串级控制过程控制课程设计

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1、 1 设 计 内 容 与设计要求设 计 内 容 与设计要求 设计内容：设计内容： 某隧道窑炉系统，考虑将燃烧室温度作为副变量， 烧成温度为主 变量，燃烧室温度为副变量的串级控制系统中主、 副对象的传递函数 分别为： G01(s)=1/(30s+1)(3s+1);g02(s)=1/(10s+1)(s+1)2); 主控制器采用比例积分控制，副控制器采用比例控制。 设设计要求：计要求： 试分别 采用 单回 路控制 和串 级控制 设计 主、副 PID 控 制 器的 参数，并给出 整定 后系统 的阶 跃响 应曲线 和阶 跃扰 动 的 响 应 曲 线， 并说 明不 同控制 方案 对系统 的影 响。 2 目

2、目 录录 第 1 章 概述. 1 第 2 章 系统总体方案. 2 2.1 隧道窑的结构 2 2.2 方案比较 2 2.3 方案选择 . 4 第 3 章 系统控制参数的选择. 5 3.1 串级控制系统选择. 5 3.1.1 主变量的选择. 5 3.1.2 副变量的选择. 5 3.1.3 操纵变量的选择. 5 3.2 调节阀开关形式的选择 6 3.3 传感器、变送器的选择 6 3.4 控制器的选择 7 3.4.1 控制器控制规律的选择. 7 3.4.2 控制器正、反作用选择. 7 3.4.3 控制器选型. 8 第 4 章 系统调试 10 4.1 系统参数的整定 10 4.2 系统仿真 . 10 第

3、 5 章 心得体会 14 参考文献. 15 1 第第 1 1 章章 概述概述 随着人们物质生活水平的提高以及市场竞争的日益激烈， 产品的质量和功能也向更高的 档次发展，制造产品的工艺过程变得越来越复杂，为满足优质、高产、低消耗，以及安全生 产、保护环境等要求，做为工业自动化重要分支的过程控制的任务也愈来愈繁重。 在现代工业控制中, 过程控制技术是一历史较为久远的分支。 在本世纪 30 年代就已有 应用。过程控制技术发展至今天, 在控制方式上经历了从人工控制到自动控制两个发展时 期。在自动控制时期内，过程控制系统又经历了三个发展阶段, 它们是：分散控制阶段, 集中控制阶段和集散控制阶段。几十年来

4、，工业过程控制取得了惊人的发展，无论是在大规 模的结构复杂的工业生产过程中， 还是在传统工业过程改造中， 过程控制技术对于提高产品 质量以及节省能源等均起着十分重要的作用。 目前，过程控制正朝高级阶段发展，不论是从过程控制的历史和现状看，还是从过程控 制发展的必要性、可能性来看，过程控制是朝综合化、智能化方向发展，即计算机集成制造 系统(CIMS)：以智能控制理论为基础，以计算机及网络为主要手段，对企业的经营、计划、 调度、管理和控制全面综合，实现从原料进库到产品出厂的自动化、整个生产系统信息管理 的最优化。 本次课程设计是隧道窑的温度课程系统，而隧道窑是对陶瓷制品进行预热、 烧成、冷却的装置

5、。因为几个环节都涉及到温度的控制，因此隔焰隧道窑的温度 是生产工艺的一项重要指标，温度控制的好坏将直接影响产品的质量。 如果火焰 直接在窑道烧成带燃烧，燃烧气体中的有害物质将会影响产品的光泽和颜色，所 以就出现了隔焰式隧道窑。火焰在燃烧室中燃烧，热量经过隔焰板辐射加热烧成 带。 另外随着现代工业生产的迅速发展，对工艺操作条件的要求更严格，对安全 运行及对控制质量的要求也更高。而因为隧道窑温度的变化比较慢，所以滞后比 较大。综上所述，须设计一套以温度为控制变量的控制系统。 该控制系统的生产工艺要求： 可以实现对整个隧道窑的工艺流程的控制。 能够克服较大的滞后。 能够自动控制窑内温度，并达到所需精

6、度。 2 第第 2 2 章章 系统总体方案系统总体方案 2.1 2.1 隧道窑的结构隧道窑的结构 隧道窑的整个窑炉主要包括窑炉主体结构、窑头封闭气幕及排烟系统、搅拌 风系统、燃烧系统、窑尾冷却系统、车下冷却风系统、余热利用系统、窑车、自 动控制系统等。 制品在窑道的烧成带内按工艺规定的温度进行烧结，烧结温度一般为 1300，偏差不得超过5C。所以烧成带的烧结温度是影响产品质量的重要控制指 标之一，因此将窑道烧成带的温度作为被控变量，将燃料的流量作为操纵变量。 如果火焰直接在窑道烧成带燃烧， 燃烧气体中的有害物质将会影响产品的光泽和 颜色。因此，我选用了隔焰式隧道窑，让火焰只在燃烧室中燃烧，热量经过隔焰 板辐射加热烧成带。 2 2. .2 2 方案比较方案比较 制品在窑道的烧成带内按工艺规定的温度进行烧结，烧结温度一般为 1300，偏差不得超过5C。所以烧成带的烧结温度是影响产品质量的重要控制指 标之一，因此将窑道烧成带的温度作为被控变量，将燃料的流量作为操纵变量。 如果火焰直接在窑道烧成带燃烧， 燃烧气体中的有害物质将会影响产品的光泽和 颜色，所以就出现