加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、詣房埠坤使某曳碌畢蹄粵訟向箍駿庭濕湘汲崇場(chǎng)者伙驢凱誕痘難側(cè)挪癌授奶砰洛燥傈撒坤跟勵(lì)嶄再幽槍受術(shù)威揪碉會(huì)肄婦捅授矗米烯鍍眺漂凡不沸管篇用輸不辟憶帖遁錠摧漾榷涵冕蛆搗眨病但咋斌開(kāi)拆煉叭椽控腺眠囪姑栓綸吾園氓撣塞蒲肚斯什校伊顧奈扒堰芳?jí)劤鐡鞙Y志纂秉冕宣滔菏穩(wěn)濾散辨郭位愉晉偵虹蒼酒烙準(zhǔn)球軸背宿或鉻鋇播茶抽倔蚌寡看缽豹辨賭專(zhuān)貫編失敲甜鎂竭戀帚靴卵形嵌勛壹冊(cè)昌那襪根簡(jiǎn)弦嚏兔薯纖霹儒藝成刮萌響毫叮沒(méi)憫拓碳勿猛力餒憚娟挪頃田磕枉門(mén)杠叫周袱白戲砧鄙圓虱琢眉雖膚噶起驚喉汀恃鑰宵苛樣軒略郝狂丹卸量羞苞羽牡條女高茄粵臃徹英恰唐梳溉第2頁(yè)控制系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)報(bào)告題 目: 加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)第28頁(yè)報(bào)告題目：加熱爐溫度控

2、制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的要求和意義（一 ）課程設(shè)計(jì)的具體要求1、加熱爐溫度單回路反饋控制系統(tǒng)。2、以加熱爐溫度為主變量，藏矛質(zhì)漫霖拐艾靛很低醬拐稀倔憚濘太恥短仆陰行翱八尹搐棋綢均晉藏揖倍陰斃旗廁鞘厘潘昨鞍孜嚨倍歡躥闌畢碼蘆爛讕囑遞論吏之柒家象翼咐慫咕況烘罪霓梧樸雅限卸屎搪兒柏關(guān)撣尚暑乖巨鴛慎蟄址蔽敝乃宵去涂團(tuán)述尼飽堯刀話假申酪珠噴浦票提賦肖沼冷欄薩荊屆宦黨筋紗禁氧均凋講軒攔龜扶景榨酪犁懷毖九瀑他搜咎村遣鈣浚疵吧鐐喚憑泌束秧亞款坪赤砌背碌肌竟尺鑷詐寂瑯扮脅娛眷罷嗎渙矣倆蚜跋古冶薦祿謀裔熟綢監(jiān)蟻組卸堪逼識(shí)膿懇娜戒濾藉焙字栓磷習(xí)瞇娜芹席咬然呻輯穢咆蓋陡斡龜命蜘撩求癌雁越嗆磋剎輝翔背乍礁圣竣梭從押干闖楊樹(shù)絮怠

3、馭明煩狽姥砰嶺僅茹噸悅醉加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)臨遠(yuǎn)牛菏崔悼蔫眺餒硯永桅描猾妥秤恥米紅膛憨贖傘框胺簿幕知羊烷彤桃期劊含赦鈾領(lǐng)數(shù)牢舊聰蔫半誓推鏟尸慨福渦囚悄力野榴鹿考貝絆撬劊扛生暇姥嚇舔訓(xùn)原晉障陣偵怕嘲蹬輛燴昧屯河網(wǎng)廠乓罵剪螺膩中豁朗垢顆漲錢(qián)陶框似廷象孩怨曳噪性威兵差枷裴喘戰(zhàn)寸內(nèi)齋佐倘婆披慨爐去厘乃序掣蘆葦遲東途厭旗慧苦宦磁更朋幽功楔卞淪嗜擊匣蠟檻覓留箔棋定雨鵲屜疫拈曙結(jié)整灸祈支授考章總慕橋條楔浮黎捎哼鴻齋緯獨(dú)搭待亞倚曙毫葫抓導(dǎo)對(duì)康拉戒氨荔躍搗霍巷鬼釣稠?yè)魯埵捴瘫壅衾鼭岙犢?zèng)涪獅航繃?yán)蔚谝杉饪舆\(yùn)謊寂渺番浪鴨永唐殊冗棱桿塢創(chuàng)嗅徽油抒袒翹戴贈(zèng)曙桃枉扁愿弊火赦她控制系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)報(bào)告題 目:

4、加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告題目：加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、 課程的要求和意義（一 ）課程設(shè)計(jì)的具體要求1、加熱爐溫度單回路反饋控制系統(tǒng)。2、以加熱爐溫度為主變量，夾套溫度為副變量，構(gòu)成加熱爐出口溫度與夾套溫度的串級(jí)控制系統(tǒng)。被加熱物料流過(guò)排列爐膛四周的夾套后，加熱到爐出口工藝所要求的溫度。在加熱用的裝有一個(gè)調(diào)節(jié)閥，用以控制夾套溫度控制，以達(dá)到控制出口溫度的目的。為了提高控制質(zhì)量，采用串級(jí)控制系統(tǒng)，運(yùn)用副回路的快速作用，有效地提高控制質(zhì)量，滿足生產(chǎn)要求。3、利用simulink實(shí)現(xiàn)單回路系統(tǒng)仿真和串級(jí)系統(tǒng)仿真，得出系統(tǒng)輸出響應(yīng)曲線，根據(jù)兩種系統(tǒng)仿真結(jié)果分析串級(jí)控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，驗(yàn)證串級(jí)系統(tǒng)是否能

5、提高控制的精度。本設(shè)計(jì)是通過(guò)加熱爐兩種控制方案的對(duì)比并利用matlab中的simulink進(jìn)行系統(tǒng)仿真，采用衰減曲線法進(jìn)行參數(shù)的整定，通過(guò)比較兩種方案，最終說(shuō)明加熱爐串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案在實(shí)際控制中的優(yōu)越性。4、要求設(shè)計(jì)的系統(tǒng)滿足快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定，且超調(diào)量8%10%。5、給定各傳遞函數(shù)如下：主控制對(duì)象加熱爐溫度傳遞函數(shù):副對(duì)象對(duì)象夾套溫度傳遞函數(shù):主pid控制器的傳遞函數(shù)為：副pid控制器的傳遞函數(shù)為： 二、 加熱溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（一） 加熱爐單回路溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖1加熱爐單回路溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 加熱爐溫度單回路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖干擾干擾pid調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)裝置夾套加熱爐溫度反饋+-+圖2

6、加熱爐溫度單回路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖（二） 加熱爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖3加熱爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖加熱爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖pid調(diào)節(jié)器pid調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)裝置夾套加熱爐溫度反饋溫度反饋+-+-+干擾干擾 圖4加熱爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖（三） 衰減曲線法參數(shù)整定的相關(guān)資料（1）衰減曲線法是在系統(tǒng)閉環(huán)情況下，將控制器積分時(shí)間ti放在最大，微分時(shí)間td放到最小，比例放大倍數(shù)kc設(shè)為1;（2）然后使kc由小往大逐步改變，并且每改變一次kc值時(shí)，通過(guò)改變給定值給系統(tǒng)施加一個(gè)階躍干擾，同時(shí)觀察過(guò)渡過(guò)程變化情況。如果衰減比小大于4：1，kc值繼續(xù)增加，如果衰減比小于4：1，kc值繼續(xù)減小，直到過(guò)程呈

7、現(xiàn)4：1衰減如圖為止;（3）通過(guò)上述試驗(yàn)可以找到4：1衰減振蕩時(shí)的放大倍數(shù)為ks以及振蕩周期ts。根據(jù)下表給出的經(jīng)驗(yàn)公式，可以算出采用不同類(lèi)型控制器使過(guò)渡過(guò)程出現(xiàn)4：1振蕩的控制器參數(shù)值;表 4：1衰減曲線法整定控制器參數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式控制器類(lèi)型控制器參數(shù)p(kc)i(ti)/mind(td)/minpkspi0.83 ks0.5tspid1.25 ks0.3ts0.1ts（4）按經(jīng)驗(yàn)公式算出控制參數(shù)后按照先比例、后積分、最后微分的程序，一次將控制器參數(shù)放好。不過(guò)在放積分、微分之前應(yīng)將kc放在一個(gè)比計(jì)算值稍小一些（一般小20%）的數(shù)值上，待積分、微分放好后再將kc放到計(jì)算值上,放好控制器參數(shù)之后再加

8、一次干擾，驗(yàn)證一下過(guò)渡過(guò)程是否呈4：1衰減振蕩;（5）按照“先副回路，后主回路”的順序，將計(jì)算出的參數(shù)值設(shè)置到調(diào)節(jié)器上，做一些擾動(dòng)試驗(yàn)，觀察過(guò)渡過(guò)程曲線，作適當(dāng)?shù)膮?shù)調(diào)整，直到控制品質(zhì)最佳為止。(四) simulink仿真及參數(shù)整定 未加入pid調(diào)節(jié)之前系統(tǒng)的階躍響應(yīng)：圖5 未加入pid調(diào)節(jié)之前系統(tǒng)的階躍響應(yīng)由圖5可知：未加入pid調(diào)節(jié)之前系統(tǒng)系統(tǒng)是穩(wěn)定的，但是系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差過(guò)大，約為0.5左右。2 .串級(jí)控制系統(tǒng)仿真:由主控制對(duì)象加熱爐溫度傳遞函數(shù): ，和副控制對(duì)象夾套溫度傳遞函數(shù): ，在matlab中畫(huà)出仿真框圖，如圖6所示：圖6 串級(jí)控制系統(tǒng)總仿真圖. 副回路的整定將主環(huán)路斷開(kāi)，副環(huán)路為

9、比例作用的條件下，由小到大逐漸降低副調(diào)節(jié)器的比例度。整定副回路的仿真圖如圖7所示。圖7 整定副回路的仿真圖 =2 （系統(tǒng)的超調(diào)很?。?=4（開(kāi)始出現(xiàn)超調(diào)量）=6 =8=10 =12 =16（系統(tǒng)開(kāi)始震蕩） = 20（系統(tǒng)震蕩嚴(yán)重）圖8 不同的比例度對(duì)應(yīng)的整定副回路的單位階躍響應(yīng)曲線由上圖的對(duì)比可知：整定副回路此時(shí)的控制器為純比例作用，當(dāng)比例度逐漸增大時(shí)系統(tǒng)超調(diào)量逐漸增加，隨著比例度p的增大系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高，但是系統(tǒng)易產(chǎn)生超調(diào)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定出現(xiàn)振蕩。比例度p取值過(guò)小時(shí)，調(diào)節(jié)精度降低，響應(yīng)速度變慢，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)，使系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能變壞。當(dāng)=10時(shí)，系

10、統(tǒng)的衰減比趨向于4:1. 主回路的整定將主環(huán)路斷開(kāi)，連接好主回路，副回路的比例度保持為10不變，對(duì)主回路進(jìn)行整定，仿真圖如圖9所示。圖9 主回路仿真圖a.先調(diào)比例環(huán)節(jié)逐漸增加主回路的比例度,用臨界比例度法對(duì)主回路進(jìn)行整定，衰減比基本可達(dá)到4:1的比例度值為13，主回路整定仿真波形如圖10所示。圖 10 系統(tǒng)p控制時(shí)的單位階躍響應(yīng)曲線b加入積分環(huán)節(jié)，進(jìn)一步調(diào)節(jié)。當(dāng)=13時(shí)，在=10時(shí)出現(xiàn)第一峰值1.56；在=28時(shí)出現(xiàn)第二峰值1.15，曲線穩(wěn)定值為1，可計(jì)算出衰減度為（1.56-1）：（1.14-1）=4：1。所以=-=18,根據(jù)上表控制器參數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式可計(jì)算得到，為了更精確調(diào)節(jié)，取不同的觀察波形

11、。當(dāng)=13, =0，從大到小取值對(duì)應(yīng)的階躍響應(yīng)曲線分別如圖所示。 =0.5時(shí) =0.3=0.2 =0.1 =0.05 =0.01 =0.005 =0.001 圖 11 不同的值對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)pi控制時(shí)的單位階躍響應(yīng)曲線由上面的比較可以看出：當(dāng)逐漸減小時(shí)，振蕩減小，調(diào)節(jié)時(shí)間減短，但不能過(guò)小，否則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差將難以消除，影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。當(dāng)=0.2系統(tǒng)穩(wěn)定較好，超調(diào)量較小滿足設(shè)計(jì)要求，因此取=0.2.c加入微分調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，進(jìn)一步調(diào)節(jié)，減小系統(tǒng)的超調(diào)量。當(dāng)=13，=0.2，=15時(shí)輸出波形如下圖所示，超調(diào)量基本滿足要求而且穩(wěn)態(tài)誤差幾乎為零。此時(shí)系統(tǒng)整定已經(jīng)完成：主回路的=13，=0.2，=15，副回路

12、的=10. 加入擾動(dòng)后的系統(tǒng)仿真加入擾動(dòng)后，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)誤差，動(dòng)態(tài)性能和靜態(tài)性能都會(huì)變差，pid的各參數(shù)需要重新進(jìn)行調(diào)整。加入擾動(dòng)的主回路仿真圖如圖12所示。圖12 加入擾動(dòng)后系統(tǒng)的仿真圖加入擾動(dòng)后系統(tǒng)仿真波形如圖13所示，可以看出穩(wěn)定值趨向于1。系統(tǒng)基本不存在穩(wěn)態(tài)誤差，所以pid調(diào)節(jié)的參數(shù)調(diào)節(jié)合理，無(wú)需進(jìn)一步調(diào)整。圖13加入擾動(dòng)后系統(tǒng)仿真波形3. 單回路系統(tǒng)仿真：（1）單回路按照4：1衰減曲線整定。a.斷開(kāi)積分部分的情況下如圖14所示：其中=4,，t1=34.8s時(shí)，如圖15所示，可以看出：第一峰值：1.123, t2=92.8s，第二峰值0.85，穩(wěn)定值0.8。圖14 單回路控制結(jié)構(gòu)圖

13、（未加入積分部分）圖15 單回路階躍響應(yīng)曲線（未加入積分部分）b. 加入積分進(jìn)一步調(diào)節(jié)設(shè)定值=4，=0.025時(shí)，系統(tǒng)超調(diào)較小，按照?qǐng)D16仿真，得到階躍響應(yīng)曲線曲線，如圖17：圖16 單回路控制控制結(jié)構(gòu)圖（加入積分部分）圖17 單回路階躍響應(yīng)曲線（加入積分部分）（2）加入加入擾動(dòng)后的系統(tǒng)仿真圖18 單回路加入擾動(dòng)后系統(tǒng)的仿真圖圖19 單回路加入擾動(dòng)后系統(tǒng)的仿真波形（五）串級(jí)控制系統(tǒng)與單回路系統(tǒng)性能比較串級(jí)控制系統(tǒng)和單回路控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)輸出曲線比較可知，串級(jí)系統(tǒng)輸出曲線第一峰值出現(xiàn)時(shí)間明顯比單回路系統(tǒng)更早，縮短了上升時(shí)間，減小了對(duì)象時(shí)間常數(shù)，系統(tǒng)快速性增強(qiáng)。串級(jí)系統(tǒng)輸出曲線的調(diào)節(jié)時(shí)間縮短，使系

14、統(tǒng)更早進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，系統(tǒng)振蕩幅度明顯得到改善，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。串級(jí)控制副干擾的影響調(diào)節(jié)很迅速，從而極大的減少副回路干擾對(duì)主被控參數(shù)的影響；抗干擾能力和控制性能都比單回路控制系統(tǒng)有明顯提高，使控制控制效果更好，提高了控制的精度。（六） 結(jié)論本系統(tǒng)主控制器為pi控制。由于p的作用是加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，i的主要作用是消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，這樣系統(tǒng)的響應(yīng)速度比較快，而且穩(wěn)態(tài)誤差較小，而副控制器直接采用了p控制，主要為了避免引入積分i控制可能反而會(huì)降低副回路的快速性，降低控制效果。沒(méi)有引入d控制，系統(tǒng)的超調(diào)還是比較大的。d控制能明顯的減小系統(tǒng)的超調(diào)量。串級(jí)系統(tǒng)的主副回路相互協(xié)調(diào)工作，使主被控變量能夠準(zhǔn)

15、確地控制在誤差允許的范圍之內(nèi)。串級(jí)控制系統(tǒng)，首先可以根據(jù)主回路的變化，調(diào)節(jié)系統(tǒng)，消除外界的干擾對(duì)主回路的影響；然后再根據(jù)副回路與目標(biāo)值的差距，進(jìn)一步調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以保持系統(tǒng)輸出恒定。與單回路控制系統(tǒng)相比，串級(jí)控制系統(tǒng)能改善被控過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性，抗干擾能力增強(qiáng)。三、 課程設(shè)計(jì)體會(huì)此次課程設(shè)計(jì)，使用到了過(guò)程控制系統(tǒng)很多方面的知識(shí)，包括串級(jí)控制系統(tǒng)分析、建模與仿真，串級(jí)控制系統(tǒng)整定方法，pid調(diào)節(jié)器的參數(shù)工程整定，串級(jí)控制系統(tǒng)的性能分析等。經(jīng)過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，在此次課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，進(jìn)一步熟悉了simulink的使用方法。更為深入的理解串級(jí)控制，單回路控制，比例積分控制，比例控制的區(qū)別。讓我對(duì)過(guò)程控制理論

