管式加热炉温度控制系统仿真设计
管式加热炉出口温度及炉膛温度串行控制系统设计
第1章绪论1.1 设计要求综合运用过程控制系统及自动控制原理课中所学到的理论知识，联系工程实际，选择合理的主变量、副变量，选择合理的控制方式，设计一个符合要求的串级控制系统。
1.1.1 设计题目和设计指标设计题目：管式加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统技术指标：1. 选择控制器与调节阀的作用方式；2．画出控制系统框图；3．采用两步整定法整定主、副控制器PID的参数。
求出比例度与衰减振荡周期；4．按照经验公式且适当修正分别求得主、副控制器的最佳参数值；5．求出系统的阶跃响应曲线；6．求出设定值位0时，施加幅值为30%的一次阶跃扰动信号，系统的输出曲线；7．分析系统特点。
8．撰写设计说明书及注意事项。
1.1.2 设计功能主要功能：选择加热炉出口温度为主变量，炉膛温度为副变量，设计串级控制系统。
第2章系统总体设计方案2.1工艺流程图管式加热炉是工业生产中的常用设备之一，其工艺流程图如图2-1所示：图2-1 管式加热炉工艺流程图2.2方框图和工艺流程的介绍此次管式加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统的设计采用主副回路的串级控制方案，即选取炉口温度为主被控参数，选取炉膛温度为副被控参数，把炉口温度调节器的输出作为炉膛温度调节器的给定值。
其系统框图如图2-2所示：图2-2 管式加热炉出口温度串级控制系统框图管式加热炉简介：管式加热炉一般由四个主要部分组成：烟囱、对流室、辐射室及燃烧器管式加热炉示意图如图2-3所示：图2-3 管式加热炉 通风系统：将燃烧用空气引入燃烧器，并将烟气引出炉子，可分为自然通风方式和强制通风方式。
主调节器 管壁 调节阀 副测量变送器物料主测量变送器炉膛 副调节器对流室：靠辐射室出来的烟气进行以对流传热为主的换热部分。
辐射室：通过火焰或高温烟气进行辐射传热的部分。
这部分直接受火焰冲刷，温度很高（600-1600℃），是热交换的主要场所（约占热负荷的70-80%）。
燃烧器：是使燃料雾化并混合空气，使之燃烧的产热设备，燃烧器可分为燃料油燃烧器，燃料气燃烧器和油一气联合燃烧器。
管式加热炉温度温度串级控制系统的设计说明
管式加热炉温度温度串级控制系统的设计说明一、引言二、系统结构温度串级控制系统主要由上位机、温度传感器、控制器、执行机构等组成。
1.上位机：负责启动和监控系统运行，提供温度设定值和参考模型，按照系统控制算法生成控制指令发送给下位控制器。
2.温度传感器：负责实时采集管式加热炉内的温度数据，并将其传输给控制器进行处理。
3.控制器：根据上位机提供的设定值和参考模型，根据传感器采集到的温度数据进行处理，生成控制指令并发送给执行机构。
4.执行机构：根据控制器发送的控制指令，调节管式加热炉内的加热功率或其他参数，以实现温度控制。
三、温度控制策略1.温度设定值的调整：上位机会根据需要设定管式加热炉内的目标温度，并将其发送给控制器。
控制器会根据设定值和参考模型，生成合适的控制指令来调节温度。
2.温度比例控制：控制器会根据当前温度和设定值之间的差异，生成一个控制量来调节加热功率，使加热炉内的温度趋近于设定值。
3.温度积分控制：为了消除静态误差，控制器会根据温度偏差的积分值生成一定的控制量，以提高系统的稳定性。
4.温度微分控制：为了快速响应温度变化，控制器还会根据温度变化的速率生成相应的控制量。
四、系统性能指标1.温度响应时间：系统需要具备较快的响应时间，即加热炉内的温度能够尽快达到设定值。
2.温度稳定度：系统应当保持较好的温度稳定度，即经过一定时间后，温度偏差应尽可能小。
3.抗干扰能力：系统需要具备较好的抗干扰能力，对于外界干扰因素的影响应尽可能小。
五、系统设计优化1.选择合适的温度传感器：合适的温度传感器能够提供准确的温度数据，为控制系统提供可靠的输入信号。
2.高性能控制器的选择：通过选用性能较好的控制器，能够提高控制系统的稳定性和响应速度。
3.优化控制策略：通过合理选择温度比例、积分和微分参数，能够提高控制系统的性能。
4.加入滤波器和抗干扰装置：通过加入合适的滤波器和抗干扰装置，能够降低系统对外界干扰的敏感度，提高系统的抗干扰能力。
开题报告--基于虚拟真实技术的管式加热炉温度过程控制系统
毕业设计（论文）开题报告课题名称：基于虚拟真实技术的管式加热炉温度过程控制系统学院：信息科学与技术学院专业：自动化姓名： __ 学号：指导教师：二014 年 3 月 4 日基于虚拟真实技术的管式加热炉温度过程控制系统1、背景介绍虚拟现实是多种技术的综合，包括实时三维计算机图形技术，广角（宽视野）立体显示技术，对观察者头、眼和手的跟踪技术，以及触觉/力觉反馈、立体声、网络传输、语音输入输出技术等。
下面对这些技术分别加以说明。
相比较而言，利用计算机模型产生图形图像并不是太难的事情。
如果有足够准确的模型，又有足够的时间，我们就可以生成不同光照条件下各种物体的精确图像，但是这里的关键是实时。
例如在飞行模拟系统中，图像的刷新相当重要，同时对图像质量的要求也很高，再加上非常复杂的虚拟环境，问题就变得相当困难[1]。
人看周围的世界时，由于两只眼睛的位置不同，得到的图像略有不同，这些图像在脑子里融合起来，就形成了一个关于周围世界的整体景象，这个景象中包括了距离远近的信息。
当然，距离信息也可以通过其他方法获得，例如眼睛焦距的远近、物体大小的比较等。
在VR系统中，双目立体视觉起了很大作用。
用户的两只眼睛看到的不同图像是分别产生的，显示在不同的显示器上。
有的系统采用单个显示器，但用户带上特殊的眼镜后，一只眼睛只能看到奇数帧图像，另一只眼睛只能看到偶数帧图像，奇、偶帧之间的不同也就是视差就产生了立体感[2]。
用户（头、眼）的跟踪：在人造环境中，每个物体相对于系统的坐标系都有一个位置与姿态，而用户也是如此。
用户看到的景象是由用户的位置和头（眼）的方向来确定的。
跟踪头部运动的虚拟现实头套：在传统的计算机图形技术中，视场的改变是通过鼠标或键盘来实现的，用户的视觉系统和运动感知系统是分离的，而利用头部跟踪来改变图像的视角，用户的视觉系统和运动感知系统之间就可以联系起来，感觉更逼真。
另一个优点是，用户不仅可以通过双目立体视觉去认识环境，而且可以通过头部的运动去观察环境。
管式加热炉温度前馈-反馈控制系统设计
过程控制课程设计报告管式加热炉温度前馈-反馈控制系统设计学生：专业：自动化班级：重庆大学自动化学院2012年10目录前言 (3)1 管式加热炉系统描述 (3)1.1 管式加热炉的一般结构 (3)1.2 管式加热炉传热方式 (4)1.3 管式加热炉工艺流程 (4)1.4 主要控制参数、操作参数及影响因素 (4)2 方案设计 (4)2.1 方案一 (5)2.2 方案二 (5)3 管式加热炉温度控制系统模型的建立 (6)3.1 前馈-反馈控制系统传递函数 (6)3.2 过程响应分析 (8)3.3 PID控制算法 (9)3.4 PID 控制各参数的作用 (9)4 MATLAB/Simulink仿真 (10)4.1 用ITAE 方法设计控制器 (10)4.2 用Ziegler-Nichols方法设计控制器 (12)5 基于MATLAB/Simulink的仿真 (14)5.1 前馈-反馈控制与单回路控制模型的比较 (14)5.2 基于ITAE方法的仿真模型 (15)5.2.1 ITAE的PI控制模型仿真 (15)5.2.2 ITAE的PID控制模型仿真 (15)5.3基于Ziegler-Nichols方法的仿真模型 (16)5.3.1 Ziegler-Nichols的PI控制仿真模型 (16)5.3.2 Ziegler-Nichols的PID控制仿真模型 (17)6 报告总结 (17)参考文献 (18)前言管式加热炉是石油炼制、化纤工业、石油化工和化学行业主要的工艺设备之一，作用是将物料加热至工艺所要求的温度，具有操作方便, 自动化水平高, 加工成本低, 传热效率高等优点。
1967年4月，世界上第一台步进梁式加热炉由美国米兰德公司设计而成，之后，日本中外炉公司设计的世界上第二座步进梁式加热炉于1967年5月投产。
70年代末，发达工业国家己经进入大型连续加热炉计算机控制的实用阶段，但控制策略还主要局限于燃烧控制。
管式加热炉出口温度与炉膛的温度串级控制
设计题目：管式加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统设计系别：电子通讯与应用技术系班级：学生姓名：指导教师：成绩：________________________2012年 6 月29 日课程设计任务书课程设计题目管式加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统设计功能技术指标1. 选择控制器与调节阀的作用方式；2．画出控制系统框图；3．采用两步整定法整定主、副控制器PID的参数。
求出比例度与衰减振荡周期；4．按照经验公式且适当修正分别求得主、副控制器的最佳参数值；5．求出系统的阶跃响应曲线；6．求出设定值位0时，施加幅值为30%的一次阶扰动信号，系统的输出曲线；7．分析系统特点。
工作量两周工作计划1 设计前准备1天2 总体设计1天3 检测变送器的选用0.5天4 控制器的选择0.5天5 执行器件的选择0.5天6 控制器算法确定及参数整定 1.5天7 过程控制系统整体构成2天8 编写课程设计报告1天指导教师评语2012年6月29日目录第１章绪论.................................................................................................. - 2 -1.1 设计要求...................................................................................... - 2 -1.1.1 设计题目和设计指标...................................................... - 2 -1.1.2 设计功能.......................................................................... - 2 -第２章系统总体设计方案........................................................................ - 3 -2.1. 工艺流程图.................................................................................. - 3 -2.2. 方框图工艺流程介绍.................................................................. - 3 -第3章硬件设计和器件的选择................................................................ - 4 -3.1. 系统电气接线图.......................................................................... - 4 -3.2. 器件选择...................................................................................... - 4 -3.3. 译码电路设计.............................................................................. - 4 -第4章控制算法选择及参数整定............................................................ - 5 -第5章系统软件设计................................................................................ - 6 -结论................................................................................................................ - 8 -心得和体会.................................................................................................... - 9 -致谢.............................................................................................................. - 10 -参考文献...................................................................................................... - 10 -第１章绪论1.1 设计要求设计要求：选择加热炉出口温度为主变量，炉膛温度为副变量，设计串级控制系统1.1.1 设计题目和设计指标设计题目：管式加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统设计设计指标：1. 选择控制器与调节阀的作用方式；2．画出控制系统框图；3．采用两步整定法整定主、副控制器PID的参数。
管式加热炉温度控制系统设计
管式加热炉温度控制系统设计管式加热炉温度控制系统是一种用来控制管式加热炉温度的系统。
管式加热炉是一种常用的工业加热设备，常用于热处理、烧结、退火等工艺过程中对物料的加热。
温度是管式加热炉工作过程中的一个重要参数，对于保证工艺过程的稳定性和产品质量具有重要意义。
因此，温度控制系统的设计对于管式加热炉的正常运行和工艺过程的稳定性至关重要。
管式加热炉温度控制系统一般包括传感器、执行器、控制器和显示器等组成部分。
传感器负责采集管式加热炉的温度信号，传输给控制器；控制器根据传感器采集到的温度信号来比较设定温度和实际温度的偏差，然后控制执行器来调节加热炉的加热功率，以使实际温度稳定在设定温度值附近；显示器用来显示管式加热炉的实时温度和设定温度值。
在管式加热炉温度控制系统的设计中，需要考虑以下几个方面：1.传感器的选择与安装：传感器的选择应考虑到其测量的温度范围和精度要求。
一般常用的温度传感器有热电偶和热敏电阻。
传感器的安装应尽量靠近加热炉内部，以获取更精确的温度信号。
2.控制器的选择：控制器的选择应根据加热炉的控制要求和控制精度来确定。
一般常用的控制器有PID控制器和模糊控制器。
PID控制器可以根据实际温度和设定温度之间的偏差来调整执行器的输出，以实现温度控制的精度。
3.执行器的选择与控制：执行器的选择应根据加热炉的加热功率和控制要求来确定。
常用的执行器有电阻加热器和电磁加热器。
控制器应根据传感器采集到的温度信号来计算并调整执行器的输出功率，以控制加热炉的温度。
4.系统的安全保护：温度控制系统设计中应考虑到系统的安全保护措施。
例如，在温度超过预定范围时，应设定报警装置，及时发出警报并停止加热，以防止温度过高造成炉体燃烧或其他事故。
5.系统的自动化与监控：温度控制系统设计中可以考虑加入自动化和监控功能，通过与计算机连接，实现对加热炉运行状态和温度变化的远程监控和控制。
总之，管式加热炉温度控制系统设计需要综合考虑传感器、执行器、控制器和显示器等组成部分，以及系统的安全保护和自动化与监控功能，以实现对管式加热炉温度的精确控制。
加热炉温度控制系统设计与仿真研究
内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题目：加热炉温度控制系统设计与仿真研究学生姓名：潘*学号：************专业：测控技术与仪器班级：测控04-2班指导教师：闫**加热炉温度控制系统设计与仿真研究摘要在钢铁企业中，为了将钢坯加热到轧制所规定的工艺要求，必然地要求对加热炉内的温度进行有效的控制，使之保持在某一特定的范围内。
而温度的维持又要求燃料在炉内稳定地燃烧。
加热炉燃烧过程是受随机因素干扰的，具有大惯性、纯滞后的非线性过程。
本设计针对加热炉燃烧控制系统，主要介绍的控制方案有单回路控制系统、串级比值控制系统、单交叉限幅控制系统、双交叉限幅控制系统，并对每一种控制方案进行了理论分析。
运用MATLAB软件对温度控制系统进行了较为全面的仿真和性能分析。
通过分析比较可以得出结论，双交叉限幅对加热炉温度的控制优于其它的控制方案。
双交叉限幅的炉温控制系统使煤气流量和空气流量相互限制，既防止了燃烧中冒黑烟，也防止了空气过剩，达到控制加热炉温度，提高煤气燃烧率，避免环境污染等目的。
关键词：加热炉；单交叉限幅控制；双交叉限幅控制；MATLAB仿真Temperature Control of Heating Furnace System Design andSimulink StudyAbstractIn the enterprises where producing iron and steel, in order to heat up billet to the technological requirements of rolling, the temperature inside the furnace must be controlled effectively so that it remains in a specific range. Maintaining the temperature needs the stable burning of fuel inside the furnace. Furnace combustion process is a non-linear process which is subject to the random interference, great inertia and the pure time delay.The design for the furnace combustion control system is mainly on the control of a single-loop control programme, the ratio of cascade control system, control system limiting unilateral, bilateral limiting control system, and analyses each of the control programme on theory. Using MATLAB software makes a more comprehensive simulation and performance analysis on the temperature control system. Through analysis and comparison we can conclude that bilateral limiting control system is superior to others in the furnace temperature control. The temperature control system of bilateral limiting control system makes gas flow and air flow restrict on each other, which not only prevent the burning of black smoke, but also prevent the excess air, to reach the purposes of controlling the furnace temperature, enhancing the rate of combustion gas and avoiding pollution and others.Key words: furnace; single-limiting control; bilateral-limiting control; MA TLAB Simulation目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 国内现状 (2)1.3 本设计的研究内容 (2)第二章加热炉工艺简介 (3)2.1 加热炉的组成 (3)2.2 加热炉的温度加热方式 (3)2.3 加热炉工艺流程 (3)2.4 加热炉温度控制要求 (5)2.4.1 燃烧系统 (6)2.4.2 炉膛负压 (7)2.5 空燃比 (8)第三章加热炉的温度控制系统 (10)3.1 单闭环控制系统 (11)3.2 炉膛负压控制系统 (12)3.3 串级比值燃烧控制系统 (13)3.4 单交叉限幅燃烧控制系统 (15)3.4.1 单交叉限幅燃烧控制系统工作原理 (15)3.4.2 单交叉限幅燃烧控制系统特点 (17)3.5 双交叉限幅燃烧控制系统 (17)3.5.1 双交叉限幅燃烧控制原理图 (17)3.5.2 双交叉限幅燃烧控制系统的工作原理 (18)3.5.3 双交叉限幅燃烧控制特点 (20)第四章加热炉温度控制系统仿真 (23)4.1 对象模型的建立 (23)4.2 系统各装置数学模型的建立 (24)4.3 仿真软件简介 (26)4.4 加热炉炉温控制系统仿真结果分析 (27)4.4.1 炉温单回路控制仿真 (27)4.4.2 燃料空气串级比值控制仿真 (31)4.4.3 单交叉限幅控制仿真 (34)4.4.4 双交叉限幅控制仿真 (36)4.5 总结 (38)第五章系统的检测变送装置及正反作用 (39)5.1 检测变送 (39)5.1.1 差压式流量计 (39)5.1.2 热电偶 (39)5.2 系统仪表正反作用的确定 (40)参考文献 (41)致谢 (42)第一章绪论1.1 概述加热炉是热轧生产过程的重要热工设备，其能耗占到钢铁工业总能耗的25%。
管式加热炉温度-流量串级控制系统的设计.(DOC)
过程控制系统课程设计题目:管式加热炉温度-流量串级控制系统的设计摘要当今世界，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，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。
为了能将课程中所学理论知识初步尝试应用于实践，本次设计将采用过程控制系统原理来实现工业生产控制问题的解决，通过设计一个温度-流量串级控制系统来实现对管式炉加热原料油的温度控制。
管式加热炉是石油工业中重要的设备之一，它的任务是把原油加热到一定的温度，以保证下一道工序的顺利进行。
加热炉的工艺过程为：燃料油经雾化后在炉膛中燃烧，被加热油料流过炉膛四周的排管后，就被加热到出口温度。
本此设计内容包括总体方案设计，系统原理阐述，系统框图与结构的搭建，变量检测环节，变量变送环节，控制器，调节阀，联锁保护等环节的具体选择与设计，最终形成一个可行可靠的完整串级过程控制系统方案，力图通过具体应用获得理论知识的进一步提升，并为工业生产提出可行性建议。
关键字：流量温度串级控制目录1.管式加热炉温度控制系统的设计意义 (1)1.1管式加热炉简介 (1)1.2温度控制系统设计意义 (1)2.管式加热炉温度控制系统工艺流程及控制要求 (2)3.总体方案设计 (3)3.1传统简单控制系统 (3)3.2串级控制系统 (4)3.3管式加热炉温度-流量串级控制系统控制原理及调节过程 (5)4.系统的设计与参数整定 (7)4.1主回路设计 (7)4.2副回路设计 (7)4.3主副调节器调节规律的选择 (7)4.4主副调节器正反作用方式的确定 (8)4.5控制系统的参数整定 (8)5.所需检测元件、执行元件及调节仪表技术参数 (9)5.1温度变送器 (9)5.2温度检测元件 (10)5.3流量检测及变送 (10)5.4调节阀 (11)5.5联锁保护 (11)6.组态软件设计 (12)6.1 新建工程 (12)6.2 连接设备及设备测试 (13)6.3 数据词典 (13)6.4 建立画面 (14)6.5 调试执行...................................................................................................... 错误！未定义书签。
管式加热炉温度串级控制系统设计
目录一管式加热炉温度控制系统设计的目的意义 (1)1.1管式加热炉简介 (1)1.2目的及意义 (2)二管式加热炉温度控制系统工艺流程及控制要求 (3)三总体设计方案 (4)3.1 方案比较 (4)3.2 方案选择 (5)四串级控制系统分析 (6)4.1主回路设计 (6)4.2副回路选择 (6)4.3主、副调节器规律选择 (6)4.4主、副调节器正反作用方式确定 (6)4.5控制器参数工程整定 (7)五各仪表的选取及元器件清单 (7)5.1温度变送器 (7)5.2温度检测元件 (8)5.3调节阀 (10)5.4联锁保护 (10)六M A T L A B仿真实验 (11)6.1副回路的整定 (11)6.2主回路的整定 (11)6.3整体参数整定 (12)心得体会 (14)参考文献.............................................................................................. (15)一设计的目的意义1.1管式加热炉简介管式加热炉是炼油、化工生产中的重要装置之一，它的任务是把原料油加热到一定温度，以保证下道工序的顺利进行。
因此，常选原料油出口温度1tθ（）为被控参数、燃料流量为控制变量，构成如图1-1所示的温度控制系统，控制系统框图如图1-2所示。
影响原料油出口温度1tθ（）的干扰有原料油流量1()f t、原料油入口温度2()f t、燃料压力3()f t、燃料压力4()f t等。
该系统根据原料油出口温度1tθ（）变化来控制燃料阀门开度，通过改变燃料流量将原油出口温度控制在规定的数值上，是一个简单控制系统。
管式加热炉一般由四个主要部分组成：烟囱、对流室、辐射室及燃烧器，示意图如图1-1所示：图1-1 管式加热炉通风系统：将燃烧用空气引入燃烧器，并将烟气引出炉子，可分为自然通风方式和强制通风方式。
对流室：靠辐射室出来的烟气进行以对流传热为主的换热部分。
管式加热炉温度控制系统设计
管式加热炉温度控制系统设计首先，管式加热炉温度控制系统设计的目标是实现加热炉的稳定温度控制，并对温度进行监测和记录。
该系统的主要组成部分包括温度传感器、控制器、执行机构和人机界面。
温度传感器用于感测管式加热炉内的温度，并将感测到的温度信号传递给控制器。
常用的温度传感器有热电偶、热敏电阻和红外线测温仪。
在选择温度传感器时，需要考虑其温度范围、精度和可靠性。
控制器是管式加热炉温度控制系统的核心部分，主要用于对加热炉内的温度进行控制和调节。
常用的控制器有PID控制器和模糊控制器。
PID控制器通过根据当前温度与设定温度之间的差异来调整控制信号的大小，从而实现温度的精确控制。
而模糊控制器则根据系统的模糊特性来进行控制，可以提高控制系统的鲁棒性和适应性。
执行机构是根据控制信号来调节加热炉的加热功率的组成部分，常见的执行机构有电阻器、电磁阀和调压阀等。
执行机构根据控制器的输出，控制燃烧器的开启和关闭，从而控制温度的升降。
人机界面用于人机交互，实现对温度控制系统的监控和操作。
人机界面一般包括显示屏、按钮和报警灯等。
显示屏可以显示当前的温度信息和设定的温度值，按钮可以用于设置和修改设定温度，报警灯可以用于提示温度过高或过低等异常情况。
为了实现管式加热炉温度控制系统的可靠性和安全性，还需要考虑以下几个方面：1.确保控制器的精度和稳定性，选择高性能的控制器，并采用合适的控制算法进行温度控制。
2.选择合适的执行机构，确保其能够精确控制加热炉的加热功率，并具备高可靠性和耐久性。
3.对温度传感器进行定期检测和校准，确保温度测量的准确性。
4.设计合理的安全保护装置，如超温报警和紧急停机装置，用于保护管式加热炉和降低事故发生的风险。
综上所述，管式加热炉温度控制系统的设计需要综合考虑温度传感器、控制器、执行机构和人机界面等多个方面的因素。
通过合理选择和配置这些组成部分，可以实现对管式加热炉温度的精确控制和安全运行。
管式加热炉出口温度串级控制系统设计报告
管式加热炉出口温度串级控制系统设计报告本文将详细介绍管式加热炉出口温度串级控制系统的设计方案。
1.系统结构管式加热炉出口温度串级控制系统的结构由两个级联的控制回路组成。
第一个回路为内环控制回路，负责控制燃烧系统的燃气量和进气量，以达到对加热炉温度的快速调节。
第二个回路为外环控制回路，负责控制进料速度和加热炉的出口温度。
2.内环控制回路设计内环控制回路采用比例-积分（PI）控制器。
控制器的输入信号为加热炉温度偏差，输出信号为燃气量和进气量的调节量。
采用PI控制的主要原因是为了避免过度调节，保证系统的稳定性。
3.外环控制回路设计外环控制回路以内环控制回路的调节量作为输入信号，输出信号为进料速度的调节量。
为了达到出口温度的稳定性，可以采用模糊控制器。
模糊控制器的输入信号为加热炉温度偏差和燃气量的调节量，输出信号为进料速度的调节量。
4.控制算法设计内环控制回路采用PI控制算法。
PI控制器的参数调节可以根据系统的响应速度和稳定性进行优化。
外环控制回路采用模糊控制算法。
模糊控制器的参数调节可以通过模糊化和解模糊化的方式进行，以适应不同的工况。
5.控制器实现控制器可以采用嵌入式系统实现。
嵌入式控制器可以根据实时的温度和燃气量数据进行计算和控制，以实现对加热炉温度的稳定控制。
6.系统优化系统的优化可以通过参数调节和控制策略的优化来实现。
参数调节可以通过系统的建模和仿真分析来进行，以找到最优的控制参数。
控制策略的优化可以通过实时监测和调整来实现，以适应不同的工况和控制要求。
总结：通过设计一个管式加热炉出口温度串级控制系统，可以实现对加热炉温度的稳定控制。
内环控制回路负责快速调节温度，外环控制回路负责稳定控制温度。
通过控制算法的设计和优化，可以实现系统的稳定性和响应速度的改善。
通过嵌入式控制器的实现，可以实时计算和控制温度的调节量。
最后，通过参数调节和控制策略的优化，可以进一步提高系统的效果。
管式加热炉温度控制系统设计
过程控制系统课程设计报告书管式加热炉温度控制系统设计学院：自动化班级：15级自动化4班指导老师：陈刚组员：重庆大学自动化学院2019年1月任务分配过程控制系统课程设计——管式加热炉温度控制系统的设计目录任务分配 (2)过程控制系统课程设计——管式加热炉温度控制系统的设计 (2)1摘要 (4)2模型简介 (4)2.1背景 (4)2.2模型假设 (4)2.3系统扰动因素 (4)3控制方案 (5)3.1传统PID控制方法 (5)3.2串级控制系统 (6)3.3 方案选择 (6)4串级控制器的设计 (7)4.1主副控制器设计 (7)4.1.1主、副回路的设计原则 (7)4.1.2主、副调节器的选型 (7)4.1.3主、副调节器调节规律的选择作用 (7)4.2串级控制器的参数整定 (7)5系统的仿真和改进 (9)5.1串级控制系统仿真 (9)5.2基于Smith预估计补偿器的串级控制系统 (10)六．总结 (13)七．参考文献 (13)1摘要当今世界，随着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，作为工业自动化重要分支的过程控制的任务也愈来愈重，无论是在大规模的工业生产过程中，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十分重要的作用。
为了能将课程所学理论知识初步尝试应用于实践。
本设计针对管式加热炉系统的控制问题展开了研究。
通过将实际加热炉模型化，通过实验法建立锅炉的数学模型。
针对物料温度控制问题，在对比了简单的单回路PID 控制方法、串级控制两种方法的优劣性后，选择了串级控制的方法控制物料温度。
综合应用过程控制理论以及MATLAB仿真技术，通过经验模型及参数整定，得到系统响应曲线。
通过反复实验，调整参数，使控制效果比较理想。
关键词：管式加热炉系统、串级控制、MATLAB仿真2模型简介2.1背景管式加热炉是石油工业中重要装置之一，加热炉控制的主要任务就是保证工艺介质最终温度达到并维持在工艺要求范围内，由于其具有强耦合、大滞后等特性，控制起来非常复杂。
管式加热炉出口温度及炉膛温度串行控制系统设计解析
第1章绪论1.1 设计要求综合运用过程控制系统及自动控制原理课中所学到的理论知识，联系工程实际，选择合理的主变量、副变量，选择合理的控制方式，设计一个符合要求的串级控制系统。
1.1.1 设计题目和设计指标设计题目：管式加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统技术指标：1. 选择控制器与调节阀的作用方式；2．画出控制系统框图；3．采用两步整定法整定主、副控制器PID的参数。
求出比例度与衰减振荡周期；4．按照经验公式且适当修正分别求得主、副控制器的最佳参数值；5．求出系统的阶跃响应曲线；6．求出设定值位0时，施加幅值为30%的一次阶跃扰动信号，系统的输出曲线；7．分析系统特点。
8．撰写设计说明书及注意事项。
1.1.2 设计功能主要功能：选择加热炉出口温度为主变量，炉膛温度为副变量，设计串级控制系统。
第2章系统总体设计方案2.1工艺流程图管式加热炉是工业生产中的常用设备之一，其工艺流程图如图2-1所示：图2-1 管式加热炉工艺流程图2.2方框图和工艺流程的介绍此次管式加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统的设计采用主副回路的串级控制方案，即选取炉口温度为主被控参数，选取炉膛温度为副被控参数，把炉口温度调节器的输出作为炉膛温度调节器的给定值。
其系统框图如图2-2所示：图2-2 管式加热炉出口温度串级控制系统框图管式加热炉简介：管式加热炉一般由四个主要部分组成：烟囱、对流室、辐射室及燃烧器管式加热炉示意图如图2-3所示：图2-3 管式加热炉 通风系统：将燃烧用空气引入燃烧器，并将烟气引出炉子，可分为自然通风方式和强制通风方式。
主调节器 管壁 调节阀 副测量变送器物料主测量变送器炉膛 副调节器对流室：靠辐射室出来的烟气进行以对流传热为主的换热部分。
辐射室：通过火焰或高温烟气进行辐射传热的部分。
这部分直接受火焰冲刷，温度很高（600-1600℃），是热交换的主要场所（约占热负荷的70-80%）。
燃烧器：是使燃料雾化并混合空气，使之燃烧的产热设备，燃烧器可分为燃料油燃烧器，燃料气燃烧器和油一气联合燃烧器。
管式加热炉温度控制系统的设计与仿真(中文)
管式加热炉温度控制系统1方案选定管式加热炉是炼油、化工生产中的重要装置之一，它的任务是把原料油加热到一定温度，以保证下道工序的顺利进行。
因此，常选原料油出口温度为被控参数、燃料流量为控制变量，温度控制系统中，影响原料油出口温度的干扰有原料油流量、原料油入口温度、燃料压力、燃料压力等。
该系统根据原料油出口温度变化来控制燃料阀门开度，通过改变燃料流量将原油出口温度控制在规定的数值上，是一个简单控制系统。
当燃料压力或燃料热值变化时，先影响炉膛温度，然后通过传热过程逐渐影响原料油的出口温度。
从燃料流量变化经过三个容量后，才引起原料油出口温度变化，这个通道时间常数很大，约有15min，反应缓慢。
而温度调节器是根据原料油的出口温度与设定值的偏差进行控制。
当燃料部分出现干扰后，控制系统并不能及时产生控制作用，克服干扰对被控参数的影响，控制质量差。
当生产工艺对原料油出口温度要求严格时，上述简单控制系统很难满足要求。
燃料在炉膛燃烧后，首先引起炉膛温度变化，再通过炉膛与原料油的温差将热量传给原料油，中间还要经过原料油管道管壁。
显然，燃料量变化或燃料热值变化，首先使炉膛温度发生改变。
如果以炉膛温度作为被控参数组成单回路控制系统，会使控制通道容量滞后减少，时间常数约为3min，对来自燃料的干扰的控制作用比较及时。
但问题是炉膛温度毕竟不能真正代表原料油出口温度，即使炉膛温度恒定，原料油本身的流量或入口温度变化仍会影响原料油出口温度，这是因为来自原料油的干扰并没有包含在反馈回路之内，控制系统不能克服对原料油出口温度的影响，控制效果仍达不到生产工艺要求。
如果将上面两种控制系统的优点——温度调节器对被控参数的精确控制、温度调节器对来自燃料的干扰的及时控制结合起来，先根据炉膛温度的变化，改变燃料量，快速消除来自燃料的干扰对炉膛温度的影响；然后再根据原料油出口温度与设定值的偏差，改变炉膛温度调节器的设定值，进一步调节燃料量，以保持原料油出口温度恒定，这样就构成了以原料油出口温度为主要被控参数，以炉膛温度为辅助被控参数的串级控制系统。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
管式加热炉温度控制系统仿真设计摘要：随着科学技术的飞速发展，消费者对民用生产和工业生产对产品的性能有了更新的要求，其中，对产品的温度控制的要求也越来越高，所以研究设计管式加热炉的温度控制器具有很大的现实意义和使用价值。
本文是基于PID 控制算法的管式加热炉智能温度控制器为研究对象，首先阐述本文的研究背景和温度自动控制器的需求，然后对分析了传统控制方法的弊端，对模糊控制方法进行了介绍。
随后利用模糊PID计算方法计算对系统功能的实现情况，并从硬件和软件两个方面进行系统运行调试，得出较好的结果。
关键词：温度控制器；SSR 固态继电器；STM32 单片机ABSTRACT：With the rapid development of science and technology, consumer and industrial production to civilian production requirements for product update performance, which, on product temperature control requirements have become more sophisticated, so designing resistance furnace temperature controller is of great practical significance and usefulness. This article is a resistance furnace temperature controller based on PID control algorithm for the study, first of all explains the background of this study and temperature control needs, then design the overall system-wide programme, including in particular the hardware system design, system design and software design of the control circuit of temperature. Then take advantage of fuzzy PID calculation system of implementation, and run from the two systems in terms of hardware and software debugging, produce better results and conclusion full text.KEY WORDS：Temperature controller; SSR-solid state relays; STM32 microcontroller目录1 引言 (1)2.管式加热炉温度系统 (1)2.1管式加热炉的一般结构 (2)2.2管式加热炉传热方式 (4)3 管式加热炉温度系统的模糊控制 (6)3.1 常规控制方法的局限性 (6)3.2 智能控制思想 (6)3.3 管式加热炉温度系统的智能模糊控制 (7)3.3.1 模糊控制概述 (7)3.3.2 模糊控制原理 (8)3.3.3 模糊控制器结构 (8)2.2.4 建立模糊规则表 (11)4.控制系统仿真 (13)4.1 PID原理 (13)4.2 PID参数的选择 (14)4.3 Smith模糊PID控制算法 (16)4.4 模糊PID控制器的设计及仿真结果 (16)结论 (20)参考文献 (22)1 引言随着现代科技的快速发展，科学技术的应用，大大改善了人类的生产、生活方式。
但是近年来气候的变化无常，严重的干扰了人类正常的生产、生活，人们对自己生活的质量和经济发展的要求逐步提高，对所用的设备功能和效用的要求也逐步提高。
温度自动控制器家电产品中的应用分为民用，工业用途两种。
民用如空调，微波炉，热水器，采暖炉，冰箱等等方面；温度自动控制器在工业生产用途表现在工厂的大型的机械，如锅炉等大型的机械设备，这种设备对温度的控制要求非常高。
此外，还在大棚种植、养殖，温室环境等对温度有一定要求的地方应用广泛。
温度自动控制器中，管式加热炉温度控制器作为管式加热炉应用的必备工具，从民用的日常生活，到钢铁冶金等大型工业生产都有涉及，可以说是具有广阔的应用前景。
由于机械设备经常反复使用，对温度控制器的损耗大，并且其温度控制器都是机械式的，容易损坏，对其进行修理只能更换配件，将费用加到企业消费者身上。
