过控实践大作业报告

2017-2018（2）

“过程控制系统综合实践”报告设计时间：2018年6月28日～7 月7日

课程设计（大型作业）任务书（2017/2018 学年第二学期）

老师签名：

教研室主任（系主任）签名：

一、设计目的

1、了解实际控制系统的组成和使用的自动化仪表，掌握被控对象的建模方法，熟悉PID控制律的选择规则和控制器的整定原则；

2、了解串级控制系统的结构、工作原理和设计方法，完成水箱液位串级控制的实物实验；

3、掌握串级、前馈、比值、S mith预估器、解耦等复杂控制方法的设计和应用原则，能根据复杂被控对象的特点，选择合适的复杂控制手段，完成控制器参数的整定，尽可能提高系统的控制品质；

4、尝试高级的、智能的控制算法的应用。

二、设计内容、要求及组织形式

1、设计内容

（1）实物实验：完成实物实验（实验指导书可在“课程网站→首页-教学公告→点击查看更多→实践教学→更多”中下载）；

（2）仿真设计：针对实际生产过程中的复杂对象进行控制系统的设计与仿真，达到预定的控制目标（具体课题由指导老师布置）。

2、要求

（1）实物实验：要求画出控制系统原理图和实验系统的设备连接图，详细记录实验过程和数据，打印波形图，并进行系统特性对比和分析；

（2）仿真设计：要求分析被控对象的特性，画出控制系统的方框图和P&ID图，记录仿真过程中的典型数据和波形图，对仿真过程中的出现的问题进行说明和总结。

三、设计进度及安排（时间及地点）

四、考核形式及成绩评定办法

1、考核形式

采用分项考核方式，通过综合实验表现、答疑情况、中期检查结果、答辩表现、报告质量等多个环节来共同确定成绩。

2、成绩评定

方向

实物实验部分成绩仿真部分

成绩实验内容成绩比例

自动化（火电、

核电方向）

双容水箱串级控制系统实验50% 50% 首次出勤、实验时的表现、中期检查情况、答辩和报告均计入本次课程设计考核内容。

目录

第一部分双容水箱液位串级PID控制实物实验

一、实验目的 (1)

二、实验原理 (1)

三、实验步骤 (3)

四、数据记录及处理 (8)

五、结果分析 (10)

六、思考题 (11)

七、分析与总结 (12)

第二部分催化裂化再生器压力控制系统设计与仿真

一、设计内容和要求 (13)

二、设计原理 (15)

三、仿真记录 (17)

四、结果分析 (19)

五、改进设计 (19)

六、总结 (22)

第一部分双容水箱液位串级PID控制实物实验时间：2018年7月2日同组人：顾思远

一、实验目的

1、进一步熟悉PID调节规律；

2、学习串级PID控制系统的组成和原理；

3、学习串级PID控制系统投运和参数整定。

二、实验原理

1.控制系统的组成及原理

一个控制器的输出用来改变另一个控制器的设定值，这样连接起来的两个控制器称为“串级”控制器。两个控制器都有各自的测量输入，但只有主控制器具有自己独立的设定值，只有副控制器的输出信号送给被控对象，这样组成的系统称为串级控制系统。

本仿真系统的方框图和设备连接图如图1和图2所示。

图1 双容水箱串级控制系统的方框图

图2 双容水箱串级控制系统的设备连接图

串级控制器术语说明：

主变量：y1称主变量。使它保持平稳是控制的主要目的。

副变量：y2称副变量。它是被控过程中引出的中间变量。

副对象：上水箱。

主对象：下水箱。

主控制器：PID控制器1，它接受主变量的偏差e1，输出是去改变副控制器的设定值。

副控制器：PID控制器2，它接受的是副变量的偏差e2，其输出去控制阀门。

副回路：处于串级控制系统内部，由PID控制器2和上水箱组成的回路。

主回路：若将副回路看成一个以主控制器输出r2为输入，以副变量y2为输出的等效环节，则串级系统转化为一个单回路，即主回路。

串级控制系统从总体上看，仍然是一个定值控制系统，因此，主变量在干扰下的过渡过程和单回路定值控制系统的过渡过程具有相同的品质指标。但是串级控制系统和单回路系统相比，在结构上从对象中引入一个中间变量（副变量）构成了一个回路，因此具有一系列的特点。

2.串级PID控制系统投运

串级控制系统和简单控制系统的投运要求一样，必须保证无扰动切换，采用先副回路后主回路的投运方式。这里以我们的串级控制系统为例，给出具体的操作步骤：

将主、副控制器的切换开关都置于手动位置，副回路处于内给定。

用副控制器的输出控制阀门，使主变量接近设定值，当工况比较平稳时，将副控制器设成自动——无扰动切换，因为手动状态时副控制器的设定值跟踪副变量。

手动设定主控制器的输出值等于副控制器的设定值，当工况比较平稳时，将主控制器设置成自动——无扰动切换，因为手动状态时副控制器的设定值跟踪副变量。

串级两个控制器，将副回路控制器设置成“远端模式”，这样主控制器的输出便作为副控制器的设定值，从而构成串级系统。

3.串级PID控制系统的参数整定

串级控制系统参数整定也采用先副后主的方式。在整定时，应尽量加大副调器的增益，提高副环的频率，使主、副回路的频率错开，最好相差3倍以上。整定时，先切除主调节器，使主环处于断开的情况下，按通常的方法整定副调节器的参数。然后在投入副回路的情况下，把副环作为弱阻尼的二阶环节等效对象，再加上副环外的部分对象，按通常方法整定主调节器参数。