過程控制課程設(shè)計燃油加熱爐溫度控制系統(tǒng)

實用文檔實用文檔燃油加熱爐溫度控制系統(tǒng)張虹燃油加熱爐溫度控制系統(tǒng)張虹20年1310月30日《過程控制》課程設(shè)計題目:班級：學(xué)號：姓名：同組人員：任課教師：完成時間：

目錄一、設(shè)計任務(wù)及要求二、被控對數(shù)-3學(xué)模型建模及對象特性分析2.1對象數(shù)學(xué)模型的計算及仿真驗證2.2對象特性分析三、控制系統(tǒng)設(shè)計3.1 基 5本控制方案3. 52 控制儀表選型3. 93 參數(shù)整定計算3.---104控制系統(tǒng)MATL仿真3.5 仿真結(jié)果分析一、設(shè)計任務(wù)及要求1.在模殼澆鑄、焙燒時常用燃油爐，燒制過程中需要對溫度加以控制，對一個燃油爐裝置進(jìn)行如下實驗，在溫度控制穩(wěn)定到50℃0時，在開環(huán)狀態(tài)下將執(zhí)行器的輸入燃油流量增加大約25%，即AIq=1.2T/h，持續(xù)At=100s后結(jié)束，等間隔At=100s記錄爐內(nèi)溫度變化數(shù)據(jù)如下表，試根據(jù)實驗數(shù)據(jù)設(shè)計一個超調(diào)量8<20%的無差溫度控制系統(tǒng)。點PA9℃點A9℃具體設(shè)計要求如下:根據(jù)實驗數(shù)據(jù)選擇一定的辨識方法建立對象的模型；根據(jù)辨識結(jié)果設(shè)計符合要求的控制系統(tǒng)（給出帶控制點的控制流程圖，控制系統(tǒng)原理圖等，選擇控制規(guī)律）；畫出控制系統(tǒng) 圖；據(jù)設(shè)計方案選擇相應(yīng)的控制儀表（Z-繪制原理接線圖；（4）對設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行仿真設(shè)計，首先按對象特性法求出整定參數(shù)，然后按4:衰1減曲線法整定運(yùn)行參數(shù)。（5★用 進(jìn)行組態(tài)設(shè)計。

二、被控對數(shù)學(xué)模型建模及對象特性分析2.對1象數(shù)學(xué)模型的計算及仿真驗證根據(jù)矩形脈沖響應(yīng)數(shù)據(jù)，得到階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相應(yīng)的歸一化處理，得：表2A?！鎜A0℃4則(8)(g)△ ℃%畫出圖像:程序如下：畫出脈沖響應(yīng)曲線畫出單位階躍響應(yīng)曲線畫出歸一化階躍響應(yīng)輸出曲線脈沖響應(yīng)及階躍響應(yīng)輸出曲線10.9X:900Y:0.810.80.70.6■/0.5X:400YY:0.4250.40.30.20.1■1100 500 1000 1500 2000 2500歸一化輸出曲線,得:,得:因為所3以3選＜用02.階4傳6函,。TT+T^ (t+1)。1 22.1612TOC\o"1-5"\h\zTT t又因為：_1^2—氏(1.744—0.55),(T+T)2 t12 2求得，得到對象傳遞函數(shù)為：0000000000000000000000對象仿真圖如下：0000000000000000000000為二階自衡對象，沒有純延遲環(huán)節(jié)。自衡率P—二8響應(yīng)速度￡一三、控制系統(tǒng)設(shè)計3.基1本控制方案從設(shè)計的簡約性和實用性考慮，首先考慮單回路的控制方法，由于對象的容量較大，而爐內(nèi)溫度的測量較難，所以單回路的控制方法難以得到較好的效果，所以經(jīng)過仔細(xì)比較，最終決定采用雖然復(fù)雜一些，但是控制效果更好的串級控制方法。為了更好的反應(yīng)串級方式相對于單回路的優(yōu)點，小組決定用兩種控制方法都試驗一下，用事實說話。（1）首先采用單回路控制方法，考慮到系統(tǒng)的速度和穩(wěn)定性的要求，選用 控制規(guī)律。單回路系統(tǒng)控制原理圖如下

根據(jù)對象特性整定參數(shù)（采用齊勒格-尼克爾整定方法）根據(jù)對象特性整定參數(shù)（采用齊勒格-尼克爾整定方法）變送器增益：GrG/^-GGGGGGGGG℃GGGGGGGGG調(diào)節(jié)閥增益：G=100%—0%=6.25(%/mA)v 20—4得廣義對象傳函：得廣義對象傳函： GGGGGGGGGGGGffiGGGGGG根據(jù)廣義對象畫出輸出曲線見圖5，程序：StepResponse0.14Time(sec)0.16005001000 1500 20002500 30000.120.10.08mA0.060.040.02StepResponse0.14Time(sec)0.16005001000 1500 20002500 30000.120.10.08mA0.060.040.02讀圖可知：T最終整定參數(shù)如下：SeT ；GGGG； T5T=30;參數(shù)帶入控制器之后震蕩劇烈，穩(wěn)定性差，所以減小，適當(dāng)增加，經(jīng)

過多次調(diào)節(jié)之后取 ,仿真圖帶擾動如下很明顯，調(diào)節(jié)速度慢，而且超調(diào)過大，所以舍棄這種方法。（2）串級控制方式：1.擾動分析：燃料：壓力、流量、成分和熱值等原料：進(jìn)料量、進(jìn)料溫度若爐內(nèi)溫度作為副被調(diào)量，擁有客服克燃料油影響，如溫度、成分等，其所屬擾動包含了較多擾動，即可能多的擾動可進(jìn)入副回路。串級控制系統(tǒng)中，由于引進(jìn)了副回路，不僅能迅速克服作用于副回路內(nèi)的干擾，也能加速克服主回路的干擾。副回路具有先調(diào)、初調(diào)、快調(diào)的特點；主回路具有后調(diào)、細(xì)調(diào)、慢調(diào)的特點，對副回路沒有完全克服干擾的影響能徹底加以消除。2在.串級控制系統(tǒng)中，主、副調(diào)節(jié)器所起的作用不同主。調(diào)節(jié)器起定值控制作用，副調(diào)節(jié)器起隨動控制作用，這是選擇調(diào)節(jié)器規(guī)律的基本出發(fā)點。在燃油爐溫度串級控制系統(tǒng)中，我們選擇原料油出口溫度為主要被控參數(shù)，選擇爐壁溫度為副調(diào)參數(shù)。由于原料油溫度影響產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，工藝要求嚴(yán)格，又因為加熱爐串級控制系統(tǒng)有較大容量滯后，所以，主回路選擇調(diào)節(jié)作為主調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律，而副回路由于考慮穩(wěn)定性的原因，考慮用控制規(guī)律。調(diào)節(jié)閥：從安全考慮，選氣開，為正v副對象：調(diào)節(jié)閥開，爐膛溫度升高，為正p2副調(diào)節(jié)器：為正，即反作用調(diào)節(jié)器c2主對象：爐溫升高，出口溫度升高，為正p1主調(diào)節(jié)器：為正，即反作用調(diào)節(jié)器c1為正，切主調(diào)時主調(diào)不改變作用方式調(diào)控制流程圖控制系統(tǒng)原理圖：控制系統(tǒng)圖：控制儀表選型.溫度變送器變送器選用Ill控制儀表。在主回路的對象為原料油出口溫度，約為度，故所設(shè)計的的范圍為度0控制儀表選型.溫度變送器變送器選用Ill控制儀表。在主回路的對象為原料油出口溫度，約為度，故所設(shè)計的的范圍為度0到度0。副對象為爐膛溫度比較高，故所選的變化的范圍60度0到主回路的變送器傳函：GGGGQGGGGGGGGGGGGGGGGG副回路的變送器傳函:主回路的變送器傳函：GGGGQGGGGGGGGGGGGGGGGG副回路的變送器傳函:GGGGQGGGGGGGGGGGGGGGGG根據(jù)設(shè)計要求變送器檢測溫度范圍較大，選擇量范圍為智能溫度變送器，測，單根據(jù)設(shè)計要求變送器檢測溫度范圍較大，選擇量范圍為智能溫度變送器，測，單通遒、5?，通道。?熱電阻、淤電偶■專伏輸入?葉莫以望、RS-485、緡電器捶點信號笳出?！鲚斎?崎出/電酉三隔離-傳輸精虐±0,1%*…模化設(shè)計，體積小，功耗低?！比悄?，數(shù)字化，可編程心香湍子可帝電插撥，便于安裝、維護(hù)?！?biāo)能的3ammI導(dǎo)軌卡式安裝◎控制器要求具有調(diào)節(jié)功能，選擇模糊自整定調(diào)節(jié)器控制器要求具有調(diào)節(jié)功能，選擇模糊自整定調(diào)節(jié)器原理接線圖閥門的選擇由于燃油具有較強(qiáng)的腐蝕性，里面的殘渣比較多，而且由于安全性的要求，所以，經(jīng)過比較最終決定選擇氣動蝶閥，最大流量大于 每小時。3.參3數(shù)整定由上面討論可知主回路選用控制，副回路選用控制，所以參數(shù)整定如下：1.副回路參數(shù)整定調(diào)節(jié)副環(huán)。將主調(diào)節(jié)器跖設(shè)為，K4口K?設(shè)為，副調(diào)器K，設(shè)為p1 I1 D1 p2逐步調(diào)節(jié)副回路的。此時經(jīng)過微小調(diào)整得到副回路控制器Kc22、主回路整定：將副調(diào)節(jié)器K= 6主回路加入，逐步調(diào)節(jié)K、T、T的值，使輸出c2 c1 I1 D1符合要求，記下此時的， ，仿真圖帶擾動如下

將兩者比較如下：分析:經(jīng)過改進(jìn)，串級控制系統(tǒng)的超調(diào)量只有約為3%，符合控制要求，并且調(diào)節(jié)時間也有很大程度上改善，通過與單回路控制對比可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)特有很大改善。擾動分析：從圖中可以看出，在時分別加入幅值為的干擾信號，串級控制對擾動有很強(qiáng)的抗干擾能力。相比較上圖的單回路抗擾動輸出，又可以看出的串級控制的優(yōu)越性。3.仿5真結(jié)果分析通過仿真結(jié)果可以看到，串級控制系統(tǒng)可以跟好的實現(xiàn)工程要求，有效克服擾動，很好的實現(xiàn)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。串級控制系統(tǒng)中增加了一個包含二次擾動的副回路，使系統(tǒng)改善了被控過程的動態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率；對二次擾動有很強(qiáng)的克服能力；提高了對一次擾動的克服能力和對回路參數(shù)變化的自適應(yīng)能力。綜上所述，本設(shè)計選擇串級控制系統(tǒng)。四：設(shè)計總結(jié)此次課程設(shè)計---加熱爐出口溫度與爐膛溫度串級控制系統(tǒng)設(shè)計，使用到了過程控制系統(tǒng)很多方面的知識，包括串級控制系統(tǒng)分析、建模與仿真，串級控制系統(tǒng)整定方法，調(diào)節(jié)器的參數(shù)工程整定，串級控制系統(tǒng)的性能分析等。剛開始設(shè)計時，在主、副控制器選擇上，考慮到主被控變量是加熱爐溫度，允許波動的范圍很小，要求無余差，主控制器選了控制。副控制器直接采用了控制考慮到如果引入積分控制可能反而會降低副回路的快速性，降低控制效果。在串級系統(tǒng)整定時，開始準(zhǔn)備用