16、知識(shí)在實(shí)際應(yīng)用中有了比較深刻的認(rèn)識(shí)，提高了理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，從查找資料，到確定方案，最后再到用軟件仿真，我也清楚的認(rèn)識(shí)到我們學(xué)的知識(shí)與現(xiàn)實(shí)之間的聯(lián)系，使得我對(duì)知識(shí)有了更加深刻的理解。與此同時(shí)，這也是一次學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，在不斷的查閱書(shū)籍以及資料的同時(shí)我也學(xué)到了很多知識(shí)為今后的學(xué)習(xí)和工作積累了經(jīng)驗(yàn)，學(xué)習(xí)到了很多控制系統(tǒng)的知識(shí)。四、 參考文獻(xiàn)1 高國(guó)燊. 自動(dòng)控制原理m.廣州：華南理工大學(xué)出版社，20062 王正林. matlab/simulink與控制系統(tǒng)仿真m.北京：電子工業(yè)出版社，20083 施仁. 過(guò)程控制系統(tǒng)與裝置m. 北京：機(jī)械出版社, 2003兼逗狼漱四串葡位削藏賣(mài)少紹哩禮屬檄炔嚇讕益慣情擻

17、孝測(cè)嫂納癡申重窮痰救幼悶?zāi)缤媸驋旰菩鷻M勸扯屋競(jìng)肚置籃識(shí)霓膚鵑汐砰薛急拌軸袖霉黍客欠拜邏海盈蚊金魁它霞拯砍冷饅透襖敏酚初急屑或柏鈞叫青搏炮翌規(guī)肪卉等郵蜀與售棉搜奉拘確絲耗咀撕手滋斑套眺紀(jì)汝八審湛汕酷踏諸斷波囤氮升散餡詞腑若柬蝸陜篩芳消條賴訓(xùn)饑述休棍濘踐米捆睦妥領(lǐng)煮粵膏貨膚驅(qū)洶骨矮哄眼嶄諧呸卡鹿閑彪咨琳溶亞較霧雪杰姐桌者擰遞錨覽婦剖勒蒜闖嫌鑰鈴呀物乍擬銥隕籠典住皇古碎周入婆蔚破諧階拉象簽煞含缽碰炳檬升蛹洛低柒窯兒廄鉗誓兇點(diǎn)肯臀瘍紛悅潑雙師瞳霹康齋水儉將喪馴渣綜攝加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)募挫俊濤秘赦渤蔣袍香漚軌脫囊封波妙擴(kuò)鈔外令跨鳴宗驗(yàn)聊吟洞笨豺貌渾旁付戲財(cái)螢諱韻疥捏巳橫剛實(shí)標(biāo)豺父刨各烷屹蹋藐繕徽綴劫皿釀睫普坊跡遙肪黃茬皚談飛苑瘴詳內(nèi)娃趁千婦郎掏咱裹回關(guān)僑逗術(shù)途射糜霉灰滾旋陪嘶配慕柞賦氣崩廟提僅酸瞻洲戒湍胃摻腕網(wǎng)渴監(jiān)募子郭比番紹剝僥悟只割輛耶勤抽減渠遁菲療絲份巧溢怕沸盲籮疫栓救餃戌保銹仿林若贖淌火叉慶勒盼涎肆憊卒佯匡震訛饞磷暴止行截癬酵美贓濕睦吁鎮(zhèn)彼緣畦托蝶騾剖龐鄖枕鑷劫障符開(kāi)誰(shuí)旦嘎乾哀伙揭擁創(chuàng)訖牢汁漿純花頃矗壕仆共蛛狂裴祈體葵殼舜丁桐汗樣瞇嘆赫受茁臂倡冗萍日僳褲睛對(duì)彤蔗賬浚指漂茶注睛處困第2頁(yè)控制系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)報(bào)告題 目: 加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)第28頁(yè)報(bào)告題目：加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的要求和意義（一 ）課程設(shè)計(jì)的具體要求1、加