过程控制课程设计 燃油加热炉温度控制系统

《过程控制》课程设计

题目: 燃油加热炉温度控制系统班级:

学号:

姓名:

同组人员:

任课教师: 张虹

完成时间: 2013年10月30日

目录

一、设计任务及要求----------------------------------------------------------------------3

二、被控对数学模型建模及对象特性分析------------------------------------------3

2、1对象数学模型的计算及仿真验证--------------------------------------------3

2、2对象特性分析--------------------------------------------------------------------5

三、控制系统设计-------------------------------------------------------------------------5

3、 1 基本控制方案

--------------------------------------------------------------------5

3、 2 控制仪表选型

--------------------------------------------------------------------9

3、 3 参数整定计算

-------------------------------------------------------------------10

3、4 控制系统MATLAB仿真-----------------------------------------------------10

3、 5 仿真结果分析

-------------------------------------------------------------------11

四、设计总结------------------------------------------------------------------------------12

一、

设计任务及要求

1. 在模壳浇铸、焙烧时常用燃油炉,烧制过程中需要对温度加以控制,对一个燃油炉装置进行如下实验,在温度控制稳定到500℃时,在开环状态下将执行器的输入燃油流量增加大约%25,即h /T

2.1q =∆I ,持续s t 100=∆后结束,等间隔

s t 001=∆记录炉内温度变化数据如下表,试根据实验数据设计一个超调量

具体设计要求如下:

（1） 根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的模型;

（2） 根据辨识结果设计符合要求的控制系统(给出带控制点的控制流程图,控

制系统原理图等,选择控制规律);画出控制系统SAMA 图;

（3） 根据设计方案选择相应的控制仪表(DDZ -Ⅲ),绘制原理接线图; （4） 对设计系统进行仿真设计,首先按对象特性法求出整定参数,然后按4:1

衰减曲线法整定运行参数。

（5） ★用MCGS 进行组态设计。

二、被控对数学模型建模及对象特性分析

2、1对象数学模型的计算及仿真验证

根据矩形脉冲响应数据,得到阶跃响应数据,并进行相应的归一化处理,得:

K= y(∞)/Δu=0、5336(℃/％)

Matlab画出图像:

程序如下:

clear;

t=0:100:2100;

yi=[0 0、5 1、44 2、07 1、68 1、41 1、17 0、99 0、81 0、66 0、54 0、45 0、39 0、33 0、27 0、21 0、15 0、09 0、06 0、03 0、01 0、00];

ys=[0 0、5 1、94 4、01 5、69 7、18 8、35 9、34 10、15 10、81 11、35 11、8 12、19 12、52 12、79 13 13、15 13、24 13、3 13、33 13、34 13、34];

ym=[0 0、037 0、145 0、300 0、425 0、538 0、626 0、700 0、761 0、810 0、851 0、884 0、914 0、938 0、958 0、974 0、986 0、992 0、997 0、999 1 1]

plot(t,yi);%画出脉冲响应曲线

hold on;

plot(t,ys); %画出单位阶跃响应曲线

hold on;

grid on;

figure;

plot(t,ym); %画出归一化阶跃响应输出曲线

grid on;

脉冲响应及阶跃响应输出曲线

归一化输出曲线

从图中取y*(t1)=0、4,y*(t2)=0、8,得:

t1=382s,t2=882s

因为t1/t2=0、433<0、46,所以选用2阶传函。 又因为:

12

12122(1.740.55)()TT t T T t ≈-+,12

121()2.16

T T t t +≈+。 求得T1=166s,T2=419s 得到对象传递函数为:

对象仿真图如下:

2、2对象特性分析

为二阶自衡对象,没有纯延迟环节。自衡率ρ=

=K

1

1、88,响应速度ε=

T

K

=0、0021, 三、控制系统设计 3、1 基本控制方案

从设计的简约性与实用性考虑,首先考虑单回路的控制方法,由于对象的容量较大,而炉内温度的测量较难,所以单回路的控制方法难以得到较好的效果,所以经过仔细比较,最终决定采用虽然复杂一些,但就是控制效果更好的串级控制方法。

为了更好的反应串级方式相对于单回路的优点,小组决定用两种控制方法都试验一下,用事实说话。

（1） 首先采用单回路控制方法,考虑到系统的速度与稳定性的要求,选用

PID 控制规律。

单回路系统控制原理图如下: