冷凝器温度前馈-反馈控制系统设计与仿真
冷凝器温度前馈反馈控制系统设计与仿真
辽宁工业大学开放性实验报告题冷凝器温度前馈- 反馈控制系统设计与仿院（系）：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：2015.11.19 —2015.11.22辽宁工业大学实验室开放项目任务书2015/2016 学年第一学期注：此表用于申请教学计划外的开放项目，请如实填写，由各院（系）汇总后统办理，报实践教学科一份。
目录第1 章绪论 (1)第2章控制方案介绍 (3)2.1概述 (3)2.2控制原理 (3)2.3实验内容 (4)第3 章系统设计与仿真 (5)3.1 处理延迟环节 (5)3.2 反馈控制系统设计 (6)3.3前馈控制系统设计 (8)第4 章课程设计总结 (11)第1章绪论冷凝器(Condenser) 空调系统的机件，能将管子中的热量，以很快的方式，传到管子附近的空气，大部分的汽车置于水箱前方。
把气体或蒸气转变成液体的装置。
发电厂要用许多冷凝器使涡轮机排出的蒸气得到冷凝；在冷冻厂中用冷凝器来冷凝氨和氟利昂之类的致冷蒸气。
石油化学工业中用冷凝器使烃类及其他化学蒸气冷凝。
在蒸馏过程中，把蒸气转变成液态的装置称为冷凝器。
所有的冷凝器都是把气体或蒸气的热量带走而运转的。
对某些应用来说，气体必须通过一根长长的管子(通常盘成螺线管)，以便让热量散失到四周的空气中，铜之类的导热金属常用于输送蒸气。
为提高冷凝器的效率经常在管道上附加散热片以加速散热。
散热片是用良导热金属制成的平板。
这类冷凝器一般还要用风机迫使空气经过散热片并把热带走。
一般制冷机的制冷原理压缩机的作用是把压力较低的蒸汽压缩成压力较高的蒸汽，使蒸汽的体积减小，压力升高。
压缩机吸入从蒸发器出来的较低压力的工质蒸汽，使之压力升高后送入冷凝器，在冷凝器中冷凝成压力较高的液体，经节流阀节流后，成为压力较低的液体后，送入蒸发器，在蒸发器中吸热蒸发而成为压力较低的蒸汽，从而完成制冷循环。
液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却的物体热量之后，汽化成低温低压的蒸汽、被压缩机吸入、压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器、在冷凝器中向冷却介质( 水或空气) 放热，冷凝为高压液体、经节流阀节流为低压低温的制冷剂、再次进入蒸发器吸热汽化，达到循环制冷的目的。
前馈-反馈控制系统的具体分析及其MATLAB／Simulink仿真
制器参数的工程整定， 使控制系统的设计变得简单、 易行。
关键词 ： 前馈 一反馈控 制 系统 ； Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ ／ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ ； 仿真
１ 引言
随着 生产过 程工艺 的发展 及技 术 的进 步 ，对 自 动控 制系 统的要 求也越 来越 高 。工 业控 制对 象往往 伴 随大量 的干扰 ，采用 常规 的反馈 控制 系统 有时很 难获 得 良好 的控 制质量 ，为 了适应 控制 系统 中存在 的这些 干扰 ，在 控制理论 中提 出了补偿 控制 的基 本
前馈控制器的传递 函数 ； ｃ （ Ｓ ） 为控制通道的传递 节 ， 系统存 在着 稳定 性 问题 。 函数 ； Ｇ ： （ ｓ ） 为被控对象的传递函数 。在扰动量 Ｍ
（ Ｓ ） 的作 用下 ， 系统输 出为 ：
Ｙ（ ｓ ）＝Ｍ（ ｓ ） （ Ｇ ｆ （ ｓ ） Ｇ （ ｓ ） ＋ Ｇ （ Ｓ ）） Ｇ ： （ ｓ ）
Ｙ（ ｓ ） ＝ Ｘ（ ｓ ） Ｇ （ ｓ ） Ｇ （ ｓ ） Ｇ （ ｓ ） ／
（ Ｉ ＋ Ｇ （ ｓ ） Ｇ （ Ｓ ） Ｇ （ ｓ ） Ｈ（ ｓ ））
（ ２）
前 馈控 制 与反馈 控制 的 比较 ： ａ）由图 １ 可知 ， 前 馈 控 制处 于 开 环控 制 状态 ， 其 系统 的稳 定性 依赖 各个 环节 的稳 定性 ，即其 控制
ｂ ）从 式 （ １ ） 可知 ， 前 馈控 制器依 赖 于控制模 型
的准 确性 。不 同 的被控 对象 ， 其设计 结果 也不一 样 ，
相 对来 说 ， 前馈 控制 器是 专用 控制器 。 反 馈控制 系统 经常 采用 的 Ｐ Ｉ Ｄ控制 器是一 种 广泛适用 的控 制器 。
2022复习题
2022复习题（3）在PID控制中，为了提高系统的响应速度，则应加大比例信号（）（4）在控制系统中，控制通道时间常数的大小反映了控制作用的强弱（）（5）增量型PID算式仅仅是计算方法上的改进，并没有改变位置型PID算式的本质（）（6）串级控制系统的主回路可以看成是一个定值控制系统（）（7）在模糊控制中，隶属度函数值一般不会大于1（）（8）在解耦控制中，若矩阵的元素越接近1，表示相关通道受耦合的影响越小（）（9）在选择性控制中，总有一个控制器（调节器）处于开环状态（）(10)分程控制本质上是一个单回路控制系统（）（8）在控制系统中，被控变量是被控制的物理装置或物理过程。
（）（9）对理想微分作用而言，假如偏差固定，即使数值很大，微分作用也没有输出。
（）（10）开环控制是一种没有反馈的简单控制。
（）(10)均匀控制结构上与单回路控制系统完全相同（）（11）自衡的非振荡过程传递函数一般可写为：G()Ke()(T1)（12）不论前馈还是反馈控制系统扰动滞后f都不会影响控制系统的品质()（13）任何串级控制系统副对象的动态滞后总是比整个对象的动态滞后大()（14）前馈控制系统属于开环控制系统()（15）在解耦控制中，相对增益为负值，表示严重关联()（16）实验室控制AE2000A的控制方式中没有计算机控制()（17）在实验室DCS中，J某-300的所有卡件均为热插拔卡件()（18）鲁棒控制是基于含有不确定性的非精确数学模型来设计系统控制器。
()（1）前馈控制适用于什么场合？答：1.前馈控制是按扰动而进行的控制，因此，前馈控制常用于以下场合：一是扰动必须可没，否则无法实施控制;二是必须经常有比较显著和比较频繁的扰动，否则没有必要。
三是存在对被控参数影响较大且不易直接控制的扰动。
3、与单回路控制相比，串级控制系统具有哪些特点？答：1.减小了被控对象的时间常数，缩短了控制通道，使控制作用更加及时。
2.提高了系统的工作频率，使振荡周期减小，调节时间缩短，系统的快速性提高了。
流化床反应器温度前馈-反馈控制系统设计方案1.
