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

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二、被控对数学模型建模及对象特性分析

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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

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3.1 基本控制方案

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3.2 控制仪表选型

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3.3 参数整定计算

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3.4 控制系统MATLAB仿真

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3.5 仿真结果分析

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四、设计总结

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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%20≤

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

从设计的简约性和实用性考虑，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，考虑到系统的速度和稳定性的要求，选

用PID 控制规律。

单回路系统控制原理图如下: