课程设计(论文)-单回路控制器的设计

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单回路测控仪说明书

单回路测控仪说明书篇一：单回路数显控制仪说明书篇二：单回路控制系统参数整定课程设计报告( XX-- XX年度第2学期)名称：过程控制系统题目：院系：班级：学号：学生姓名：指导教师：设计周数：第十七周成绩：日期：XX年6月23日《过程控制系统》课程设计任务书一、目的与要求1．掌握单回路控制系统整定方法； 2．掌握PID参数对控制品质影响规律； 3．运用相应软件开发单回路控制系统整定程序。

二、主要内容1．学习基于被控对象模型的单回路控制系统参数整定方法； 2．开发单回路控制系统PID参数整定程序； 3．寻找不同PID参数对控制品质影响规律。

三、进度计划四、设计成果要求1．阐明基于被控对象模型的单回路控制系统参数整定方法的基本原理； 2．完整的、可运行的单回路控制系统PID参数整定程序；3．验证整定的PID参数下的控制效果，给出控制曲线图，同时给出其它PID参数下的控制曲线图，总结不同PID参数对控制品质影响规律。

五、考核方式1．设计报告； 2．设计答辩。

二、设计（实验）正文1.学习基于被控对象模型的单回路控制系统参数整定方法； 1）经验法内容：经验法实际是一种试凑法，是在生产实践中总结出来的参数整定法，该法在现场中得到了广泛的应用。

利用经验法对系统的参数进行整定时，首先根据经验设置一组调节器参数，然后将系统投入闭环运行，待系统稳定后作阶跃扰动试验，观察调节过程；若调节过程不满足要求，则修改调节器参数，再作阶跃扰动试验，观察调节过程；反复上述试验，直到调节过程满意为止。

实验步骤：(1) 首先将调节器的积分时间Ti置最大，微分时间Td 置最小，根据经验设置比例带δ的数值，完成后将系统投入闭环运行，待系统稳定后作阶跃扰动试验，观察调节过程，若过渡过程有希望的衰减率则可，否则改变比例带δ的值，重复上述试验，直到满意为止；(2) 将调节器的积分时间Ti由最大调整到某一值，由于积分作用的引入导致系统的稳定性下降，因而应将比例带适当增大，一般为纯比例作用的1.2倍。

毕业设计_--单回路控制器的设计

单回路控制器的设计学院：电子工程学院年级：2012级专业：自动化姓名：、学号：20125229指导教师：摘要介绍了以89C51单片机实现的单回路智能控制器的设计思想，由于软件功能丰富，因此这可完成模拟仪表难以或无法完成的复杂调节功能，运算功能的显示功能，它可适用于工业过程中控制诸多领域。

并且分析了51单片机与8255的连接方法，可以用它制成多路扩展的IO口控制器。

该系统将单片机应用到单回路控制系统，实现一个比较简单的单回路PID控制。

关键词单片机单回路智能控制器软件设计 IO扩展 PID控制目录摘要 (2)第1章前言 (1)1.1当前单片机系统的介绍及在单回路控制过程中的应用与前景错误！未定义书签第2章单片机外部设备扩展 (2)2.1单片机最小系统设计 (2)2.1.1 单片机外部存储器的扩展 (2)2.12 看门狗电路、复位电路的设计 (2)2.2I/O接口的扩展 (3)2.2.1.1 I/O扩展概述 (3)2.2.2 89c51与可编程RAM/IO芯片8255的接口 (4)2.3键盘的设计 (4)2.4 LED显示器设计 (5)2.5 数字量模拟量转换 (5)2.5.1 信号采样及转换电路设计 (7)2.6开关量的输入输设计 (8)2.7 单片机串行口扩展设计。

（MAX232与单片机接口设计） (10)结论 (11)参考文献 (12)致谢 (12)第1章前言1．1单回路控制系统的介绍及单片机在单回路控制系统中的应用及前景89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。

该器件采用ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器， VCC：供电电压。

单回路控制系统

正作用：输出信号随输入信号的增大而增大；（放大倍数为正）反作用：输出信号随输入信号的增大而减小；（放大倍数为负）调节器的正作用：输出信号u随着被控量y的增大而增大；调节器的反作用：输出信号u随着被控量y的增大而减小；
执行器液位过程检测变送则调节器
气开式 + q1 h +
+ -
控制系统的工程考虑
1、方案设计
是整个控制工程设计中最重要的一步，应注意： (1)、合理选择被控量(被控参数)和操纵量(控制参数)
(2)、对象信息的获取和变送 (3)、执行器的选择 (4)、控制器的选择
2、工程设计
包括仪表（微机）选型、控制室和仪表盘设计、供水供电供气设计、信号系统设计、安全防暴设计等。
被控参数必须具有足够大的灵敏度。被控参数的选取，必须考虑工艺过程的合理性和所用仪表
的性能。
（二）控制参数（操纵变量）的选择
以控制质量为依据，通过对过程静态特性、动态特性的分析，讨论控制参数选择的一般原则。
控制通道克服扰动的能力强，动态响应比扰动通道快。
1、过程静态特性的分析设单回路控制系统的框图如下图所示：
第三章单回路控制系统设计
§3-1 概述
1。数学模型的有关概念
数学模型:指过程在各输入量的作用下，其相应输出量变化的函数关系数学表达式。
干扰:内干扰---调节器的输出量u(t)；外干扰---其余非控制的输入量。
通道:输入量与输出量间的信号联系。
控制通道--控制作用与被控量间的信号联系；
扰动通道--扰动作用与被控量间的信号联系。
设定值
e 液位控制器 u 执行阀
f (t) q1 液位过程实际液位

单回路控制系统方案

第五章单回路控制系统设计⏹本章提要1.过程控制系统设计概述2.单回路控制系统方案设计3.单回路控制系统整定4.单回路控制系统投运5.单回路控制系统设计原则应用举例⏹授课内容第一节过程控制系统设计概述单回路反馈控制系统---又称简单控制系统，是指由一个被控过程、一个检测变送器、一个控制器和一个执行器所组成的．对一个被控变量进行控制的单回路反馈闭环控制系统。

➢单回路反馈控制系统组成方框图：简单控制系统是实现生产过程自动化的基本单元、其结构简单、投资少、易于调整和投运，能满足一般工业生产过程的控制要求、因此在工业生产小应用十分广泛，尤其适用于被控过程的纯滞后和惯性小、负荷和扰动变化比较平缓，或者控制质量要求不太高的场合。

➢过程控制系统设计和应用的两个重要内容：控制方案的设计、调节器整定参数值的确定。

➢过程控制系统设计的一般要求：●过程控制系统是稳定的，且具有适当的稳定裕度。

●系统应是一个衰减振荡过程，但过渡过程时间要短，余差要小。

➢过程控制系统设计的基本方法：设计方法很多，主要有对数频率特性设计法、根轨迹设计法、系统参数优化的计算机辅助设计等。

➢过程控制系统统设计步骤：●建立被控过程的数学模型●选择控制方案●建立系统方框图●进行系统静态、动态特性分析计算●实验和仿真➢过程控制系统设计的主要内容：控制方案的设计：核心，包括合理选择被控参数和控制参数、信息的获取和变送、调节阀的选择、调节器控制规律及正、反作用方式的确定等。

●项目设计：包括仪表选型、控制室和仪表盘设计、仪表供电供气系统设计、信号及联锁保护系统设计等。

●项目安装和仪表调校●调节器参数项目整定：保证系统运行在最佳状态。

第二节单回路控制系统方案设计1.被控参数的选择➢选取被控参数的一般原则为：选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作用的，可直接测量的工艺参数为被控参数。

●当不能用直接参数作为被控参数时，应该选择一个与直接参数有单值函数关系的间接参数作为被控参数。

单回路控制系统设计

控制仪表的选择
(1) 仪表的选型——电动单元组合仪表(DDZ) (2) 测温元件与变送器：
热电阻温度计，三线制接法配温度变送器。
(3) 调节阀选型：选气动调节阀，且事故时要求不要超温！
气关形式，流量特性选择？
(4)调节器: PI或PID。
控制仪表的选择
调节器的正反作用的确定:
由于调节阀为气关方式因此KV 0 由于冷风量（控制量）增加炉温（被控量）降低，K0 0 通常传感器的增益为正 , Km 0
典型最佳调节过程 1 b
a
生产过程中的控制系统多为恒值调节系统，评定控制系统性能的常用指标有稳态误差、最大超调或超调率、衰减率和过渡过程时间等。
在过程控制系统中更
多的采用衰减率来表
示调节系统的稳定度。
工程上通常将 0.75的调节过程当作“典型最佳调节过程”
临界比例度法
一．临界比例度法（Ziegler-Nichols 稳定边界法）
F(s) Gf (s)
C(s)
Y (s) H (s)
系统输出与干扰之间的传递函数为：
C(S)
Gf (S)
F(S) 1 Gc (S)Gv (S)Gp (S)H (S)
假设：G
f
(S
)
K Tf s
f
1
干扰通道的影响
C(S)
1
• Kf
F(S) 1 Gc (S)Gv (S)Gp (S)H (S) Tf s 1
干扰通道的影响
干扰进入位置对控制质量的影响
F(s)
Gf (s)
R(s) E(s)
U (s)
Q(s)
GC (s)
Gv (s)
C(s) Gp (s)

除氧器水位单回路控制系统设计

课程设计陈说之阿布丰王创作( 2014-- 2015年度第二学期)名称：控制装置及仪表课程设计题目：除氧器水位单回路控制系统设计院系：自动化系班级： 1204班学号： 201209010313 学生姓名：沈一鸣指导教师：韦根源老师设计周数：一周成绩：日期： 2015年 6月 26日《控制装置与仪表》课程设计任务书一、目的与要求认知控制系统的设计和控制仪表的应用过程.1．了解过程控制方案的原理图暗示方法（SAMA图）.2．掌握数字调节器KMM的组态方法,熟悉KMM的面板把持、数据设定器和KMM数据写入器的使用方法.3．初步了解控制系统参数整定、系统调试的过程.二、主要内容1．按选题的控制要求,进行控制战略的原理设计、仪表选型并将控制方案以SAMA 图暗示出来.2．组态设计2．1KMM组态设计以KMM单回路调节器为实现仪表并画出KMM仪表的组态图,由组态图填写KMM的各组态数据表.2．2组态实现在法式写入器输入数据,将输入法式写入EPROM芯片中.3．控制对象模拟及过程信号的收集根据控制对象特性,以线性集成运算放年夜器为主构成反馈运算回路,模拟控制对象的特性.将定值和过程变量送入工业信号转换装置中,以便进行观察和记录.4．系统调试设计要求进行静态调试.静态调试是指系统与生产现场相连时的调试.由于生产过程已经处于运行或试运行阶段,此时应以观察为主,当涉及到必需的系统修改时,应做好充沛的准备及平安办法,以免影响正常生产,更不允许造成系统或设备故障.静态调试一般包括以下内容：ｌ）观察过程参数显示是否正常、执行机构把持是否正常；２）检查控制系统逻辑是否正确,并在适那时候投入自动运行；３）对控制回路进行在线整定；４）当系统存在较年夜问题时,如需进行控制结构修改、增加测点等,要重新组态下装.三、进度计划设计内容分工参考：小组每人均介入控制方案的设计,了解方案的KMM仪表实现方法、实验系统组成、系统调试和数据记录的过程.在此基础上小组成员可作如下具体分工：预习KMM 法式写入器使用并具体进行EPROM芯片的制作（2人）；设计实验接线原理图,进行实验接线并熟悉掌握KMM面板功能及数据设定器使用（1-2人）；确定记录信号并利用工业控制信号转换设备进行记录信号的组态和实验曲线的打印工作（1人）.四、设计（实验）功效要求1．完成系统SAMA图和KMM组态图,附出控制系统的调试曲线和控制参数.2．对系统设计过程进行总结,完成并打印设计陈说.五、考核方式1．每人学习、理解设计书内容,小组讨论设计题目,确定个人分工.完成控制对象模拟的电路设计图；控制战略设计方案、组态图、列写出KMM数据表；需记录的曲线及接线图.在上实验室前,每人手写出自己的工作内容.（20分）2．实验室部份：按设计内容进行法式写入、模拟控制对象的运放回路接线、记录曲线接线及组态.控制回路调试、PI参数整定、静态曲线记录打印；设计结果现场辩论.（60分）3．撰写设计陈说.根据分工内容允许有偏重.要求格式规范,内容详实,有原创性.（20分）六、选题参考0 天燃气压力控制系统（设计书中实例）（控制系统特点：单回路控制方案；有自平衡能力正的被控对象）1 除氧器水位单回路控制系统设计（提示：单回路控制方案；无自平衡能力正的被控对象）2 炉膛压力系统死区控制系统设计（提示：单回路PID死区控制方案；有自平衡能力负的被控对象）3 过热汽温串级控制系统设计（提示：串级控制方案；主、付对象均为有自平衡能力负的被控对象） 4 锅炉给水三冲量控制系统设计（提示：串级三冲量控制方案；被控对象为无自平衡能力正的被控对象） 5 风煤比值控制系统设计（提示：比值控制方案；被控对象设为有自平衡能力正的被控对象）6 主汽压力前馈控制系统设计（提示：单回路前馈控制方案；被控对象为有自平衡能力正的被控对象）学生姓名：指导教师：韦根原2014年6月23日除氧器水位单回路控制系统设计一、课程设计(综合实验)的目的与要求1．认知控制系统的设计和控制仪表的应用过程.2．了解过程控制方案的原理图暗示方法（SAMA图）.3．掌握数字调节器KMM的组态方法,熟悉KMM的面板把持、数据设定器和KMM数据写入器的使用方法.4．初步了解控制系统参数整定、系统调试的过程.二、设计（实验）正文1. 由控制要求画出控制流程图.对如上图所示的除氧器水位单回路控制系统,要求对除氧器进行单变量定值控制.除氧器水位经水位变送器丈量后,由KMM模入通道送至调节器中.调节器输出AO1经A/D转换通道控制调节阀,控制除氧器内水位.控制要求：当调节器的给定值SP和丈量值PV之偏差超越给定的监视值（15%）时,调节器自动切换至手动（M）方式.在偏差允许的范围内（15%）,允许切入自动（A）方式.2. 确定对可编法式调节器的要求.控制系统要求一路模拟量输入（模入）通道输入压力信号,一路模拟量输出（模出）通道输出控制信号控制压力调节阀.而KMM具有5路模入通道、3路模出通道（其中第一路模出通道AO1可另外同时输出一路4～20mA电流信号）,可满足本系统控制要求.3. 设计控制原理图（SAMA图）.根据控制对象的特性和控制要求,进行惯例的控制系统设计.SAMA图如下：4. 绘制KMM 组态图并填写KMM 控制数据表KMM 组态图：表格数据：PPAR315%PPAR40.0KMM组态通过填入以下数据表格实现.①基本数据表PROM管理编号：作芯片记号,指定一个四位数.调节器类型：0－1PID(A/M)1；1－PID(C/A/M)；2－2PID(A/M)；3－2PID(C/A/M).上位计算机控制系统：0－无通信；1－有通信（无上位机）；2－有通信（有上位机）. 上位机故障时切换状态：0－MAN方式；1－AUTO方式.②输入处置数据表输入使用：0－不用；1－用.按工程显示小数点位置：0－无小数；1－1位小数；2－2位小数；3－三位小数. 开平方处置：0－直线；0－开平方处置.开方小信号切除：给AI1～AI5设定的开方信号切除值.传感器故障诊断：0－无诊断；1－诊断.③PID数据表（PID 把持类型：0－惯例PID ；1－微分先行PID.PV 跟踪：定值跟踪功能,0－无；1－有.⑤可变变量表)百分型数据：缺省值为0.0；给定范围为：-699.0～799.9%. 时间型数据：缺省值为0.00min ；给定范围为：0.00～99.99min.⑥输出处置数据表规定模拟输出信号和数字输出信号从哪个模块引出.⑦运算模块数据表用来规定模块的类型及模块相互之间的连接.）5. 掌握KMM 法式写入器的使用方法并用法式写入器将数据写入EPROM 中.法式写入器具有制作可编程调节器的用户PROM 所需要的全部功能,还能够打印出法式的内容并具有法式写入器自己的自诊断功能.根据数据表中所填写的代码和数据用KMM 法式写入器进行编程.法式写入器的具体使用方法拜会附录中说明.按表格次第逐项输入数据.法式输入并检查修改完毕后,按“WRIT ”、 “ENT ”键,将法式写入EPROM 中.写入法式后的EPROM 移插到KMM 调节器的用户EPROM 中,即可进行整机和系统调试工作. 6. 按控制系统模拟线路原理图接线.由运算放年夜器构成的反馈网络模拟控制对象特性,构成控制系统的模拟控制回路.系统原理接线图如下图所示：图4 模拟控制回路接线图模拟的控制对象采纳由两个线性运算放年夜器构成的一阶滞后反馈环节串联构成,以加年夜对象的滞后时间.控制回路中丈量值和设定值信号分别送入工业控制信号转换器中的A/D 模拟量输入通道中进行显示和记录.运算放年夜器构成的是一阶滞后特性的反馈回路.运放的反馈网络是电阻和电容的并联,等效阻抗sC R R sC R s C R Z f f f f f f f f +=+⨯=111,输入网络的等效阻抗11R Z =,这个放年夜器构成的闭环特性传递函数sC R R R Z Z s W f f f f +==1/)(11,设定1R R f =,则sC R s W f f +=11)(.因此,这是一个滞后时间ff C R T =的一阶滞后环节.设计实验中选取K R R f 1001==,μ47=f C ,计算得这个滞后环节的滞后时间s T 7.4=.因滞后时间较小,设计中将这样的两个环节串联而成.7. 进行控制参数调整,对控制系统各项功能进行模拟测试并记录定值扰动控制曲线.（1）上电准备.（2）通电.使调节器通电,初上电,调节器先处于“联锁手动”方式.（3）运行数据简直认.用“数据设定器”来确认,对运行所必需的控制数据、可变参数等是否被设定在规定值.需要时可进行数据的设定变更（4）按控制面板上的R（Reset,复位）按钮,解除“联锁方式”后,调节器可进行输出把持、方式切换等正常的运行把持.（5）组态工业控制信号转换设备的显示画面,以便记录调试曲线.（6）通过“数据设定器”进行PI参数的调整,使控制品质到达控制要求（衰减率为75%-90%）.记录定值扰动10%时的静态过程曲线.（7）打印过程曲线图3 除氧器综合剖面图1—加热器来水进口; 2—至凝结器排气口; 3—喷口;4—汽源管; 5—耙管设计实验陈说自动化1101 EPROM编号姓名：段贵金专业、班级：学号： 2 同组人余有名陶王东郭铮设计名称除氧器水位单回路控制系统设计三、课程设计（综合实验）总结或结论本周的控制装置及仪表的课程设计给我留下的印象非常深刻,虽然课表上安插的时间是一周,但因为我们班是第一组,所以是留给我们的时间只有周一的下午和晚上.时间如此紧迫让我找到了备战考试的感觉,正因为如此所以学习效率较高,做好了事先的准备工作,比力顺利的完成了实验.在这个过程中我巩固了之前学习的理论知识,接触到了新的实验方法,熬炼了入手能力,让我受益匪浅.我们小组选择的题目是除氧器水位单回路控制系统设计,通过设计又复习了一下过程控制方案用SAMA图暗示原理图的方法,进一步掌握了数字调节器KMM的组态方法,组态图的绘制,各个组态元件模块的功能.熟悉了KMM的面板把持、数据设定器和KMM数据写入器的使用方法,以及如何将法式烧制到EPROM.另外,对除氧器水位调节控制有了一个比力系统的了解.再次熟悉了CAE2000系统的把持.在本次课程设计中,我是我们小组的组长,主要负责的任务是KMM组态图绘制理解,以及组态数据表的建立,和数据写入EPROM工作.因为KMM数据写入器的使用是新的内容,因此相比较力难一些,在实验把持前,通过预习,我对组态图有了深刻的理解,对其中各个功能模块也再次进行了研究,另外对系统的接线,和整个系统设计也年夜概熟悉了一下,并交给我们小组的其它成员负责.做实验确当天,两个同学负责联线和检查,我和另一个同学负责KMM法式写入.所有数据表我们已经提前填写好了,在和旧的芯片核对之后确认没有问题.输入法式和写芯片的过程在老师的指导下也进行的比力顺利.在后来的参数调节过程中,因为比例带的初值设置的太年夜招致反应过慢,后来在我们整个小组的努力下最终做好了整定.本次实验让我体会到了团队合作的力量,在PID参数调节过程中,又复习了参数对系统性能的影响.总而言之,本次课程设计对我来说还是相当有收获的.通过本次课程设计,有一点给我的感触很深,我们已经拥有了一定的学习能力,但在遇到问题之后解决问题的能力非常欠缺.一方面是我们对知识掌握的不够灵活透彻,更主要的是我们没有养成良好的习惯,遇到问题就只会问老师,却不会拿着万用表看看是哪里出问题了.在以后的实验或是工作中,我一定要灵活运用所学到的知识,做到耐心细致而且要坚持一贯严谨认真的态度.在遇到困难时,要积极思考,复查每个环节,逐个突破,找到原因,寻求解决方案.最后,感谢韦老师的耐心指导和帮手.四、参考文献[1] 王秀霞韦根源主编《控制仪表与装置试验及课程设计指导书》华北电力年夜学 2006年4月[2] 吴勤勤主编《控制仪表及装置》.化学工业出书社第三版[3] 金以慧主编方崇智审校《过程控制》清华年夜学初版 1993年4月。

一种单回路控制器的设计

一种单回路控制器的设计程来星;刘宁【摘要】TL494是一个固定频率的脉冲宽度调制电路,以此元件为核心器件,在其周围加上滤波电路及RC放电回路构成一个单回路控制器。

该单回路控制器的主要作用是把脉冲宽度变化的信号转换成与脉冲宽度成正比的直流信号,从而实现闭环单回路控制功能。

【期刊名称】《黑龙江科技信息》【年(卷),期】2012(000)026【总页数】1页(P3-3)【关键词】脉宽调制;TL494;单回路控制【作者】程来星;刘宁【作者单位】黄石职业技术学院,湖北黄石435005;黄石职业技术学院,湖北黄石435005【正文语种】中文【中图分类】TN86单回路控制器的型号有许多种，但它们一般都具有以下共同特点：数字量和模拟量可以混合使用，输入和输出信号采用国际统一标准的模拟信号；外形结构、安装方式、正面操作面板的设置、操作及显示方式都与模拟控制器相似，使习惯于模拟控制器的人员容易掌握；用户程序编制采用“面向过程语言”；调节器外部采用硬接线，与模拟控制器兼容；具有数据通信功能；具有自诊断的功能。

单回路控制器现已广泛地用于冶金、化工、石油、电力等工业自动化中[1]。

TL494是一种频率固定的脉冲宽度控制器，它是美国德克萨斯州仪器公司生产的一种电压驱动型脉宽调制控制集成电路，片上集成完整的脉冲宽度调制控制电路，片上的振荡器可以工作在主动模式和被动模式，它集成误差放大器，内置5.0V基准电压，可调整的死区时间控制，输出晶体管输出和灌入电流可达500mA，输出控制可用于推挽式和单端式[2]。

TL494是16脚双列直插式（DIP封装）集成电路。

TL494各管脚功能[3]：1脚：误差比较放大器1的同相输入端。

2脚：误差比较放大器1的反相输入端。

3脚：控制比较放大器和误差比较放大器的公共输出端，当3脚的电平变高时，TL494送出的驱动脉冲宽度变窄，当3脚电平低时，驱动脉冲宽度变宽。

4脚：死区电平的控制端，从4脚加入死区控制电压可对驱动脉冲的最大宽度进行控制，使其最大不超过180度，这样可以保护开关电源电路中的三极管。

单回路控制课程设计

单回路控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解单回路控制的基本概念，掌握其工作原理及数学模型。

2. 学生能描述单回路控制系统的组成部分，并解释各部分的作用和相互关系。

3. 学生能运用控制理论知识，分析单回路控制系统的稳定性、快速性和准确性。

技能目标：1. 学生具备使用模拟或数字工具搭建单回路控制系统的能力。

2. 学生能够运用所学知识，针对具体问题设计简单的单回路控制系统。

3. 学生能够通过实验或仿真，对单回路控制系统进行调试和优化。

情感态度价值观目标：1. 培养学生面对工程问题时的批判性思维和解决问题的自信心。

2. 增强学生的团队合作意识，培养他们在团队中有效沟通和协作的能力。

3. 引导学生认识到单回路控制在工业生产和社会生活中的重要性，激发他们对自动化技术的兴趣和热爱。

课程性质分析：本课程属于自动化及控制学科，理论与实践相结合，注重培养学生的实际操作能力和问题解决能力。

学生特点分析：学生为高中年级，具备一定的物理、数学基础，对新鲜事物充满好奇，动手能力强，但可能缺乏系统性的工程思维。

教学要求：结合学生特点，通过案例教学、实验操作和小组讨论等多种教学手段，使学生能够将理论知识与实际应用相结合，提高分析问题和解决问题的能力。

将课程目标分解为具体的学习成果，以便于教学设计和评估的实施。

二、教学内容1. 引言：介绍控制系统的基本概念，单回路控制系统的定义及其在工程中的应用。

教材章节：第一章，第一节2. 单回路控制系统的组成：- 控制器：原理、分类及特性- 被控对象：传递函数、数学模型- 传感器和执行器：工作原理、性能指标教材章节：第一章，第二节3. 单回路控制系统的数学模型：- 传递函数、差分方程- 系统稳定性分析教材章节：第二章，第一节4. 单回路控制系统的性能指标：- 稳定性、快速性、准确性- 性能指标的影响因素教材章节：第二章，第二节5. 单回路控制系统的设计：- 控制器设计：PID控制原理、参数整定方法- 系统仿真与优化教材章节：第三章，第一节6. 实践操作：- 搭建模拟单回路控制系统- 系统调试与性能分析教材章节：第三章，第二节7. 案例分析：- 分析实际工程中的单回路控制系统案例- 总结设计经验，提高问题解决能力教材章节：第四章教学内容安排和进度：共计8课时，按照上述教学内容逐步展开，每课时涵盖一个或多个内容，保证教学内容的科学性和系统性。

第6章单回路控制系统的设计

第6章单回路控制系统设计
6.1 概述 6.2 单回路控制系统方案设计 6.3 单回路控制系统调节器参数的整定 6.4 单回路控制系统的投运 6.5 单回路控制系统设计举例
6.1 概述
对于过程控制系统： ①控制方案的选择
如果控制方案设计的不合理，仅凭调节参数的整定无法获得良好的控制质量； ②调节器参数整定控制方案很好，但是调节参数整定得不合理，也不能使系统运行在最佳状态。过程控制系统结构形式：
⑴ K0要适当大一些；T0要适当小一些；t0愈小愈好。
⑵ Kf应尽可能小；Tf要大；扰动引入系统的位置要靠近调节阀；容量时延愈大，则有利于控制。
⑶ 应尽量设法把几个时间常数错开。 ⑷ 工艺操作的合理性、经济性。
举例：
举例：
干燥塔冷气流量
① 乳化物流量的变化将会影响温度 ② 蒸汽压力的变化将会影响温度 ③ 鼓风机风量的大小还会影响温度
较第一方案控制通道时延时产品
间稍大, 灵敏度次之。
蒸汽
fG fp
x
Y
第三种方案：蒸汽流量为控制参数
蒸汽
fQ
fG
x
产品
Y
控制通道很长，纯时延、容量时延大，灵敏度差。
T0、t0大，不易作控制参数。
第二种方案较好最合适
6.2.3 测量变送问题
Wm
s
K Tm s
m
1
1.纯时延问题
t l1 l2
v1 v2
控制通道存在纯时延
X s
Ps
Y s
W s
W0 s
X s
Ps
W s
WW00sset0s
Y s
W2 s
PsW0 s PsW0 set0s PsW2 s

单回路控制系统课程设计3

文档可能无法思考全面，请浏览后下载!工业过程控制课程设计题目: 基于组态软件的温度单回路过程控制系统设计院系名称：专业班级：学生姓名：学号：指导教师：设计地点：设计时间：设计成绩：指导教师：本栏由指导教师根据大纲要求审核后，填报成绩并签名。

工业过程控制课程设计任务书摘要为了取得较好的控制效果，采用PID控制规律。

通过温度传感器将检测到的实时温度值与温度设定值的差值送入计算机，计算机运用PID算法得到相应的控制信号，并将其输出给执行器，然后执行器调节加热器，以达到调节温度的控制目的。

关键词：温度过程控制 PID算法组态目录1 引言 (5)2 系统设计分析 (6)2.1设计目的 (6)2.2设计要求 (6)2.3设计的内容 (6)3 系统方案的设计及控制规律的选择 (6)3.1系统控制方案 (6)3.2系统结构框图 (6)4 仪表与模块的选择 (7)4.1仪器仪表的选择 (7)4.2模块的选择 (8)5 组态画面设计 (9)5.1组态王简介 (9)5.2组态软件设计 (9)5.3 组态画面 (10)6 组态程序设计 (12)6.1 PID 控制算法 (12)6.2 PID控制算法流程图 (14)6.3 PID脚本程序 (14)7 组态王数据词典 (16)8 系统调试过程 (17)设计心得 (18)参考文献 (19)1 引言现代工业设计、工程建设及日常生活中常常需要用到温度控制,早期温度控制主要应用于工厂中，例如钢铁的水溶温度，不同等级的钢铁要通过不同温度的铁水来实现，这样就可能有效的利用温度控制来掌握所需要的产品了。

将单片机控制方法运用到温度控制系统中，可以克服温度控制系统中存在的严重滞后现象，同时在提高采样频率的基础上可以很大程度的提高控制效果和控制精度。

温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。

现代自动控制越来越朝着智能化发展，在很多自动控制系统中都用到了工控机，小型机、甚至是巨型机处理机等，当然这些处理机有一个很大的特点，那就是很高的运行速度，很大的内存，大量的数据存储器。

换热器出口温度单回路控制

换热器出口温度单回路控制(总11页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--1、概述换热器又叫做热交换器（heat exchanger），是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。

本次课程设计我要完成换热器出口温度单回路控制系统设计，单回路控制系统又称简单控制系统，是指由一个控制对象、一个检测元件及变送器、一个调节器和一个执行器所构成的闭合系统，方框图如下：图1、单回路控制系统方框图单回路控制系统结构简单、易于分析设计，投资少、便于施工，并能满足一般生产过程的控制要求，因此在生产中得到广泛应用。

设计一个控制系统，首先应对被控对象做全面的了解。

除被控对象的动静态特性外，对于工艺过程、设备等也需要比较深入的了解；在此基础上，确定正确的控制方案，包括合理选择被控变量与操纵变量，选择合适的检测变送原件及检测位置，选用恰当的执行器、调节器以及调机器控制规律等；最后将调节器的参数整定到最佳值。

2、换热器温度控制原理以及控制方案的确定换热器温度控制过程有如下特点：换热器温度控制系统是由温度变送器、调节器、执行器和被控对象组成的闭合回路。

被调参数经检测元件测量并由温度变送器转换处理获得测量信号，测量值与给定值的差值送入调节器，调节器对偏差信号进行运算处理后输出控制作用。

换热器温度控制系统的工艺流程如下：冷流体和热流体分别通过换热器的壳程和管程，通过热传导，从而使冷流体的出口温度升高。

冷流体通过循环泵流经换热器的壳程，出口温度稳定在设定值附近。

热流体通过多级泵流经换热器的管程，与冷流体热交换后流回蓄水池，循环使用。

从控制任务要求可知，换热器温度控制系统是单点、恒值控制。

且题目要求用单回路控制系统，控制范围和控制精度要求一般，功能上无特殊要求，采用广泛使用的PID 控制。

图2 PID 控制系统原理图PID 控制是偏差比例（P ）、偏差积分（I ）、偏差微分（D ）控制的简称。

乳化物干燥器温度单回路控制系统设计

目录1 干燥器工作原理及结构特点 (1)1.1干燥器概述 (1)1.2控制系统设计 (2)1.3控制参数的确定 (3)2 现场仪表的选型 (3)3 系统方块图的确定 (6)4 调节器算法的确定和参数的确定 (6)4.1调节器控制规律 (6)4.2各环节传递函数及参数的确定 (7)5 系统的Simulink仿真 (7)6 课程设计总结 (10)参考文献 (11)乳化物干燥器温度单回路控制系统设计1、干燥器工作原理及结构特点1.1干燥器概述干燥器是是通过加热使物料中的湿分(一般指水分或其他可挥发性液体成分)汽化逸出，以获得规定湿含量的固体物料的机械设备。

干燥的目的是为了物料使用或进一步加工的需要。

如木材在制作木模、木器前的干燥可以防止制品变形，陶瓷坯料在煅烧前的干燥可以防止成品龟裂。

另外干燥后的物料也便于运输和贮存，如将收获的粮食干燥到一定湿含量以下，以防霉变。

由于自然干燥远不能满足生产发展的需要，各种机械化干燥器越来越广泛地得到应用。

干燥过程需要消耗大量热能，为了节省能量，某些湿含量高的物料、含有固体物质的悬浮液或溶液一般先经机械脱水或加热蒸发，再在干燥器内干燥，以得到干的固体。

在干燥过程中需要同时完成热量和质量(湿分)的传递，保证物料表面湿分蒸汽分压(浓度)高于外部空间中的湿分蒸汽分压，保证热源温度高于物料温度。

热量从高温热源以各种方式传递给湿物料，使物料表面湿分汽化并逸散到外部空间，从而在物料表面和内部出现湿含量的差别。

内部湿分向表面扩散并汽化，使物料湿含量不断降低，逐步完成物料整体的干燥。

物料的干燥速率取决于表面汽化速率和内部湿分的扩散速率。

通常干燥前期的干燥速率受表面汽化速率控制；而后，只要干燥的外部条件不变，物料的干燥速率和表面温度即保持稳定，这个阶段称为恒速干燥阶段；当物料湿含量降低到某一程度，内部湿分向表面的扩散速率降低，并小于表面汽化速率时，干燥速率即主要由内部扩散速率决定，并随湿含量的降低而不断降低，这个阶段称为降速干燥阶段。

第五章单回路控制系统设计

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在给定信号X(s)作用下，系统闭环传递数为
Y (s) W (s)W0 (s) X (s) 1W (s)W0 (s)
闭环系统特征方程为
1W (s)W0 (s) 0
（5-7）（5-8）
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当扰动通道有时延时，在扰动作用下系统的闭环传递函数为
Y (s) W f (s)e f s F (s) 1 W (s)W0 (s)
Kmaxwc值，见表5－2。
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结论： ◆减小过程中最大的时间常数T1，不但无益，反而
使Kmaxwc数值比原始数据小，引起控制质量下降。 ◆减小T2或T3都能提高控制性能指标，若同时减小
T2、T3 ，则提高性能指标的效果更好 ◆增大最大时间常数T1，使wc略有下降，但Kmax增
大，有助于提高控制指标。在选择控制通道时，使广义过程特性中的几个时
且Tf愈大，则该极点愈靠近虚轴，使整个过渡过程的幅值减小Tf倍，超调量随之减小。扰动通道的时间常数Tf愈大，容积愈多，则扰动对被控参数的影响也愈小，控制质量也愈好。
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②时延τf的影响:图5－4所示
X(s) ＋－
Wf (s)e f s
Yp(s)
W(s)
W0(s)
＋ Y(s) ＋
图5-4 系统框图
克服扰动的能力愈强。但Ko与KC的乘积应为常数， Ko的大小可以通过调节KC来补偿。总之，应使Ko >Kf.
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2 过程动态特性的分析
(1) 过程扰动通道动态特性的影响
① 时间常数Tf 的影响。图5-2所示的单回路控制系统，当X(s) = 0时，则系统的闭环传递函数为
Y (s)
Wf (s)
(5-4)
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三、系统设计中的测量变送问题

单回路控制系统的工程设计方案

单回路控制系统的工程设计方案1. 系统概述单回路控制系统是一种常见的控制系统形式，通常由传感器、执行器、控制器和系统输入/输出组成。

本文将详细介绍一个单回路控制系统的工程设计方案，包括系统硬件、软件和调试方案等。

2. 系统硬件设计2.1 传感器传感器是单回路控制系统的重要组成部分，用于将要控制的物理量转换为电信号。

在本设计方案中，我们选择了温度传感器作为示例。

温度传感器通常使用模拟输出，因此需要使用模数转换器（ADC）将模拟信号转换为数字信号。

我们将选择一个精度高、输出稳定的温度传感器，并通过ADC将其输出转换为数字信号。

2.2 执行器执行器用于根据控制信号执行相应的操作。

在本设计方案中，我们选择了一个简单的电机作为示例。

电机通常需要驱动电路来提供足够的电流和电压以实现正常运转。

我们将选择合适的电机型号，并设计一个驱动电路，以便根据控制信号控制电机的转动方向和速度。

2.3 控制器控制器是单回路控制系统的核心部分，它根据传感器的反馈信号和系统输入，计算出控制信号并输出给执行器。

在本设计方案中，我们选择了一个单片机作为控制器，并使用C语言编程来实现控制算法。

我们将选择合适的单片机型号，并编写相应的控制程序。

2.4 系统输入/输出系统输入用于接收外部的控制信号或命令，而系统输出用于向外部反馈控制结果。

在本设计方案中，我们选择了一个开关作为示例的系统输入，用于启动或停止控制系统。

系统输出将显示当前的温度值和电机的运行状态。

3. 系统软件设计3.1 控制算法控制算法是控制系统的灵魂，决定了系统如何根据传感器反馈来生成控制信号。

在本设计方案中，我们选择了经典的PID控制算法作为示例。

PID控制算法可以根据系统误差、误差变化率和误差累积值来计算出控制信号。

我们将在控制器程序中实现PID控制算法，并根据具体的需求进行调参。

3.2 控制器程序设计控制器程序设计是系统软件设计的关键部分。

在本设计方案中，我们将使用C语言来编写控制器程序，并根据具体的硬件和算法需求进行调整。

单回路控制方案设计

单回路控制方案设计引言在工业自动化控制系统中，回路控制方案设计是非常重要的一局部。

单回路控制方案是指仅仅针对一个回路的控制方案。

本文将介绍单回路控制方案设计的要点和步骤。

设计要点在进行单回路控制方案设计时，需要考虑以下几个要点：1.回路类型：确定回路的类型，例如电气回路、液压回路、气动回路等。

2.控制对象：确定回路需要控制的对象，例如电机、液压缸、阀门等。

3.控制方式：确定回路的控制方式，例如开环控制、闭环控制。

4.控制信号：确定回路的控制信号，例如电压、电流、压力等。

5.控制策略：确定回路的控制策略，例如PID控制、模糊控制、神经网络控制等。

设计步骤进行单回路控制方案设计时，通常需要按照以下步骤进行：步骤一：系统分析和建模在设计控制方案之前，首先需要对要控制的回路进行分析和建模。

分析回路的结构和特性，并将其建模为数学模型。

数学模型可以是微分方程、差分方程、传输函数等形式。

步骤二：确定控制目标根据系统分析和建模的结果，确定回路的控制目标。

控制目标可以是稳定性、性能指标〔如超调量、调节时间〕、鲁棒性等。

步骤三：选择控制策略根据控制目标和回路的性质，选择适宜的控制策略。

常用的控制策略包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等。

步骤四：设计控制器根据选择的控制策略，设计出相应的控制器。

控制器可以是PID控制器、模糊控制器、神经网络控制器等。

步骤五：仿真和优化设计完控制器后，进行仿真实验。

根据仿真结果对控制器进行优化，调节控制参数，使得回路的控制性能到达要求。

步骤六：实现和调试根据优化后的控制器参数，实现控制方案，并进行调试。

根据实际运行情况对控制方案进行调整，直到满足控制要求。

总结单回路控制方案设计是工业自动化控制系统中的重要环节。

在进行设计时，需要考虑回路类型、控制对象、控制方式、控制信号和控制策略等要点，并按照系统分析和建模、确定控制目标、选择控制策略、设计控制器、仿真和优化、实现和调试的步骤进行。

单回路DCS控制系统设计

单回路DCS控制系统设计随着工业自动化水平的提高，单回路DCS（分散控制系统）在工业控制领域中的应用越来越广泛。

本文将从单回路DCS控制系统设计的背景、特点、结构和实施过程等方面进行详细的介绍。

一、背景随着工业生产的复杂化和自动化水平的提高，传统的集中式控制系统已经无法满足对系统可靠性、稳定性和扩展性的要求。

因此，分散控制系统（DCS）便开始得到了广泛的应用。

单回路DCS是DCS的一种应用形式，由于其体积小、功能全、性价比高等优点，逐渐受到了工业控制领域的青睐。

二、特点1.可靠性：单回路DCS控制系统具有良好的可靠性，能够实现系统的24小时稳定运行。

2.灵活性：单回路DCS控制系统可以根据不同的需要进行扩展和修改，以适应不同的生产过程。

3.易操作性：单回路DCS控制系统设计考虑了人机工程学的原理，使操作界面友好、简洁，易于操作和维护。

4.高效性：单回路DCS控制系统采用先进的算法和控制策略，能够实现对生产过程的精确控制和调节，提高生产效率和质量。

三、结构1.控制器：单回路DCS控制系统的核心部分，负责接收和处理传感器采集到的信号，并发出相应的控制信号。

2.人机界面：提供给操作人员进行系统监控、操作和调节的界面，通常使用触摸屏、键盘和显示屏等设备。

3. 通信网络：用于控制器与人机界面、感应器以及执行器之间的数据传输，常见的通信方式包括以太网、Modbus和Profibus等。

4.传感器：用于采集生产过程中的各种参数，如温度、压力、流量等。

5.执行器：根据控制器的指令，对生产设备进行控制，通常包括电动执行器、液压执行器等。

四、实施过程1.系统规划：根据生产过程的需求和控制目标，确定系统的功能和性能要求，进行系统的总体规划。

2.设备选型：根据系统规划，选择合适的硬件设备和软件工具，如控制器、人机界面、通信网络等。

3.系统设计：根据系统规划和选型结果，进行系统设计，包括系统结构设计、控制策略设计等。

4.系统实施：根据系统设计的结果，进行系统硬件和软件的安装和调试，并进行必要的培训和试运行。