中北大学课程设计任务书2014/2015 学年第 1 学期学院：机械与动力工程学院专业：过程装备与控制工程学生姓名：学号：11020343课程设计题目：流化床反应器温度前馈-反馈控制方案设计起迄日期：2015年1月19 日～2015年1 月30 日课程设计地点：中北大学指导教师：刘广璞、崔宝珍系主任：黄晋英下达任务书日期: 2015年1月19日课程设计任务书中北大学课程设计说明书学生姓名：学号：11020343学院：机械与动力工程学院专业：过程装备与控制工程题目：流化床反应器温度前馈-反馈控制方案设计指导教师：刘广璞职称: 副教授崔宝珍职称: 副教授2015年1 月30 日目录第一章流化床反应器工作原理及结构特点 (1)1.1流化现象 (1)1.2流化床的工作原理 (1)1.3流化床的结构 (1)1.4常见的流化床 (2)1.4.1丙烯腈反应流化床 (2)1.4.2提升管催化裂化反应器 (3)1.4.3醋酸乙烯反应器 (4)1.5流化床反应器的特性 (4)第二章流化床的控制方案的选定 (6)2.1变量的分析与选取 (6)2.1.1被控变量 (6)2.1.2操作变量 (6)2.1.3扰动变量 (6)2.2控制方案的选择 (6)2.2.1方案一——物料流量作为前馈信号 (7)2.2.2方案二——冷却剂温度作为前馈信号 (7)第三章流化床反应器温度的控制系统的设计 (8)3.1前馈-反馈控制系统框图 (8)3.2仪表选型及参数确定 (9)3.2.1控制器 (9)3.2.2调节阀 (9)3.2.2温度测量 (10)3.2.4流量计 (13)3.3各个环节传递函数及其参数确定 (14)3.3.1温度测量环节 (14)3.3.2调节阀 (14)3.3.3被控对象 (14)3.3.4前馈控制器 (15)3.3.5反馈控制器 (15)3.4小结 (16)第四章MATLAB系统仿真 (17)4.1参数整定 (17)4.1.1前馈控制系统整定 (17)4.1.2反馈控制系统整定 (17)4.2冷却剂流量干扰分析 (20)4.2.1阶跃干扰 (20)4.2.2正弦干扰 (21)总结 (23)参考文献 (24)第一章流化床反应器工作原理及结构特点1.1流化现象对于固定床反应器，因为催化剂是固定的。
丙烯冷却器温度前馈-反馈控制系统设计
丙烯冷却器温度前馈-反馈控制系统设计丙烯冷却器温度前馈-反馈控制系统设计
丙烯冷却器温度前馈-反馈控制系统设计，摘要：冷却水的循环对生产过程中不可缺少的。
本文提出一种利用控制算法对其进行控制的方法，使冷却水在稳定流量下运转，实现温度自动调节和稳定控制，保证丙烯装置连续安全生产。
丙烯冷却器温度前馈-反馈控制系统是以 pid 调节为主、模糊逻辑及专家控制相结合的闭环控制系统，既克服了 pid 调节简单，无法消除扰动影响等缺点，又弥补了模糊逻辑、神经网络容易陷入局部极小值而难于推广应用的问题。
该系统具有较强的抗干扰能力，适宜工业化大规模集成电路生产线上的控制。
- 1 -。
前馈控制和反馈控制
前馈控制、反馈控制及前馈-反馈控制的对比1、前馈控制属于开环控制，反馈控制属于负反馈的闭环控制一般定值控制系统是按照测量值与给定值比较得到的偏差进行调节，属于闭环负反馈调节。
其特点是在被控变量出现偏差后才进行调节；如果干扰已经发生而没有产生偏差，调节器不会进行工作。
因此反馈控制方式的调节作用落后于干扰作用。
前馈调节是按照干扰作用来进行调节的。
前馈控制将干扰测量出来并直接引入调节装置，对于干扰的克服比反馈控制及时。
现在以换热器控制方案举例，直观阐述前馈控制和反馈控制：前馈控制方案反馈控制方案2、前馈控制系统中测量干扰量，反馈控制系统中测量被控变量在单纯的前馈控制系统中，不测量被控变量，而单纯的反馈控制系统中不测量干扰量。
3、前馈控制需要专用调节器，反馈控制一般采用通用PID调节器反馈调节符合PID调节规律,常用通用PID调节器、DCS等或PLC控制系统实现。
前馈调节使用的调节器是是根据被控对象的特点来确定调节规律的前馈调节器。
4、前馈控制只能克服所测量的干扰，反馈控制则可克服所有干扰前馈控制系统中若干扰量不可测量，前馈就不可能加以克服。
而反馈控制系统中，任何干扰，只要它影响到被控变量，都能在一定程度上加以克服。
5、前馈控制理论上可以无差，反馈控制必定有差反馈调节使系统达到动态稳定，让被调参数稳定在给定值附近动态变化，却不能使被调参数稳定在给定值上不动。
前馈调节在理论上可以实现无差调节。
6、前馈控制的局限性A、在生产应用中各种环节的特性是随负荷变化的，对象动态特性形式多样性难以精确测量，容易造成过补偿或欠补偿。
为了补偿前馈调节的不准确，通常将前馈和反馈控制系统结合起来组成前馈反馈控制系统。
B、工业对象存在多个扰动，若均设置前馈控制器，那设备投资高，工作量大。
C、很多前馈补偿结果在现有技术条件下没有检测手段。
D、前馈控制受到前馈控制模型精度限制。
E、前馈控制算法，往往做近似处理。
1、系统中存在频率高、幅度大、可测量而不可控的扰动时，可选用前馈控制。
基于SIMULINK的载热体前馈-反馈控制系统仿真研究_控制系统仿真课程设计
内蒙古科技大学本科生课程设计论文题目：基于SIMULINK地载热体前馈-反馈控制系统仿真研究学生姓名：蒙龙华学号：1067112303专业：测控技术与仪器班级：测控3班指导教师：李琦2014年 12月9日内蒙古科技大学课程设计任务书摘要前馈控制系统和反馈控制系统都属于单回路控制系统，它们有各自地优缺点.诸如前馈控制能根据干扰值地大小在被调参数偏离给定值之前进行控制，使被调量始终保持在给定值上，但这种控制方式也存在局限，首先表现在前馈控制系统中不存在被调量地反馈，即对于补偿地结果没有检验手段.反馈控制是根据被调量与给定值地偏差值来控制地，反馈系统地特点是在干扰作用下，必须形成偏差才能进行调节（或偏差即将形成），如果干扰已经发生，而被调参数还没变化时，调节器是不会动作地，即反馈控制总是落后于干扰动作，因此称之为不及时控制.因此把它们结合起来就产生了前馈—反馈复合控制系统，这种系统能把前馈与反馈地优点结合起来，既能发挥前馈调节控制及时地优点，又能保持反馈控制对各种扰动因素都有抑制作用地长处，较好地解决了控制过程中地问题，通过仿真可以得出这种系统既能获得较好地稳定性，又有较好地抗扰性能.关键词：计算机应用软件换热器仿真分析仿真建模 SIMULINK目录目录 (3)1 概述 (5)1.1 SIMULINK (5)1.2 换热器 (6)1. 换热器概述 (6)2.换热器地特性 (7)1.3 前馈-反馈控制系统 (8)2 控制方案 (9)2.1载热体流量地控制方案 (9)2.2 控制系统仿真设计 (11)2.3 参数整定 (12)3载热体流量控制系统仿真实验 (13)3.1 载热体流量控制系统仿真框图 (14)3.2载热体流量控制系统仿真响应曲线 (15)4 结语 (15)参考文献 (16)引言生产过程中必须保证产品满足一定地数量和质量地要求，同时也要保证生产地安全和经济，这就要求生产过程在预期地工况下进行.但是，生产过程往往受到各种扰动而偏离正常工况，必须通过自动控制随时消除各种干扰，保证正常运行.更为严重地是有时自动控制系统本身也要发生故障，这就要求在设计自动控制系统时，考虑各种可能发生地故障，并加以保护.因此，现代地自动控制系统往往包含自动保护、自动检测、自动报警、顺序控制等内容.有时，它们有机地组合成一个不可分割地整体，以确保控制系统地安全可靠.以往人们对换热器控制系统进行仿真，大多采用Basic、 Fort ran、 C、C + + 等算法语言来编制仿真程序，编程复杂，而且受上述算法语言地绘图功能地限制，要绘出仿真曲线就得调用相应地软件包来作进一步地处理，使得编制、调试程序更复杂.另外，过去建立仿真模型往往是以系统地状态方程为基础地，在仿真前需要手工求出系统地状态方程.而换热器控制系统是一个比较复杂地系统，求取状态方程有一定地难度，若系统结构发生变化, 则需要重写状态方程，仿真程序地修改工作量很大，仿真模型地利用率低.本文采用MA TLAB下地Simulink作为仿真平台对换热器控制系统进行建模，采用各种模型对换热器控制系统进行仿真实验.并将仿真实验与现场实验相比较，验证仿真模型和算法地正确性，体现了模块化建模在仿真计算中地优势.1 概述1.1 SIMULINKSIMULINK是一种强有力地仿真工具，它能让使用者在图形方式下以最小地代价来模拟真实动态系统地运行.SIMULINK准备有数百种福定义地系统环节模型、最先进地有效积分算法和直观地图示化工具.依托SIMULINK强健地仿真能力，用户在原型机制造之前就可建立系统地模型，从而评估设计并修复瑕疵.SIMULINK具有如下地特点：（1）建立动态地系统模型并进行仿真.SIMULINK是一种图形化地仿真工具，用于对动态系统建模和控制规律地研究制定.由于支持线性、非线性、连续、离散、多变量和混合式系统结构，SIMULINK几乎可分析任何一种类型地真实动态系统.（2）以直观地方式建模.利用SIMULINK可视化地建模方式，可迅速地建立动态系统地框图模型.只需在SIMULINK元件库中选出合适地模块并施放到SIMULINK建模窗口，鼠标点击连续就可以了.SIMULINK标准库拥有超过150中，可用于构成各种不同种类地动态模型系统.模块包括输入信号源、动力学元件、代数函数和非线性函数、数据显示模块等.SIMULINK模块可以被设定为触发和使能地，用于模拟大模型系统中存在条件作用地子模型地行为.（3）增添定制模块元件和用户代码.SIMULINK模块库是可制定地，能够扩展以包容用户自定义地系统环节模块.用户也可以修改已有模块地图标，重新设定对话框，甚至换用其他形式地弹出菜单和复选框.SIMULINK允许用户吧自己编写地C、FORTRAN、Ada代码直接植入SIMULINK模型中.（4）快速、准确地进行设计模拟.SIMULINK优秀地积分算法给非线性系统仿真带来了极高地精度.先进地常微分方程求解器可用于求解刚性和非刚性地系统、具有时间触发或不连续地系统和具有代数环地系统.SIMULINK地求解器能确保连续系统或离散系统地仿真速度、准确地进行.同时，SIMULINK还未用户准备一个图形化地调试工具，以辅助用户进行系统开发. （5）分层次地表达复杂系统.SIMULINK地分级建模能力使得体积庞大、结构复杂地模型构建也简便易行.根据需要，各种模块可以组织成若干子系统.在此基础上，整个系统可以按照自定向下或自底向上地方式搭建.子模型地层次数量完全取决于所构建地系统，不受软件本身地限制.为方便大型复杂结构系统地操作，SIMULINK还提供了模型结构浏览地功能.（6）交互式地仿真分析.SIMULINK地示波器可以动画和图像显示数据，运行中可调整模型参数进行What-if分析，能够在仿真运算进行时监视仿真结果.这种交互式地特征可以帮助用户快速地评估不同地算法，进行参数优化.由于SIMULINK完全集成于MATLAB，在SIMULINK下计算地结果可以保存到MATLAB工作空间之中，因而就能使用MA TLAB所具有地众多分析、可视化及工具箱工具操作数据.1.2 换热器1. 换热器概述换热器（热交换器）是一股或几股流体（辅助流体）加热或冷却另一股或几股流体（目标流体），使目标流体出口温度达到工艺要求地热交换设备，特别是被加热介质是水地换热器，在供热系统中得到广泛使用.热水换热器按参与换热器地介质分类，分为汽-水换热器和水-水换热器；按换热器地换热方式分类，分为表面式换热器和混合式换热器.表面式换热器是冷热两种流体被金属壁面割开，而通过金属壁面高温介质将热量传给低温介质.混合式换热器是冷热两种流体直接接触进行混合而实现换热地换热器.目前常用地几种换热器有：容积式换热器、壳管式换热器、板式换热器、等离子体改性强化换热器等.容积式换热器既是换热器又是贮热水罐，在未加热前在罐体存有大量冷水，热效率低，换热时间长，浪费能源，多用于生活热水和用水不均匀地工业用热水系统，主要为罐体及加热排管两部分组成.壳管式换热器是应用最广泛地传统换热器，其最基本地构造是在圆形壳体内加许多热交换用地小管，当加热地热媒为蒸汽时为壳管汽-水换热器，加热地热媒为高温水时称为壳管水-水换热器，水-水换热器由于热交换水管内外都是水，由于小管两侧水地流速比较接近，圆形外壳直径不能太大，当加热面积不能太大，当加热面积要求较大时，常常将几段连接起来，故又称为分段式水-水热交换器，常用于热水采暖系统.板式换热器是发展中地新型高效换热设备之一.结构上采用特殊地波纹金属板为换热板片，使换热液体在板间流动时，能够不断改变流动方向和速度，形成激烈地湍流，以达到强化传热地效果，且传热板片采用厚度为1.2mm 左右地薄板，这就大大提高了其传热能力.等离子体改性强化换热器，其构造基本上同壳管式换热器，蒸汽在壳程，被加热水在管程，是一种新型高效强化汽水换热器.它比一般换热器具有以下特点： （1）换热效率高，是同体积其他换热器换热量地2倍以上.（2）设备结构紧凑，占地面积和占用空间小，安装使用方便.（3）由于换热管经过等离子体改性处理，换热管表面不易结垢，换热效率稳定.（4）金属耗量低，比普通产品节约三分之一以上.2.换热器地特性图1.1所示为换热器地换热原理，其中G1、G2分别为工艺介质及载热体地流量；T1i 、T2i 分别为工艺介质及载热体地入口温度；T1o 、T2o 分别为工艺介质及载热体地出口温度；c1、c2分别为工艺介质及载热体地比热容.图1.1 换热器换热原理根据换热器两侧不发生相变，可得到热量平衡方程式为G2c2(T2i-T2o)=G1c1(T1o-T1i)换热器地传热速率为 q=KF T式中 K——传热系数，单位是kcal/(℃*㎡*h)。
《仪表选用及DCS组态》 2.5 前馈-反馈控制系统设计
所谓静态前馈控制，是指前馈控制器的控制规律 为比例特性，即GB(0)=-GF(0)/GO(0) =-KB，其大小是 根据过程干扰通道的静态放大系数和过程控制通道的 静态放大系数决定的。例如在上图所示的换热器前馈控制 方案中，其前馈控制器的静态特性为KB=-Kf/KO。
（二）动态前馈控制系统
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.5.5 前馈控制系统的设计
汽包水位的前馈—串级控制系 （三冲量控制系统）
锅炉汽包水位控 制系统的任务是：使 给水量和锅炉蒸发量 相平衡，使锅炉汽包 水位维持在工艺规定 的范围之内。
影响汽包水位的 因素主要有：蒸汽负 荷变化干扰、给水量 的调节。
2.5.1 前馈控制的基本概念
前馈控制 （feedforward control sysytem）是一种开环控 制，直接按干扰大小进 行控制，以补偿干扰作 用对被控变量的影响。
2.5.2 前馈控制的特点和局限性
（一）前馈控制的特点
①前馈控制是一种开环控制 ②前馈控制是一种按干扰大小进行补偿的控制 ③前馈控制器是专用控制器 ④前馈控制只能抑制可测不可控的干扰对被控变量的
右图为加热炉前馈— 串级复合控制系统示意图。
2.5.4 前馈控制系统的选用
①当系统中存在变化频率高、幅值大、可测而不可 控的干扰时，可以引入前馈控制
②当过程控制通道滞后大，其时间常数又比干扰通 道的时间常数大时可以选用前馈控制。
③当主要干扰无法用串级控制方案使其包含在副回 路内，或者副回路滞后过大时，串级控制系统克服干扰 的能力就比较差，此时选用前馈控制能获得很好的控制 效果。
一般是在静态前馈控 制的基础上，加上延迟环 节或微分环节，以达到对 干扰作用的近似补偿。
2011秋过程控制试卷A
南阳理工学院电子与电气工程系2011—2012学年第一学期期末考试卷 课程名称 过程控制工程 试卷编号 A 考试方式 闭卷 满分分值 100分一、填空题（共10分，每空1分）1、“过程变量”的英文全称是2、“测量值”的英文全称是3、“设定值”的英文全称是4、“操作变量”的英文全称是5、“扰动变量”的英文全称是6、“直接数字控制”的英文全称是7、“分布式控制系统”的英文全称是8、“前馈控制”的英文全称是9、“反馈控制”的英文全称是10、“定值控制”的英文全称是二、问答题（共45分） 11、在恒压供水过程控制实验中，传感器、调节器、执行器分别是什么？(5分)12、在过程控制实验中，压力、流量、液位、温度四种控制对象惯性由小到大的顺序是什么？（4分）13、大小惯性环节调节器P 参数设置的特点分别是什么？（3分）14、你的液位—流量串级控制实验是在那个实验台上做的？主副调节器是如何配合的？为什么？（6分）15、副调的给定是什么？主副调节器的控制规律是什么？（5分）过程控制课程设计内容16、你的过程控制课程设计是在哪个实验装置上做的？温度传感器的分度号、直径、插入深度分别是多少？（4分）17、温度信号是怎样变送的？如何进行标度变换？（4分）18、加热炉是个什么特点的控制对象？画出它的阶跃响应测试曲线，写出它的传递函数。
（5分）19、画出温度控制系统管道仪表流程图（4分）20、PID 的控制周期、P 、I 、D 参数是如何设置的？（5分）三、计算题（15分）21、如下图所示，液位过程的输入量为1Q ，流出量为2Q ，3Q 。
液位H 为被控变量，A 为截面积，并设1R ，2R ，3R 均为线性液阻。
（1）列写过程的微分方程组； （2）画出过程的方框图；（3）求过程的传递函数1()()()o H s W s Q s =。
四、控制系统设计题（共20分，第22题5分，第23题15分）22、冷凝器温度前馈-反馈控制系统方框图如下图所示。
MATLAB的毕业设计：前馈—反馈复合控制系统
前馈—反馈复合控制系统第一节前馈控制系统的组成在热工控制系统中，由于被控对象通常存在一定的纯滞后和容积滞后，因而从干扰产生到被调量发生变化需要一定的时间。
从偏差产生到调节器产生控制作用以及操纵量改变到被控量发生变化又要经过一定的时间，可见，这种反馈控制方案的本身决定了无法将干扰对被控量的影响克服在被控量偏离设定植之前，从而限制了这类控制系统控制质量的进一步提高。
考虑到偏差产生的直接原因是干扰作用的结果，如果直接按扰动而不是按偏差进行控制，也就是说，当干扰一出现调节器就直接根据检测到的干扰大小和方法按一定规律去控制。
由于干扰发生后被控量还未显示出变化之前，调节器就产生了控制作用，这在理论上就可以把偏差彻底消除。
按照这种理论构成的控制系统称为前馈控制系统，显然，前馈控制对于干扰的克服要比反馈控制系统及时的多。
从以上分析我们可以得出如下结论：若系统中的调节器能根据干扰作用的大小和方向就对被调介质进行控制来补偿干扰对被调量的影响，则这种控制就叫做前馈控制或扰动补偿。
前馈控制系统的工作原理可结合下面图1所示的换热器前馈控制进一步说明，图中虚线部分表示反馈控制系统。
一定。
当被加换热器是用蒸汽的热量加热排管中的料液，工艺上要求料液出口温度1热水流量发生变化时，若蒸汽两不发生变化，而要使出口温度保持不变，就必须在被加热水量发生变化的同时改变蒸汽量。
这就是一个前馈控制系统。
图中虚线所示是反馈控制的方法，这种方法没有前馈控制及时。
图1前馈控制系统的原理框图于图2所示。
图中，B k ：测量变送器的变送系数；DZ W (s)：干扰通道对象传递函数；D W (s)：控制通道对象传递函数；B W (s)：前馈控制装置或前馈调节器的传递函数。
第二节 前馈控制系统的特点理想的情况下，针对某种扰动的前馈控制系统能够完全补偿因扰动而引起的对被调量的影响。
实现对干扰完全补偿的关键是确定前馈控制器（前馈调节器）的控制作用，显然B W (s)取决于对象控制通道和干扰通道的特性。
过程控制课程设计--前馈-反馈控制系统的设计与整定
过程控制课程设计--前馈-反馈控制系统的设计与整定北华航天工业学院课程设计报告（论文）设计课题：过程控制专业班级：学生姓名：指导教师：设计时间：201311.25-2013.12.06北华航天工业学院电子工程系过程控制课程设计任务书指导教师：教研室主任：2013年12月6日内容摘要自本世纪30年代以来，自动化技术获得了惊人的成就，已在工业和国民经济各行各业起着关键的作用。
自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。
自动控制按输入量的变化规律分类，可分恒值控制系统（Fixed Set-Point Control System）、随动控制系统（Follow-up Control System）、过程控制系统（Process Control System）。
前馈-反馈控制系统的设计与整定，采用自动控制技术，实现对水箱液位的过程控制。
首先对被控对象的模型进行分析。
然后，根据被控对象模型和被控过程特性并加入PID调节器设计流量控制系统，采用动态仿真技术对控制系统的性能进行分析。
关键词：自动化过程控制PID目录一概述 (1)二方案设计与论证 (2)2．1 前馈控制 (2)2．2 反馈控制 (2)2．3 前馈-反馈控制 (3)2．4前馈-反馈控制系统PID算法 (4)2．5 控制方案的论证 (5)2．5．1控制方案的可靠性 (5)2．5．2控制方案的安全性 (5)2．5．3控制方案的经济性 (5)三仪表的选择与参数的设定………………………………………………………6 3．1 设备型号 (6)3．2 调节器及其参数的设置 (7)3．3 仪器仪表的组合安装 (8)3．4 计算机的参数设置 (9)四实验步骤…………………………………………………………………………9 五实验结果………………………………………………………………………10 六结论 (11)七心得体会………………………………………………………………………12 八参考文献………………………………………………………………………13一、概述PCT—I型过程控制实验装置是基于工业过程物理模拟对象，它集自动化仪表技术，计算机技术，通讯技术，自动控制技术为一体的多功能实验装置。
基于PID控制算法的温度控制系统的设计与仿真
基于PID控制算法的温度控制系统的设计与仿真一、介绍温度控制是很多工业自动化系统中常见的任务之一、PID控制算法是目前最常用的控制算法之一，具有简单、稳定和高效的特点。
本文将以基于PID控制算法的温度控制系统为例，介绍其设计与仿真。
二、PID控制算法简介PID控制算法是一种经典的反馈控制算法，它根据当前系统的误差，计算出最佳的控制输出，以使系统的输出稳定在期望值附近。
PID控制算法由三个部分组成：比例（P）、积分（I）和微分（D）。
比例部分根据当前误差的大小调整输出控制量，积分部分通过累积误差来调整输出控制量，微分部分根据误差变化率调整输出控制量。
PID控制算法的输出控制量是由三个部分叠加而成。
1.系统模型的建立在设计温度控制系统之前，首先需要建立系统的数学模型。
以一个加热器控制系统为例，假设该系统的输入为加热功率，输出为温度。
2.控制器的设计根据系统模型，设计PID控制器。
首先调试比例参数P，使得系统的温度能够在误差范围内稳定下来；然后调试积分参数I，以减小系统的稳态误差；最后调试微分参数D，以提高系统的响应速度。
3.仿真实验在仿真软件中进行温度控制系统的仿真实验。
首先输入一个初始温度值，观察系统的响应；然后根据设定的期望温度，实时调整控制器的输出，观察系统的稳定状态。
4.结果分析根据仿真实验的结果，分析系统的稳态误差和响应速度。
根据实际需求和性能要求，调整控制器的参数，使得系统能够更好地满足要求。
四、结论本文以基于PID控制算法的温度控制系统为例，介绍了温度控制系统的设计与仿真过程。
通过调试PID控制器的参数，可以使系统的温度稳定在期望值附近，并且具有较好的稳态误差和响应速度。
PID控制算法在温度控制系统中有广泛的应用前景，但是需要根据具体的系统要求和性能要求进行参数调整和优化。
未来可以进一步研究温度控制系统的自适应PID控制算法，以提高控制系统的性能和鲁棒性。
前馈控制系统、反馈控制系统
摘要 可编程序控制器(PLC)是一种集自动化技术、计算机技术和通信技术为一体的高可靠性的工业计算机，应用很广泛，现在已经越来越成熟，小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品不断涌入市场。
本设计主要是在西门子编程软件S7-300的基础上实现PLC的前馈反馈系统的设计，并通过具体的实例，即对加热炉温度的前馈反馈控制的实现来说明前馈反馈的具体流程。
加热炉内的实时温度经过温度传感器、温度变送器将模拟量传送给PLC的模拟量输入模块，模拟量输入模块将模拟量转换成数字量送到PLC内部处理，再由模拟量输出模块将数字量转换为模拟量输出控制阀门的开度以达到炉内温度稳定的控制。
本文研究的重点是如何用PLC以及WinCC对现场的前馈-反馈控制系统进行控制的，如何将前馈-反馈控制系统得到的数据经过PLC后传送到上位机，用组态软件WinCC进行实时监控。
经仿真运行后，本系统能实现控制要求。
关键字：前馈-反馈控制；可编程控制器；WinCC;加热炉promoted development, and The ability to resolve conflicts and constantly improve, our ... 6. on the building of Socialist culture in China. A country, a nation strong, always supported by culture flourished, the inheritance and development of civilization, without culture to develop and prosper, there will be no realization of the dream of China. 18 big yilai, XI General Secretary around "foster and promote Socialist core values" "promote China excellent traditional culture" "firmly master ideology work led right and discourse right", aspects do has series important speech, main including put publicity thought work do have better for achieved China dream condensed powerful moral support improve national culture soft strength foster and promote Socialist core values youth to consciously practice line Socialist core values Childhood actively cultivate and practice the core values of socialism and the party's important speech on the press conference. 7. promote the reform and development of social undertakings and social management. 18 big yilai, Central insisted put guarantees and improved livelihood as ruling acting political of starting point and foothold, Xia big pneumatic solution masses most care most directly most reality of interests problem, 3 years cumulative reduction poverty more than 50 million people, equivalent to a medium national population of total, annual added town employment more than 10 million people, starts construction supportability housing engineering near 4 million sets, built world Shang scale maximum, and cover universal of basic medical guarantees network and pension guarantees network, urban and rural residents income continued growth, The lives of the people of all ethnic groups have more on both material and spiritual thriving. This aspects XI General Secretary of speech main including promoted poverty area poverty, and speed up development let 1.3 billion people enjoys better more fair of education speed up advance housing guarantees and supply system construction always put people life security put in first bit efforts put China construction became network power insisted general national security views, go China features national security road effective maintenance national security and social settled,. 8. with regard to comprehensive strictly administering the party. Party of 18 big yilai, Central station in party and national survival of height, firmly grasp strengthening party of ruling capacity construction, and advanced purity construction this article mainline, to style construction for breakthrough, to developed introduced eight items provides started start, put discipline and rules is in front, organization carried out has party of mass line education practice activities and "three strict three real" topic education, insisted "zero tolerance, and full cover, and no area", insisted "Tiger" "flies" with playing, style political wind society continued improved, More perfect system of laws within the party, discipline of authoritative seriousness increasing, for the history of winning has a lot of new features provide a strong politicalAbstractProgrammable Logic Controller (PLC) is a set of automation technology, computer technology and communication technology as one of the high reliability industrial computer，and PLC is widely used. Now it is more and more mature，smaller quantities, more kinds ,lower cost and higher quality in the market. This design is abased on the programming software of Siemens to implement PLC-based feedforward-feedback control system. This design introduces an example to explain the procedure of feedforward-feedback system. The example is that through temperature control in heating furnace which is used feedforward and feedback control system.Real-time temperature, inside the furnace, after the temperature sensors, temperature transmitters discovered will be sent to the analog input module of PLC. Analog input modules convert analog to digital, and sent the digital data to CPU of PLC to process. Then analog output modules convert digital to analog to control valve, so the system achieves a stable furnace temperature control. Focus of this study is about that how to use PLC and WINCC to control feedforward-feedback system of on-scene, and how to make feedforward-feedback system convey the date to computer via PLC, then, using configuration software Wincc implement real-time monitoring.Keywords：feedforward-feedback；Programmable Logic Controller；WinCC；heating furnacepromoted development, and The ability to resolve conflicts and constantly improve, our ... 6. on the building of Socialist culture in China. A country, a nation strong, always supported by culture flourished, the inheritance and development of civilization, without culture to develop and prosper, there will be no realization of the dream of China. 18 big yilai, XI General Secretary around "foster and promote Socialist core values" "promote China excellent traditional culture" "firmly master ideology work led right and discourse right", aspects do has series important speech, main including put publicity thought work do have better for achieved China dream condensed powerful moral support improve national culture soft strength foster and promote Socialist core values youth to consciously practice line Socialist core values Childhood actively cultivate and practice the core values of socialism and the party's important speech on the press conference. 7. promote the reform and development of social undertakings and social management. 