1、0 过程控制系统课程设计过程控制系统课程设计 1 一、一、 引言引言 学习是一个理论和实践相结合的过程， 经过对过程控制工程一学期的学习， 我们基本掌 握了过程建模的方法、反馈控制系统、前馈控制系统、比值控制系统、串级控制系统、均匀 控制系统和分程控制系统； 接触了多回路控制系统、 计算机控制系统、 smith 预估控制系统、 内模控制系统，以及过程监督控制、间歇控制、传热设备的控制、精馏塔的控制、计算机综 合集成控制等。在学习了这些理论知识的同时，我们做了 8 次实验，学习理论的同时与实践 相结合，达到融会贯通的目的。但是，课程实验都是针对课程某个部分的，工作量较小，所 以在整个课程学习结束
2、之后，进行一次课程设计，做一个较大较全面的系统，对整个课程知 识做一个全面的复习，很有必要。 二、二、 设计任务及要求：设计任务及要求： 某隧道窑炉系统，考虑将燃烧室温度作为副变量，烧成温度作为主变量，主、副对象的 传递函数分别为： 3 01 8 ( ) 61 s Gse s ， 02 10 ( ) (2)(21) Gs ss 试分别采用单回路控制和串级控制设计温度控制系统，具体要求如下： （1） 分别进行控制方案设计，包括调节阀的选择、控制器参数整定，给出相应的闭 环系统原理图； （2） 进行仿真实验，分别给出系统的跟踪性能和抗干扰性能（包括一次扰动和二次 扰动） ； （3） 说明不同控制方
3、案对系统的影响。 采用 MATLAB 仿真,需要做出以下结果： （1） 超调量 （2） 峰值时间 （3） 过渡过程时间 （4） 余差 （5） 第一个波峰值 （6） 第二个波峰值 （7） 衰减比 （8） 衰减率 （9） 振荡频率 （10） 全部 P、I、D 的参数 （11） PID 的模型 （12） 设计思路 三、三、 控制方案设计：控制方案设计： 1. 单回路控制系统：单回路控制系统： 单回路控制系统的原理图如图所示 对于单回路的控制系统，要求实现无差温度控制，且对象为大容量对象，因此采用 PID 2 控制器，利用临界比例度法进行控制器的整定。 由于是窑炉系统，当系统发生故障时，为了避免温度无
4、限制升高，燃料在有故障时不能 进入，所以从工艺安全角度出发，控制阀选择气开型。 用 Simulink 建立仿真模型如下： 用临界比例度法进行参数，当切除积分和微分作用时，当比例系数为 0.0804 时，可获 得临界情况下的等幅振荡，图如下： 此时 KCmax=0.0804，Pu=18s.临界比例度法参数整定规律如下： 控制规律 KC Ti Td P 0.5KCmax PI 0.45KCmax 0.83 Pu PID 0.6KCmax 0.5 Pu 0.12 Pu 计算结果，比例系数为 0.3618，积分系数为 9 经调试，取比例系数 0.032，积分系数 10，微分系数为 0，系统表现出较好的
5、快速性和 稳定性 显然， 计算的结果与实际调试的参数存在差异， 其原因是以上公式是针对通用的对象的， 针对具体的对象，其容量、滞后等参量不同，所以在计算结果的基础上，必须进行微调，才 能得到满意的参数。 0102030405060708090100 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 Time (seconds) data Time Series Plot: 3 采用这套 PID 参数时，一次扰动作用下的响应曲线如下： 0102030405060708090100 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 Time (seconds) dat
6、a Time Series Plot: 0102030405060708090100 0 1 2 3 4 5 6 Time (seconds) data Time Series Plot: 4 采用这套 PID 参数时，二次扰动作用下的响应曲线如下： 2. 串级控制系统：串级控制系统： 串级控制系统的原理图如下： 对于串级控制系统，要求实现无差温度控制，主控制器采用 PID 控制器，副控制器采用 PI 控制器，利用临界比例度法进行控制器的整定。 由于是窑炉系统，当系统发生故障时，为了避免温度无限制升高，燃料在有故障时不能 进入，所以从工艺安全角度出发，主、副控制阀都选择气开型。 用 Simulink 建立仿真模型如下： 0102030405060708090100 -5 0 5 10 15 20 25 Time (seconds) data Time Series Plot: 5 经调试，副控制器取取比例系数 1，积分系数 0，主控制器取取比例系数 0.042，积分系 数 2，微分系数为 0，系统表现出较好的快速性和稳定性 采用这套 PID 参数时，一次扰动