这就使机械不具备经久耐用的特点。
针对制冷制热产品的使用范围广，需求量大的特点，设计出耗费成本低，温度控制效果好的温度控制器产品，必然会得到消费者的喜爱，为企业迎来利益增长。
同时，温度控制器的应用不仅仅局限于家电产品，在企业需要制冷制热的机械设备中，也同样适用。
由此可见，温度控制器在民用工业用途上，应用范围广，需求量大。
2.管式加热炉温度系统管式加热炉是石油炼制、石油化工和化学、化纤工业中所使用的具有提供热源的火力加热设备，加热炉炉内装有无缝钢管连接而成的管士作，被加热物质（仅限加热气体或液体）在管内流动，被加热到工艺要求的温度。
管式加热炉逐渐成为工业生产中的重要设备，同其他工业炉相比有如下特点：（1）待加热介质在管内流动，故适用于加热液体或气体，通常是易燃、易爆的烃类物质，同锅炉加热水产蒸汽相比，危险性大、操作条件苛刻。
（2）液体燃料或燃烧气体。
（3）直接受火式加热方式。
（4）长周期连续运行。
管式加热炉性能优越，符合现代工业生产大型化、自动化、连续化的要求，它的发展对石化等行业的发展、进步起到了很大的推动作用，在一些生产过程中对产品质量、产品收率、能耗和操作周期甚至起着重要的支配作用。
2.1管式加热炉的一般结构管式加热炉包括5部分，分别是：对流室、辐射室、通风系统、燃烧系统及余热回收系统，如图2.1所示，结构中包括：钢结构、炉管、炉墙（内衬）、燃烧器、孔类配件等。
图2.1管式加热炉的一般结构（1）辐射室辐射室通过火焰或高温烟气进行辐射传热，是加热炉热交换的毛要场所。
辐射室直接受火焰冲刷，温度较高、所用材料的强度、耐热性定要好，其热负荷一般占加热炉热负荷的70%~80%，是加热炉最重要的部位。
乙烯裂解炉、烃类蒸汽转化炉的裂解和反应过程全部在辐射室完成。
辐射室有两个作用：一是用作燃烧室；二是将燃烧器喷出的火焰、高温烟气通过炉管传给介质。
（2）对流室对流室是由辐射室出来的烟气进行对流传热的部分，对流室热负荷约占加热炉负荷的20%~30%。
对流室的取热量比值越大，加热炉热效率越高，该比值的选择应根据管内流体同烟气的温度差和烟气通过对流管排的压力损失等方面考虑决定。
对流室位置一般在辐射室之上，内部紧密分布着多排炉管，烟气通过较快的速度冲刷炉管，从而实现对流传热。
加热炉炉管中的介质一般由低温部分流到高温部分，即先到对流室，后到辐射室。
水蒸气介质的流向是对于烟气上行的炉子为从上到下，烟气下行的炉子为从下到上。
对流段的主要作用是：在对流室内的高温烟气以对流的方式将热量传给炉管内的介质。
在对流室内也有很小一部分烟气及炉墙的辐射传热。
（3）余热回收系统余热回收系统用以进一步回收离开对流室烟气中的余热。
回收方法有2种：一是通过余热供燃烧用的空气来回收，使回收的热量再次返回炉中，称为“空气预热方式”。
另一种是采用同加热炉完全无关的其它介质回收热量，称为“余热锅炉”方式，一般采用强制循环方式，尽量放到对流室顶部。
目前，加热炉的余热回收系统多采用空气余热回收方式，通常只有高温管式炉（如烃蒸气转化炉、乙烯裂解炉）和纯辐射炉才使用余热锅炉。
这些炉子的排烟温度较高，安装余热回收后，加热炉的热效率可达到88%~90%。
（4）燃烧器燃烧器的作用是完成燃料的燃烧过程，为热交换提供热量。
燃烧器由燃料喷嘴、配风器、燃烧通道3部分组成。
燃烧器根据燃用燃料不同分为燃油燃烧器、燃气燃烧器和油气联合燃烧器。
燃烧器性能的好坏，直接影响炉子质量及炉子的热效率。
为保证燃烧质量和整炉热效率，必须有可靠的燃料供应系统和良好的空气预热系统。
（5）通风系统通风系统是把燃料燃烧所用空气导入燃烧器，同时将废烟气引出加热炉。
通风方式有自然通风和强制通风，自然通风依靠烟囱本身的抽力，强制通风则使用鼓风机和引风机。
当加热炉炉内烟气侧阻力不大时，通风方式为自然通风，对于加热炉烟囱的高度，要求可以保证克服加热炉炉内烟气侧阻力。
但是，近年来随着环保要求的提高，生产企业己开始安装独立于炉群的超高型集合烟囱，用来将多个加热炉的烟气集中在一起进行排放。
随着管式加热炉性能的多元化、结构的复杂化，炉内烟气侧阻力降增大，以及高效大功率燃烧器的应用、提高加热炉热效率和节能降耗工作的需要，强制通风方式越来越受到重视和使用。
2.2管式加热炉传热方式管式加热炉的工艺过程就是燃料燃烧释放出热量和油介质或者其他介质吸收热量，使其升温，产生相变或同时产生裂化和反应等的过程，是供热和吸热的过程。
燃料在炉膛内燃烧后，1000~1500℃的高温烟气主要以辐射的方式将大部分热量传给辐射管的外表面，再通过炉管的金属壁以全传导的方式传递给炉管的内表面，又以对流方式传递给在炉管中流动的介质，使之加热到工艺上要求的温度。
以较少的传热面积，消耗较少的燃料，来完成既定的加热任务，是加热炉的基本工艺要求。
加热炉不能由于局部过热导致油品或其它介质的分解，尤其是用于反应的加热炉除要达到规定的反应深度外，还要尽量减少炉管内结焦状况的发生，使加热炉长周期安全运行。
（1）辐射传热在加热炉内，热辐射是重要的传热方式。
在管式加热炉内炉管吸收的热量约有80%~90%是以辐射的方式进行的。
辐射是物质以电磁波或光子的形式传递能量的过程。
是物质的固有属性，所传递的能量叫辐射能。
当辐射能落在另一个物体上被吸收时，可转化为该物体的内增能量，产生热效应、化学效应或光电效应等。
辐射室中的传热方式主要包括炽热气体和火焰的对流放热和辐射放热。
如果燃料燃烧产生的热量全部被生成物吸收，那么生成物的温度为最高温度，即虚拟火焰最高温度max t 。
由于炉膛墙壁和管排不断接受到辐射热量，而且在流动方向上有温度梯度，所以温度g t 根本达不到。
罗伯—伊万斯方法的基本出发点提出了如下的假设：在管式加热炉的辐射室中，可以用'g t 来表示烟气的平均温度，其中，'gt 是根据热平衡原理得到的离开辐射室时的烟气温度。
虚拟最高火焰温度max t 显然高一于烟气平均温度g t ，而在辐射室出口，烟气的实际温度为'g t ，根据不同的加热炉，g t 要么高于'g t ，要么等于'g t 。