冷凝器温度前馈_反馈控制系统设计与仿真设计

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辽宁工业大学

开放性实验报告

题目：冷凝器温度前馈-反馈控制系统设计与仿真

院（系）：

专业班级：

学号：

学生姓名：

指导教师：（签字）

起止时间： 2015.11.19—2015.11.22

辽宁工业大学实验室开放项目任务书

2015/2016 学年第一学期

实验项目冷凝器温度前馈—反馈控制系统设计与仿真

所在单位

实验类型□科学研究自拟课题综合设计□计算机应用□其它指导教师实验时数

招收对象 1= 招收人数

项目研究的意义及内容研究意义：

1.掌握复合控制系统的原理。

2.掌握反馈控制器的设计方法。

3.掌握前馈控制器的设计方法，提高学生分析系统和设计系统的实践技能。

4.提高学生的计算机应用能力，掌握MATLAB语言的使用及编程方法。

5.训练学生编写程序及联机调试程序的能力，培养学生团队合作精神。

6.为学生今后从事自动控制工作奠定理论和实践基础。

内容：

分析前馈-反馈控制的原理；对被控对象和扰动通道的传递函数的延迟环节进行近似处理；根据设计要求完成反馈控制器和前馈控制器的设计，并用Simulink仿真验证设计结果的正确性。

控制要求

控制系统的参数和要求如下：

1.被控对象的传递函数为s

e

s

s

G8

01

55

94

.0

)

(-

+

=；

2.扰动通道的传递函数为s

f

e

s

s

G6

1

41

05

.1

)

(-

+

=；

3. 设计要求：阶跃给定响应超调量小于50%，阶跃扰动对系统无影响。

注：此表用于申请教学计划外的开放项目，请如实填写，由各院（系）汇总后统一办理，报实践教学科一份。

目录

第1章绪论 (1)

第2章控制方案介绍 (3)

2.1 概述 (3)

2.2 控制原理 (3)

2.3 实验内容 (4)

第3章系统设计与仿真 (5)

3.1 处理延迟环节 (5)

3.2 反馈控制系统设计 (6)

3.3 前馈控制系统设计 (8)

第4章课程设计总结 (11)

第1章绪论

冷凝器(Condenser) 空调系统的机件，能将管子中的热量，以很快的方式，传到管子附近的空气，大部分的汽车置于水箱前方。把气体或蒸气转变成液体的装置。发电厂要用许多冷凝器使涡轮机排出的蒸气得到冷凝；在冷冻厂中用冷凝器来冷凝氨和氟利昂之类的致冷蒸气。石油化学工业中用冷凝器使烃类及其他化学蒸气冷凝。在蒸馏过程中，把蒸气转变成液态的装置称为冷凝器。所有的冷凝器都是把气体或蒸气的热量带走而运转的。

对某些应用来说，气体必须通过一根长长的管子（通常盘成螺线管），以便让热量散失到四周的空气中，铜之类的导热金属常用于输送蒸气。为提高冷凝器的效率经常在管道上附加散热片以加速散热。散热片是用良导热金属制成的平板。这类冷凝器一般还要用风机迫使空气经过散热片并把热带走。一般制冷机的制冷原理压缩机的作用是把压力较低的蒸汽压缩成压力较高的蒸汽，使蒸汽的体积减小，压力升高。

压缩机吸入从蒸发器出来的较低压力的工质蒸汽，使之压力升高后送入冷凝器，在冷凝器中冷凝成压力较高的液体，经节流阀节流后，成为压力较低的液体后，送入蒸发器，在蒸发器中吸热蒸发而成为压力较低的蒸汽，从而完成制冷循环。

液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却的物体热量之后，汽化成低温低压的蒸汽、被压缩机吸入、压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器、在冷凝器中向冷却介质(水或空气)放热，冷凝为高压液体、经节流阀节流为低压低温的制冷剂、再次进入蒸发器吸热汽化，达到循环制冷的目的。这样，制冷剂在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程完成一个制冷循环。

制冷剂包括：氟里昂12(CF2Cl2)代号R12 氟里昂12是一种无色、无臭、透明、几乎无毒性的制冷剂，但空气中含量超过80%时会引起人的窒息。氟里昂12不会燃烧也不会爆炸，当与明火接触或温度达到400℃以上时，能分解出对人体有害的氟化氢、氯化氢和光气(CoCl2)。 R12是应用较广泛的中温制冷剂，适用于中小型制冷系统，如电冰箱、冰柜等。R12能溶解多种有机物，所以不能使用一般的橡皮垫片(圈)，通常使用氯丁二烯人造橡胶或丁睛橡胶片或密封圈。氟里昂22(CHF2Cl)代号R22 R22不燃烧也不爆炸，其毒性比R12稍大，水的溶解度虽比R12大，但仍可能使制冷系统发生“冰塞”现象。R22能部分地与润滑油互相溶解，其溶解度随着润滑油的种类及温度而改变，故采用R22的制冷系统必须有回油措施。R22在标准大气压力下的对应蒸发温度为-40.8℃，常温下冷凝压力不

超过15.68×105 Pa，单位容积制冷量与比R12大60%以上。在空调设备中，大都选用R22制冷剂。四氟乙烷R134a（ch2fcf3)代号R13是一种无毒无污染安全性最高的制冷剂。TLV 1000pm,GWP 1300.广泛应用于制冷设备中。特别是对制冷剂要求高的仪器中。

蒸汽冷凝器这种冷凝常应用于多效蒸发器末效二次蒸汽的冷凝，保证末效蒸发器的真空度。例如喷淋式冷凝器，冷水从上部喷嘴喷入，蒸汽从侧面入口进入，蒸汽与冷水充分接触后被冷凝为水，同时沿管下流，部分不凝汽体也可能被带出。例如充填式冷凝器，蒸汽从侧管进入后一上面喷下的冷水相接触冷凝器里面装了满了瓷环填料，填料被水淋湿后，增大了冷水与蒸汽的接触面积，蒸汽冷凝成水后沿下部管路流出，不凝气体同上部管路被真空泵抽出，以保证冷凝器内一定的真空度。淋水板或筛板冷凝器，目的是增大冷水与蒸汽的接触面积。混合式冷凝器具有结构简单，传热效率高等优点，腐蚀性问题也比较容易解决。

在制冷系统中，蒸发器、冷凝器、压缩机和节流阀是制冷系统中必不可少的四大件，这当中蒸发器是输送冷量的设备。制冷剂在其中吸收被冷却物体的热量实现制冷。压缩机是心脏，起着吸入、压缩、输送制冷剂蒸汽的作用。冷凝器是放出热量的设备，将蒸发器中吸收的热量连同压缩机功所转化的热量一起传递给冷却介质带走。节流阀对制冷剂起节流降压作用、同时控制和调节流入蒸发器中制冷剂液体的数量，并将系统分为高压侧和低压侧两大部分。实际制冷系统中，除上述四大件之外，常常有一些辅助设备，如电磁阀、分配器、干燥器、集热器、易熔塞、压力控制器等部件组成，它们是为了提高运行的经济性，可靠性和安全性而设置的。