>　　六、結(jié)論</b></p><p>　　前饋反饋控制理論的應(yīng)用非常廣泛，對(duì)水箱液位的前饋反饋控制便是其中的一個(gè)典型應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)和控制理論的進(jìn)步，出現(xiàn)了很多先進(jìn)的控制理論。但是傳統(tǒng)的控制理論本身也具備容易實(shí)施、儀器儀表

53、需求量少，成本低的特所以傳統(tǒng)的控制理論仍然有應(yīng)用的領(lǐng)域。加之中國(guó)當(dāng)前控制技術(shù)仍大量采用了傳統(tǒng)的控制技術(shù)，所以對(duì)前饋- 反饋控制的研究仍然有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。對(duì)水箱的液位前饋反饋控制，在日常生產(chǎn)生活中，應(yīng)用比較容易實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　在參考了許多關(guān)于過程控制的資料后，對(duì)于過程控制工程中使用的儀器儀表以及儀表的安裝都有了了解。通過對(duì)水箱液位的前饋反饋控制的設(shè)計(jì)，使得我對(duì)前饋反饋控制理論的實(shí)現(xiàn)有了深入的了解，過去學(xué)

54、習(xí)的多是書本上的知識(shí)，但是對(duì)于整個(gè)過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)知之甚少，經(jīng)過了設(shè)計(jì)之后通過查閱資料，熟悉了過程控制工程設(shè)計(jì)的流程。</p><p>　　在接到一個(gè)工程項(xiàng)目后，進(jìn)行自控工程設(shè)計(jì)時(shí)，第一步，要熟悉工藝流程，對(duì)工藝熟悉和了解的深度將是重要的因素；第二步，確定自控方案，定出各監(jiān)測(cè)點(diǎn)、控制系統(tǒng)，確定全工藝流程的自控方案；第三步，儀表選型，確定是采用常規(guī)儀表還是DCS系統(tǒng)并確定控制方案和所有的監(jiān)測(cè)點(diǎn)；第四步，自控方案確

55、定，儀表選型后，根據(jù)工藝特點(diǎn)，可進(jìn)行控制室的設(shè)計(jì)。對(duì)采用常規(guī)儀表時(shí)，首先考慮儀表盤的正面布置；第五步，節(jié)流裝置和調(diào)節(jié)閥的計(jì)算；第六步，儀表供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；第七步，依據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的條件，完成控制室與現(xiàn)場(chǎng)間聯(lián)系的相關(guān)設(shè)計(jì)文件；第八步，根據(jù)自控專業(yè)有關(guān)的其他設(shè)備、材料的選用等情況，完成有關(guān)的設(shè)計(jì)文件；第九步，設(shè)計(jì)工作基本完成后，編寫設(shè)計(jì)文件目錄等文件。</p><p>　　經(jīng)過對(duì)水箱液位的前饋反饋控制的設(shè)計(jì)，對(duì)傳統(tǒng)控制系

56、統(tǒng)的應(yīng)用有了具體的理解，并且為以后設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)前饋反饋控制基礎(chǔ)上的復(fù)雜控制系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)。</p><p><b>　　七、 心得體會(huì)</b></p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 邵裕森．過程控制工程．北京：機(jī)械工業(yè)出版社2000 </p><p>　　[2]

57、 陳夕松，華成英．過程控制系統(tǒng)[M]．北京：科學(xué)出版社，2006</p><p>　　[3] 熊新民．工業(yè)過程控制課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書[M]。2008 </p><p>　　[4］姜秀英等。過程控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)。北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2007</p><p>　　[5］潘立登等。過程控制北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008 </p><p>　　[6］方康玲