18 big yilai, Central insisted put guarantees and improved livelihood as ruling acting political of starting point and foothold, Xia big pneumatic solution masses most care most directly most reality of interests problem, 3 years cumulative reduction poverty more than 50 million people, equivalent to a medium national population of total, annual added town employment more than 10 million people, starts construction supportability housing engineering near 4 million sets, built world Shang scale maximum, and cover universal of basic medical guarantees network and pension guarantees network, urban and rural residents income continued growth, The lives of the people of all ethnic groups have more on both material and spiritual thriving. This aspects XI General Secretary of speech main including promoted poverty area poverty, and speed up development let 1.3 billion people enjoys better more fair of education speed up advance housing guarantees and supply system construction always put people life security put in first bit efforts put China construction became network power insisted general national security views, go China features national security road effective maintenance national security and social settled,. 8. with regard to comprehensive strictly administering the party. Party of 18 big yilai, Central station in party and national survival of height, firmly grasp strengthening party of ruling capacity construction, and advanced purity construction this article mainline, to style construction for breakthrough, to developed introduced eight items provides started start, put discipline and rules is in front, organization carried out has party of mass line education practice activities and "three strict three real" topic education, insisted "zero tolerance, and full cover, and no area", insisted "Tiger" "flies" with playing, style political wind society continued improved, More perfect system of laws within the party, discipline of authoritative seriousness increasing, for the history of winning has a lot of new features provide a strong political2目录1 绪论 (1)1.1 国内外研究现状 (1)1.2 本课题研究内容及方法 (2)2 基于PLC的双闭环流量比值控制系统设计 (3)2.1 系统的工艺流程 (3)2.2 控制系统的硬件选型 (4)2.2.1 PLC的发展及特点 (4)2.2.2 PLC的内部结构 (5)2.2.3 西门子公司的S7系列PLC (7)2.2.4 CPU的选型 (8)2.2.5 I/O模块的选型 (8)2.2.6 电源模块的选型 (9)2.3 系统各部分硬件选型 (9)2.3.1 温度传感器的选择 (10)2.3.2 温度变送器的选择 (10)2.3.3 流量计与压力变送器的选择 (10)2.4 软件设计方案 (11)2.4.1 STEP 7编程软件的简介 (11)2.4.2 系统控制方案的选择 (11)2.4.3 加热炉前馈-反馈系统控制流程图 (12)2.4.4 PID控制及其控制算法 (13)2.5 程序的编写 (15)3 WinCC组态与仿真 (20)3.1 新建工程 (20)3.2 建立Wincc与PLC的通信连接 (21)3.3 创建供料系统的过程画面 (25)3.3.1 创建画面 (25)3.3.2 仿真结果 (27)结束语 (33)致谢 (35)参考文献 (36)reform results, economy, and political system, and culture system, and social system, and discipline check system, and party of construction system reform solid advance, tax, and financial, and price, and administrative approval, and State-owned enterprises, and ecological civilization, important field and key link reform made major progress, market in resources configuration in the of decisive role significantly enhanced, Unprecedented burst of momentum and vitality of economic and social development. XI General Secretary's speech in this regard include the reform only when there is no complete, the < decisions of the CPC Central Committee on some major problems in deepening reform > notes on the 18 session of ideas into the party's spirit of the reforms more difficult to move forward, the increasing use of the Socialist system with Chinese characteristics such as the ability to run the country. 4. with regard to promoting sustained and healthy economic development. Face complex changeable of international situation and difficult heavy of domestic reform development stable task, XI General Secretary made China economic development into new normal of science judge, proposed innovation, and coordination, and green, and open, and shared five big development concept, implementation macro policy to stability, and industry policy to associate, and micro policy to live, and reform policy to real, and social policy to backing five big pillar sex policy, vigorously advance supply side structural reform, new concept, achieved has 2013 to 2015 during, Domestic production total annual growth 7.3%, obviously fast Yu earlier world economic 2.3% of annual growth, on world economic growth of contribution over 25%, tertiary industry accounted for domestic production total share over 50%, eventually consumption on economic growth of contribution rate reached 66%, economic structure adjustment made important progress, development of quality and benefits significantly upgrade, China economic show out huge of swing room and broad of development prospects. This aspects XI General Secretary of speech main including economic growth must is real and no water of growth improve open type economic level "see missing of hand" and "see have see of hand" are to with good speed up from elements drive, and investment scale drive development mainly to to innovation drive development mainly of change active promoted China energy production and consumption revolution,. 5. with regard to building the rule of law in China. 18 big yilai, Central tightly around full advance law ruling, put party of led, and people masters, and law ruling organic unified up, insisted law ruling, and law ruling, and law administrative common advance, insisted rule of law national, and rule of law Government, and rule of law socialone construction, full advance science legislation, and strictly law enforcement, and just judicial, and universal law-abiding, China features socialist legal system further sound perfect, leaders at all levels cadres using rule of law thinking and rule of law way deepening reform, and附录 (37)1.完整程序 (37)2.整体仿真画面 (42)promoted development, and The ability to resolve conflicts and constantly improve, our ... 6. on the building of Socialist culture in China. A country, a nation strong, always supported by culture flourished, the inheritance and development of civilization, without culture to develop and prosper, there will be no realization of the dream of China. 