过程控制课程设计--工业被控过程建模与控制器参数的工程整定

1、 1 工业被控过程建模与控制器参数的 工程整定 1 1 选题背景和设计任务选题背景和设计任务 1.1 选题背景 过程控制是自动技术的重要应用领域，它是指对液位、温度、流量等过程变量进行控制， 在冶金、机械、化工、电力等方面得到了广泛应用。尤其是液位控制技术在现实生活、生产 中发挥了重要作用。锅炉汽包液位的控制，如果锅炉内液位过低，会使锅炉过热，可能发生 事故。在这些生产领域里，基本上都是劳动强度大或者操作有一定危险性的工作性质，极容 易出现操作失误，引起事故，造成厂家的的损失。 可见，在实际生产中，液位控制的准确程度和控制效果直接影响到工厂的生产成本、经 济效益甚至设备的安全系数。所以，为了保

2、证安全条件、方便操作，就必须研究开发先进的 液位控制方法和策略。 由于工业生产过程复杂多样，因此，在设计工业生产过程控制系统时，首先必须花大量 的时间和精力去了解该工业生产过程的基本原理、 操作过程和过程特性， 这是设计和实现一 个工业生产过程的首要条件。 要实现过程自动控制， 还需要对整个工业生产过程的物料流、 能源流和生产过程中的有 关状态进行准确的测量和计量。 根据测量得到的数据和信息， 用生产过程工艺和控制理论知 识来管理和控制该生产过程。 MBATLA 软件是一款进行高效工程计算、数据分析与可视化编程、系统仿真、科学和工 程绘图等功能强大的优秀软件。能够用于系统建模和仿真，方便用于系

3、统参数整定。 1.2 设计任务 工业生产过程的扰动作用使得生产过程操作不稳定， 从而影响工厂生产过程的经济效益。 过程控制的任务就是使生产过程达到安全、平稳、优质、高效。作为自动化最根本的目标应 是使生产过程安全并平稳的运行。 本课程设计是工业被控过程建模与控制器参数的工程整定，主要是针对单容储液槽的水 位平衡进行机理建模。本设计要求完成如下两个大的设计任务，分别是： 1）对某一工程对象进行机理建模，应用 MATLAB 软件对给定的工程数据进行工程测试建 模。 2）对所建立的被控对象（广义）数学模型，应用 MATLAB 软件，建立闭环控制系统模型， 并进行工程整定的仿真。最终给出仿真结果和结论

4、。 2 2 2 设计方案设计方案 2.1 建模的一般方法 建立被控过程数学模型的方法一般有：机理建模、试验建模、混合建模。 机理建模是根据对象或是生产过程的内部机理， 写出各种有关的平衡方程， 如物料平衡 方程、能量平衡方程、动量平衡方程以及某些设备方程、化学反应定律等，从而得到对象的 数学模型。 这类模型通常称为机理模型。 这种方法建立的模型的最大优点是具有非常明显的 物理意义，模型具有很大的适应性，便于模型参数的调整。 试验建模是在机理建模难以建立的情况下， 可以采用试验建模的方法得到对象的数学模 型。试验建模针对所要研究的对象，人为地施加一个输入作用，然后用仪表记录表征对象特 性的物理量随着时间变化的规律， 得到一系列的试验数据或者是曲线。 通过对曲线的分析获 得必要的规律信息。 混合建模将机理建模和试验建模结合起来就是混合建模。 混合建模是一种比较实用的方 法， 它先由机理分析的方法提出数学结构模式， 然后对其中某些未知的或不确定的参数利用 试验的方法予以确定。 2.2 控制体统参数的工程整定 方法一：经验法：根据经验和先验知识确定一组参数，然后根据各参数的影响，调整参