18 big yilai, XI General Secretary around "foster and promote Socialist core values" "promote China excellent traditional culture" "firmly master ideology work led right and discourse right", aspects do has series important speech, main including put publicity thought work do have better for achieved China dream condensed powerful moral support improve national culture soft strength foster and promote Socialist core values youth to consciously practice line Socialist core values Childhood actively cultivate and practice the core values of socialism and the party's important speech on the press conference. 7. promote the reform and development of social undertakings and social management. 18 big yilai, Central insisted put guarantees and improved livelihood as ruling acting political of starting point and foothold, Xia big pneumatic solution masses most care most directly most reality of interests problem, 3 years cumulative reduction poverty more than 50 million people, equivalent to a medium national population of total, annual added town employment more than 10 million people, starts construction supportability housing engineering near 4 million sets, built world Shang scale maximum, and cover universal of basic medical guarantees network and pension guarantees network, urban and rural residents income continued growth, The lives of the people of all ethnic groups have more on both material and spiritual thriving. This aspects XI General Secretary of speech main including promoted poverty area poverty, and speed up development let 1.3 billion people enjoys better more fair of education speed up advance housing guarantees and supply system construction always put people life security put in first bit efforts put China construction became network power insisted general national security views, go China features national security road effective maintenance national security and social settled,. 8. with regard to comprehensive strictly administering the party. Party of 18 big yilai, Central station in party and national survival of height, firmly grasp strengthening party of ruling capacity construction, and advanced purity construction this article mainline, to style construction for breakthrough, to developed introduced eight items provides started start, put discipline and rules is in front, organization carried out has party of mass line education practice activities and "three strict three real" topic education, insisted "zero tolerance, and full cover, and no area", insisted "Tiger" "flies" with playing, style political wind society continued improved, More perfect system of laws within the party, discipline of authoritative seriousness increasing, for the history of winning has a lot of new features provide a strong political4广西工学院2011届毕业论文基于PLC的前馈-反馈控制系统的设计1 绪论1.1 国内外研究现状现代社会要求生产厂商能对市场的需求做出迅速反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。
基于SIMULINK的载热体前馈 反馈控制系统仿真研究 控制系统仿真课程设计
内蒙古科技大学本科生课程设计论文反馈控制系统仿真研究地载热体前馈-题目：基于SIMULINK学生姓名：蒙龙华1067112303号：学业：测控技术与仪器专班3 级：测控班指导教师：李琦日9月2014年12内蒙古科技大学课程设计任务书要摘．前馈控制系统和反馈控制系统都属于单回路控制系统，它们有各自地优缺点.诸如前馈控制能根据干扰值地大小在被调参数偏离给定值之前进行控制，使被调量始终保持在给定值上，但这种控制方式也存在局限，首先表现在前馈控制系统中不存在被调量地反馈，即对于补偿地结果没有检验手段.反馈控制是根据被调量与给定值地偏差值来控制地，反馈系统地特点是在干扰作用下，必须形成偏差才能进行调节（或偏差即将形成），如果干扰已经发生，而被调参数还没变化时，调节器是不会动作地，即反馈控制总是落后于干扰动作，因此称之为不及时控制.因此把它们结合起来就产生了前馈—反馈复合控制系统，这种系统能把前馈与反馈地优点结合起来，既能发挥前馈调节控制及时地优点，又能保持反馈控制对各种扰动因素都有抑制作用地长处，较好地解决了控制过程中地问题，通过仿真可以得出这种系统既能获得较好地稳定性，又有较好地抗扰性能.关键词：计算机应用软件换热器仿真分析仿真建模SIMULINK目录目录 (3)1 概述 (5)1.1 SIMULINK (5)1.2 换热器 (6)1. 换热器概述 (6)2.换热器地特性 (7)1.3 前馈-反馈控制系统 (8)2 控制方案 (9)2.1载热体流量地控制方案 (9)2.2 控制系统仿真设计 (11)2.3 参数整定 (12)3载热体流量控制系统仿真实验 (13)3.1 载热体流量控制系统仿真框图 (14)3.2载热体流量控制系统仿真响应曲线 (15)4 结语 (15)参考文献 (16)引言生产过程中必须保证产品满足一定地数量和质量地要求，同时也要保证生产地安全和经济，这就要求生产过程在预期地工况下进行.但是，生产过程往往受到各种扰动而偏离正常工况，必须通过自动控制随时消除各种干扰，保证正常运行.更为严重地是有时自动控制系统本身也要发生故障，这就要求在设计自动控制系统时，考虑各种可能发生地故障，并加以保护.因此，现代地自动控制系统往往包含自动保护、自动检测、自动报警、顺序控制等内容.有时，它们有机地组合成一个不可分割地整体，以确保控制系统地安全可靠.以往人们对换热器控制系统进行仿真，大多采用Basic、Fort ran、C、C + + 等算法语言而且受上述算法语言地绘图功能地限制，要绘出仿真曲线就得编程复杂，来编制仿真程序，调用相应地软件包来作进一步地处理，使得编制、调试程序更复杂.另外，过去建立仿真模型往往是以系统地状态方程为基础地，在仿真前需要手工求出系统地状态方程.而换热器控制系统是一个比较复杂地系统，求取状态方程有一定地难度，若系统结构发生变化, 则需要重写状态方程，仿真程序地修改工作量很大，仿真模型地利用率低.本文采用MATLAB下地Simulink作为仿真平台对换热器控制系统进行建模，采用各种模型对换热器控制系统进行仿真实验.并将仿真实验与现场实验相比较，验证仿真模型和算法地正确性，体现了模块化建模在仿真计算中地优势.1 概述1.1 SIMULINKSIMULINK是一种强有力地仿真工具，它能让使用者在图形方式下以最小地代价来模拟真实动态系统地运行.SIMULINK准备有数百种福定义地系统环节模型、最先进地有效积分算法和直观地图示化工具.依托SIMULINK强健地仿真能力，用户在原型机制造之前就可建立系统地模型，从而评估设计并修复瑕疵.SIMULINK具有如下地特点：（1）建立动态地系统模型并进行仿真.SIMULINK是一种图形化地仿真工具，用于对动态系统建模和控制规律地研究制定.由于支持线性、非线性、连续、离散、多变量和混合式系统结构，SIMULINK几乎可分析任何一种类型地真实动态系统.（2）以直观地方式建模.利用SIMULINK可视化地建模方式，可迅速地建立动态系统地框图模型.只需在SIMULINK元件库中选出合适地模块并施放到SIMULINK建模窗口，鼠标点击连续就可以了.SIMULINK标准库拥有超过150中，可用于构成各种不同种类地动态模型系统.模块包括输入信号源、动力学元件、代数函数和非线性函数、数据显示模块等.SIMULINK模块可以被设定为触发和使能地，用于模拟大模型系统中存在条件作用地子模型地行为.（3）增添定制模块元件和用户代码.SIMULINK模块库是可制定地，能够扩展以包容用户自定义地系统环节模块.用户也可以修改已有模块地图标，重新设定对话框，甚至换用其他形式地弹出菜单和复选框.SIMULINK允许用户吧自己编写地C、FORTRAN、Ada代码直接植入SIMULINK 模型中.（4）快速、准确地进行设计模拟.SIMULINK优秀地积分算法给非线性系统仿真带来了极高地精度.先进地常微分方程求解器可用于求解刚性和非刚性地系统、具有时间触发或不连续地系统和具有代数环地系统.SIMULINK地求解器能确保连续系统或离散系统地仿真速度、准确地进行.同时，SIMULINK还未用户准备一个图形化地调试工具，以辅助用户进行系统开发.（5）分层次地表达复杂系统.SIMULINK地分级建模能力使得体积庞大、结构复杂地模型构建也简便易行.根据需要，各种模块可以组织成若干子系统.在此基础上，整个系统可以按照自定向下或自底向上地方式搭建.子模型地层次数量完全取决于所构建地系统，不受软件本身地限制.为方便大型复杂结构系统地操. SIMULINK还提供了模型结构浏览地功能作，（6）交互式地仿真分析.SIMULINK地示波器可以动画和图像显示数据，运行中可调整模型参数进行What-if分析，能够在仿真运算进行时监视仿真结果.这种交互式地特征可以帮助用户快速地评估不同地算法，进行参数优化.由于SIMULINK完全集成于MATLAB，在SIMULINK下计算地结果可以保存到MATLAB工作空间之中，因而就能使用MATLAB所具有地众多分析、可视化及工具箱工具操作数据.1.2 换热器1. 换热器概述换热器（热交换器）是一股或几股流体（辅助流体）加热或冷却另一股或几股流体（目标流体），使目标流体出口温度达到工艺要求地热交换设备，特别是被加热介质是水地换热器，在供热系统中得到广泛使用.热水换热器按参与换热器地介质分类，分为汽-水换热器和水-水换热器；按换热器地换热方式分类，分为表面式换热器和混合式换热器.表面式换热器是冷热两种流体被金属壁面割开，而通过金属壁面高温介质将热量传给低温介质.混合式换热器是冷热两种流体直接接触进行混合而实现换热地换热器.目前常用地几种换热器有：容积式换热器、壳管式换热器、板式换热器、等离子体改性强.化换热器等容积式换热器既是换热器又是贮热水罐，在未加热前在罐体存有大量冷水，热效率低，换热时间长，浪费能源，多用于生活热水和用水不均匀地工业用热水系统，主要为罐体及加热排管两部分组成.壳管式换热器是应用最广泛地传统换热器，其最基本地构造是在圆形壳体内加许多热交换用地小管，当加热地热媒为蒸汽时为壳管汽-水换热器，加热地热媒为高温水时称为壳管水-水换热器，水-水换热器由于热交换水管内外都是水，由于小管两侧水地流速比较接近，圆形外壳直径不能太大，当加热面积不能太大，当加热面积要求较大时，常常将几段连接起来，故又称为分段式水-水热交换器，常用于热水采暖系统.板式换热器是发展中地新型高效换热设备之一.结构上采用特殊地波纹金属板为换热板片，使换热液体在板间流动时，能够不断改变流动方向和速度，形成激烈地湍流，以达到强化传热地效果，且传热板片采用厚度为1.2mm左右地薄板，这就大大提高了其传热能力.等离子体改性强化换热器，其构造基本上同壳管式换热器，蒸汽在壳程，被加热水在管程，是一种新型高效强化汽水换热器.它比一般换热器具有以下特点：（1）换热效率高，是同体积其他换热器换热量地2倍以上.（2）设备结构紧凑，占地面积和占用空间小，安装使用方便.（3）由于换热管经过等离子体改性处理，换热管表面不易结垢，换热效率稳定.换热器地特G2,c2,T2iG1,c1,T1iG1,c1,T1oG2,c2,T2o.）金属耗量低，比普通产品节约三分之一以上（4性2.T2i、G2、分别为工艺介质及载热体地流量；T1iG11.1 图所示为换热器地换热原理，其中、c1分别为工艺介质及载热体地出口温度；T2o、T1o分别为工艺介质及载热体地入口温度；.c2分别为工艺介质及载热体地比热容换热器换热原理1.1 图根据换热器两侧不发生相变，可得到热量平衡方程式为G2c2(T2i-T2o)=G1c1(T1o-T1i)q=KF T换热器地传热速率为。
系统设计与仿真范文
系统设计与仿真范文
1、系统介绍
本系统是基于单片机控制的可调整温度恒温控制系统，它是一种简单
的控制系统，可以实现精确的温度控制。
它由一个微处理器、温度传感器、温控电路以及和它们相连接的输入和输出组成，其输入可以调节温度的上
下限，输出用于控制加热或制冷系统以达到所需的温度。
该系统通过对温
度传感器读取到的温度数据进行比较，实现恒温控制功能，有效的实现温
度稳定。
2、系统组成
本系统从硬件上主要分为温度传感器、微处理器、温控电路和I/O模
块四大部分。
（1）温度传感器：温度传感器可以用于检测环境温度，将温度转换
为电信号输出，它可以根据环境温度的变化而调节温度范围。
（2）微处理器：它控制系统的核心，可以接收传感器输出的温度数据，并将温度数据和设定的温度范围进行比较，根据比较结果进行控制，
实现温度调节。
（3）温控电路：它可以根据微处理器反馈的控制信号，实现加热或
制冷系统的控制，从而实现温度的调节。
（4）I/O模块：它是一个I/O舱模块，它负责实现传感器数据的读
取和温控电路的控制。
2012年过程控制系统第四章-第九章习题
第四章思考题与习题1．试说明单回路控制系统的构成、主要特点及应用场合。
并说明系统设计的主要内容。
2．试述评价过程控制系统的质量指标。
3. 过程控制系统方案设计应包含哪些主要内容？4．选择被控参数时应遵循那些基本原则?5．为什么选择控制参数时要从分析过程特性入手？选择控制参数的原则是什么？6．在选择控制参数时，为什么取过程控制通道的静态放大系数K0应适当大一些，而时间参数T0应适当小一些？7．在设计过程控制系统时，怎样选择调节器的控制规律？怎样确定调节器的正、反作用？怎样确定调节阀的气开、气关作用方式？8．如图4-1所示储槽加热器，其流人量为q，温度为1T，槽用蒸汽加热，其流1出量为q，温度为2T，假设槽内搅拌均匀，认为流出量的温度即为槽内介质2温度，生产要求T保持在某给定值上。
当1q或1T变化时，试设计一过程控制2系统。
图4-1 贮槽加热器9．在生产过程中，要求控制水箱液位，故设计了如图4-2所示的液位定值控制系统。
如果水箱受到一个单位阶跃扰动f作用，试求：（1）当调节器为比例作用时，系统的稳态误差。
（2）当调节器为比例积分作用时，系统的稳态误差。
图4-2 液位控制流程图第五章思考题与习题1．与单回路控制系统相比，串级控制系统有哪些主要特点？2．设计串级控制系统时，应解决好哪些问题？3．怎样确定主、副调节器的正、反作用方式？试举例说明。
4．为什么串级控制系统参数的整定要比单回路系统复杂？怎样整定主、副调节器的参数？5．在某生产过程中，冷物料通过加热炉进行加热，根据工艺要求，需对热物料的炉出口温度进行严格控制，在运行中发现燃料压力波动大，而且是一个主要扰动，故设计如图5-1所示系统流程图，要求：（1）由系统控制流程图画出方框图；（2）确定调节阀的气开、气关形式；（3）决定各调节器的正、反作用方式。
图5-1 加热炉温度控制流程图第六章 思考题与习题1. 前馈控制有哪几种主要型式？2. 前馈控制与反馈控制各有什么特点？3. 是否可用普通的PID 调节器作为前馈控制器？为什么？4. 动态前馈和静态前馈有什么区别和联系？5. 在什么条件下前馈控制效果最好？6. 为什么一般不单独使用前馈控制方案？7. 试分析前馈—反馈、前馈-串级复合控制系统的随动及抗扰动特性。
锅炉内胆水温前馈——反馈控制系统设计与实验仿真
学生姓名： 学 班 号： 级：
许秀忠 200752050229 测控 07-2 汽车与机械工程学院 刘晖 2011.6
所在院(系): 指导教师： 完成日期:
锅炉内胆水温前馈——反馈控制系统与实验仿真
锅炉内胆水温前馈——反馈控制系统设计与实验仿真
摘要
随着控制理论的不断发展，过程控制在工业生产中得到了广泛应用[11]。在本设计中以 锅炉内胆水温前馈——反馈控制系统为研究目标， 在 MCGS 组态软件的环境下， 以 PID 控 制算法进行过程控制，并在本设计中对锅炉内胆水温前馈——反馈控制系统进行设计与实 验仿真。该设计分析了锅炉内胆水温动态特性的测试方法，利用 MCGS 组态软件完成了系 统所需要的主控操作界面、运行状态界面、数据浏览界面、实时运行曲线界面的设计，在 THJ-2 型设备试验平台上进行了相关调试及理论验证，最终达到了前馈——反馈控制系统 的设计目的。
Key words: feedforward - feedback integrated control; experiment simulation; MCGS configuration
锅炉内胆水温前馈——反馈控制系统与实验仿真
目 录
1 绪论 ...................................................................................................................... 1 1.1 简介 ............................................................................................................... 1 1.2 前馈——反馈综合控制 ............................................................................... 1 1.3 本文所做的工作 ........................................................................................... 2 2 前馈——反馈控制系统概述 .............................................................................. 3 2.1 实验装置简述 ............................................................................................... 3 2.1.1 系统简介 ............................................................................................ 3 2.1.2 系统组成 ............................................................................................ 3 2.1.3 仪表综合控制台 ................................................................................ 7 2.1.4 系统特点 ............................................................................................ 7 2.1.5 系统软件 ............................................................................................ 8 2.1.6 装置的安全保护体系 ........................................................................ 9 2.2 锅炉内胆水温的前馈——反馈控制系统设计 ......................................... 12 2.3 MCGS软件组态设计................................................................................... 15 2.4 MCGS实时数据库的概念........................................................................... 17 2.4.1 数据对象的类型 .............................................................................. 18 2.4.2 数据后处理 ...................................................................................... 20 3 前馈——反馈控制系统在试验平台上的运行测试........................................ 24 3.1 实验设备 ..................................................................................................... 24 3.2 实验内容与操作 ......................................................................................... 24 3.3 系统实验仿真结果分析 ............................................................................. 25 4 结论 .................................................................................................................... 30 参考文献 ................................................................................................................ 31 致谢 ........................................................................................................................ 32
前馈――反馈控制
温度压力补偿等，都需转换到设定通道，按随动控制进行参数设置
④根据模型计算控制系统设定值的控制系统中，例如，具有压力补偿的温度控制系统 、离心压缩机防喘振控制系统等，根据工程单位直接计算
和限制条件等。状态属性：好（串级） ；好（非串级） ；不确定和坏4种属性
功能模块属性：输入属性；输出属性；内含属性；方式属性； 功能模块参数的类型：多种类型；可以带状态 功能模块参数的计算：设定值计算、输出计算和反馈回路中的输出计算 警告、事件和报警：两种警告：事件（Event）和报警（Alarm）
AI功能块组态 PID功能块组态 AO功能块组态
化学工业出版社
集散控制系统原理及应用控制算法和控制组态
四、现场总线设备的功能模块 3.功能模块组态示例 串级控制系统的组态
化学工业出版社
K
FC
化学工业出版社
集散控制系统原理及应用控制算法和控制组态
3. 集散控制系统实现复杂控制系统的注意事项
分程控制
①采用不同工作范围的控制阀，控制组态与常规仪表实施相同
②采用相同工作范围的标准控制阀，在集散控制系统中分别计算各阀输入，并分送两
个输出模块
基于模型计算的控制
化学工业出版社
一、基本原理、结构和性能分析
化学工业出版社
化学工业出版社
化学工业出版社
集散控制系统原理及应用控制算法和控制组态
三、现场总线控制系统的模块 1. 模块类型和参数：
化学工业出版社
二、输出信号的选择性系统 1、下图是锅炉燃烧系统的选择性控制，蒸汽压力控 制器P1C为正常控制器（反作用），阀后燃气控制 器P2C也是反作用，当蒸气压力过低时，请分析一 下下图控制是如何工作的。 控制图11.doc
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.辽宁工业大学开放性实验报告题目：冷凝器温度前馈-反馈控制系统设计与仿真院（系）：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：2015.11.19—2015.11.22辽宁工业大学实验室开放项目任务书2015/2016 学年第一学期实验项目冷凝器温度前馈—反馈控制系统设计与仿真所在单位实验类型□科学研究自拟课题综合设计□计算机应用□其它指导教师实验时数招收对象1= 招收人数项目研究的意义及内容研究意义：1.掌握复合控制系统的原理。
2.掌握反馈控制器的设计方法。
3.掌握前馈控制器的设计方法，提高学生分析系统和设计系统的实践技能。
4.提高学生的计算机应用能力，掌握MATLAB语言的使用及编程方法。
5.训练学生编写程序及联机调试程序的能力，培养学生团队合作精神。
6.为学生今后从事自动控制工作奠定理论和实践基础。
内容：分析前馈-反馈控制的原理；对被控对象和扰动通道的传递函数的延迟环节进行近似处理；根据设计要求完成反馈控制器和前馈控制器的设计，并用Simulink仿真验证设计结果的正确性。
控制要求控制系统的参数和要求如下：1.被控对象的传递函数为sessG8015594.0)(-+=；2.扰动通道的传递函数为sfessG614105.1)(-+=；3. 设计要求：阶跃给定响应超调量小于50%，阶跃扰动对系统无影响。
注：此表用于申请教学计划外的开放项目，请如实填写，由各院（系）汇总后统一办理，报实践教学科一份。
目录第1章绪论 (1)第2章控制方案介绍 (3)2.1 概述 (3)2.2 控制原理 (3)2.3 实验内容 (4)第3章系统设计与仿真 (5)3.1 处理延迟环节 (5)3.2 反馈控制系统设计 (6)3.3 前馈控制系统设计 (8)第4章课程设计总结 (11)第1章绪论冷凝器(Condenser) 空调系统的机件，能将管子中的热量，以很快的方式，传到管子附近的空气，大部分的汽车置于水箱前方。
把气体或蒸气转变成液体的装置。
发电厂要用许多冷凝器使涡轮机排出的蒸气得到冷凝；在冷冻厂中用冷凝器来冷凝氨和氟利昂之类的致冷蒸气。
石油化学工业中用冷凝器使烃类及其他化学蒸气冷凝。
在蒸馏过程中，把蒸气转变成液态的装置称为冷凝器。
所有的冷凝器都是把气体或蒸气的热量带走而运转的。
对某些应用来说，气体必须通过一根长长的管子（通常盘成螺线管），以便让热量散失到四周的空气中，铜之类的导热金属常用于输送蒸气。
为提高冷凝器的效率经常在管道上附加散热片以加速散热。
散热片是用良导热金属制成的平板。
这类冷凝器一般还要用风机迫使空气经过散热片并把热带走。
一般制冷机的制冷原理压缩机的作用是把压力较低的蒸汽压缩成压力较高的蒸汽，使蒸汽的体积减小，压力升高。
压缩机吸入从蒸发器出来的较低压力的工质蒸汽，使之压力升高后送入冷凝器，在冷凝器中冷凝成压力较高的液体，经节流阀节流后，成为压力较低的液体后，送入蒸发器，在蒸发器中吸热蒸发而成为压力较低的蒸汽，从而完成制冷循环。
液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却的物体热量之后，汽化成低温低压的蒸汽、被压缩机吸入、压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器、在冷凝器中向冷却介质(水或空气)放热，冷凝为高压液体、经节流阀节流为低压低温的制冷剂、再次进入蒸发器吸热汽化，达到循环制冷的目的。
这样，制冷剂在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程完成一个制冷循环。
制冷剂包括：氟里昂12(CF2Cl2)代号R12 氟里昂12是一种无色、无臭、透明、几乎无毒性的制冷剂，但空气中含量超过80%时会引起人的窒息。
氟里昂12不会燃烧也不会爆炸，当与明火接触或温度达到400℃以上时，能分解出对人体有害的氟化氢、氯化氢和光气(CoCl2)。
R12是应用较广泛的中温制冷剂，适用于中小型制冷系统，如电冰箱、冰柜等。
R12能溶解多种有机物，所以不能使用一般的橡皮垫片(圈)，通常使用氯丁二烯人造橡胶或丁睛橡胶片或密封圈。
氟里昂22(CHF2Cl)代号R22 R22不燃烧也不爆炸，其毒性比R12稍大，水的溶解度虽比R12大，但仍可能使制冷系统发生“冰塞”现象。
R22能部分地与润滑油互相溶解，其溶解度随着润滑油的种类及温度而改变，故采用R22的制冷系统必须有回油措施。
R22在标准大气压力下的对应蒸发温度为-40.8℃，常温下冷凝压力不超过15.68×105 Pa，单位容积制冷量与比R12大60%以上。
在空调设备中，大都选用R22制冷剂。
四氟乙烷R134a（ch2fcf3)代号R13是一种无毒无污染安全性最高的制冷剂。
TLV 1000pm,GWP 1300.广泛应用于制冷设备中。
特别是对制冷剂要求高的仪器中。
蒸汽冷凝器这种冷凝常应用于多效蒸发器末效二次蒸汽的冷凝，保证末效蒸发器的真空度。
例如喷淋式冷凝器，冷水从上部喷嘴喷入，蒸汽从侧面入口进入，蒸汽与冷水充分接触后被冷凝为水，同时沿管下流，部分不凝汽体也可能被带出。
例如充填式冷凝器，蒸汽从侧管进入后一上面喷下的冷水相接触冷凝器里面装了满了瓷环填料，填料被水淋湿后，增大了冷水与蒸汽的接触面积，蒸汽冷凝成水后沿下部管路流出，不凝气体同上部管路被真空泵抽出，以保证冷凝器内一定的真空度。
淋水板或筛板冷凝器，目的是增大冷水与蒸汽的接触面积。
混合式冷凝器具有结构简单，传热效率高等优点，腐蚀性问题也比较容易解决。
在制冷系统中，蒸发器、冷凝器、压缩机和节流阀是制冷系统中必不可少的四大件，这当中蒸发器是输送冷量的设备。
制冷剂在其中吸收被冷却物体的热量实现制冷。
压缩机是心脏，起着吸入、压缩、输送制冷剂蒸汽的作用。
冷凝器是放出热量的设备，将蒸发器中吸收的热量连同压缩机功所转化的热量一起传递给冷却介质带走。
节流阀对制冷剂起节流降压作用、同时控制和调节流入蒸发器中制冷剂液体的数量，并将系统分为高压侧和低压侧两大部分。
实际制冷系统中，除上述四大件之外，常常有一些辅助设备，如电磁阀、分配器、干燥器、集热器、易熔塞、压力控制器等部件组成，它们是为了提高运行的经济性，可靠性和安全性而设置的。
第2章 控制方案介绍2.1 概述采用前馈与反馈控制相结合的控制结构，既能发挥前馈控制对扰动的补偿作用，又能保留反馈控制对偏差的控制作用，前馈-反馈控制结构如图2.1所示。
图2.1 前馈-反馈控制结构图由图2.1可知，前馈-反馈控制结构是在反馈的基础上，增加了一个扰动的前馈控制，由于完全补偿的条件未变，因此仍有G (s)G n(s)- n D 2.2 控制原理前馈控制又称扰动补偿，它与反馈调节原理完全不同，是按照引起被调参数变化的干扰大小进行调节的。
在这种调节系统中要直接测量负载干扰量的变化，当干扰刚刚出现并能被测出时，调节器就能发出调节信号使调节量作相应的变化，使两者在被调量发生偏差之前抵消。
因此，前馈调节对干扰的客服比反馈调节及时。
但是前馈控制是开环控制，其控制效果需要通过反馈加以检验。
前馈控制器在测出扰动之后，按过程的某种物质或能量平衡条件计算出校正值。
如果前馈支路出现扰动，经过流量计测量之后，测量得到干扰的大小，然后在反馈支路通过调整调节阀开度，直接进行补偿，而不需要经过调节器。
因为在工业生产过程中，对被控量的调节要求有较高精度，而且要有很强的抗扰动能力，因此在控制方案的选择上，只是使用反馈控制无法实现稳定准确的控制。
根据控制特点，需要引入前馈控制，实现前馈-反馈控制。
前馈控制系统在受控部位的活动发生偏差之前就发出控制指令了，反馈控制系统感受到受控部位的活动发生偏差之后才发出控制指令。
例如：当体温降低时机体稳态被打破，产热反应的强度相对偏低（即发生偏差。
.体温降低之前机体稳态尚未被打破产热反应的强度也尚未出现偏差，如果此时控制部位就开始发出指令使产热反应增强，就是前馈控制。
心脏和血管的活动出现了偏差，这种偏差的结果导致血压降低，感受器感受到血压降低后，控制部位根据这一信息发出指令，使血压升高，就是（负）反馈控制。
2.3实验内容分析前馈—反馈控制的原理；对被控对象和扰动通道的传递函数的延迟环节进行近似处理；根据设计要求完成反馈控制器和前馈控制器的设计，并用Simulink 仿真验证设计结果的正确性。
第3章 系统设计与仿真控制系统的参数和要求如下：1.被控对象的传递函数为s e s s G 8015594.0)(-+=； 2.扰动通道的传递函数为s f e s s G 614105.1)(-+=； 3. 设计要求：阶跃给定响应超调量小于50%，阶跃扰动对系统无影响。
3.1 处理延迟环节为了便于计算将G 0(s)与G f (s)中的延迟环节用pade()函数进行近似处理，输入如下语句指令，如图3.1所示。
图3.1 ＭＡＴＬＡＢ语句指令输入指令后，点击运行，得到了G 0(s)与G f (s)的传递函数，如图3.2所示。
3.2 传递函数G 0(s)的传递函数是1875.0s 75.021875.0s 75.02*1s 5594.0)s (Go s s +++-+= G f (s))的传递函数是3333.0s 23333.0s 2*1s 4105.1)s (Gf s s +++-+= 3.2 反馈控制系统设计同开环控制系统相比，闭环控制具有一系列优点。
但反馈回路的引入增加了系统的复杂性，而且增益选择不当时会引起系统的不稳定。
为提高控制精度，在扰动变量可以测量时，也常同时采用按扰动的控制（即前馈控制）作为反馈控制的补充而构成复合控制系统。
反馈控制系统是基于反馈原理建立的自动控制系统。
所谓反馈原理，就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。
在反馈控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，两者组成一个闭合的回路。
因此，反馈控制系统又称为闭环控制系统。
反馈控制是自动控制的主要形式。
在工程上常把在运行中使输出量和期望值保持一致的反馈控制系统称为自动调节系统，而把用来精确地跟随或复现某种过程的反馈控制系统称为伺服系统或随动系统。
反馈控制系统由控制器、受控对象和反馈通路组成。
比较环节用来将输入与输出相减，给出偏差信号。
这一环节在具体系统中可能与控制器一起统称为调节器。
以炉温控制为例，受控对象为炉子；输出变量为实际的炉子温度;输入变量为给定常值温度,一般用电压表示。
炉温用热电偶测量，代表炉温的热电动势与给定电压相比较，两者的差值电压经过功率放大后用来驱动相应的执行机构进行控制。
进行阶跃给定响应的仿真，其仿真结构框图，如图3.3所示。
图3.3 反馈系统仿真结构图进行系统阶跃响应仿真，并计算其性能指标，输入如下MATLAB程序：n1=[0.94];d1=[55 1];G1=tf(n1,d1);tau=8;[np,dp]=pade(tau,2);Gp=tf(np,dp);n2=[121.5 4.932];d2=[24.63 0];G2=tf(n2,d2);Gc=feedback(G1*G2,Gp);set(Gc,'Td',tau);figure(1);step(Gc);hold on[y,t]=step(Gc);[sigma,tp,ts]=perf(1,y,t);[ess,b1,b2,sigma,n,pusi,T,f]=targ(y,t);sys=feedback(G1*G2*Gp,1);t=[0:0.01:500]';figure(2);[ess]=ster(0,sys,t);[ess]=ster(1,sys,t);程序执行后，可得到如图3.4所示的阶跃给定响应曲线。