单闭环流量比值控制系统设计
单闭环比值控制系统3
比值控制系统一、比值控制原理基本概念与原理比值控制中，需要保持比例的两种物料：处于主导地位的称为主动量，通常用FM表示，如燃烧中的燃料量。
另一种物料称为从动量，用FS表示，如燃烧比值系统中的空气（氧气）量。
比值控制系统要实现：FS/FM=kk为从动量与主动量的比值。
图9－12 燃烧过程比值控制系统在石化、制药等生产过程中，经常要两种或两种以上的物料保持一定的比例关系。
燃烧过程：燃料与空气要保持一定比例，才能满足生产和环保要求。
造纸过程：浓纸浆与水要以一定比例混合，才能制造出合格的纸浆。
不少化学反应过程，多个进料要保持一定的比例。
比值系数计算流量比值与设置于仪表的比值系数是两个不同的概念，它们都为无量纲系数，但两者的数值是不等的。
流量比值k是流量的比值，它们可以同为质量流量、体积流量或折算为标准情况下的流量。
比值系数K是设置于比值函数模块或比值控制器中的参数。
1、采用线性流量检测单元的情况在正常工况下，主动量与从动量的输出值（无量纲）分别为F1/F1MAX，F2/F2MAX。
所以单元组合仪表的比值系数为：该比值系数只与变送器的量程和所要求从动量与主动量的对应比例关系有关，与变送器的电气零点无关。
2、采用差压法未经开方流量检测单元的情况此时，主动量与从动量的输出值（无量纲）分别为（F1/F1MAX）2，（F1/F1MAX）2 。
所以比值系数为：该比值系数只与变送器的量程和所要求从动量与主动量的对应比例关系有关，与变送器的电气零点无关。
3、几点说明（1）采用线性流量检测方法时，只有在F1MAX=F2MAX的场合，k=K；在采用差压法未经开方流量检测时，在时，k=K（2）采用相乘或相除的方案中，比值函数部件可以改接在F2一侧，即实现。
此时，K’＝1/K。
（3）在同样的比值k下，通过调整F1MAX，F2MAX也可以改变比值系数。
基于组态软件的流量比值过程控制系统设计
《过程控制工程》课程设计报告书课题名称基于组态软件的流量比值过程控制系统设计姓名学号专业指导教师机电与控制工程学院年月日摘要随着科学技术的快速发展，人们对过程控制提出了更高的要求，在许多生产过程中，要求两种或两种以上的物料流量成一定的比例关系混合进行反应，对物料比例的要求甚为严格，如果不能满足要求，或是比例失和调，将会导致产品的质量达不到要求，以致造成损失，严重时会导致事故的发生.研究比值控制系统很有必要，提高比值控制系统的精度及水平具有深远的意义。
根据系统的工艺要求及实际需要，提出了流量比值控制的设计方案，因为组态王开发监控系统软件具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点，本设计着重说明了组态王在设计开发流量比值控制系统中的应用。
单闭环比值控制系统是在开环比值控制系统上增加对副物料的闭环控制回路，用以实现主、副物料的比值保持不变该控制系统能保证主、副物料的流量比值不变，同时，系统结构简单，因此在工业生产过程自动化中应用较广。
此文主要讲的是强碱氢氧化钠的单闭环流量控制法。
实际运行结果表明，系统不仅能按比值关系进行控制，而且具有较强的抗干扰能力。
该设计可以用于化工厂，制药等场所。
关键字：单闭环比值控制系统设计主副物料工业生产过程任务书1. 根据双容液位单回路过程控制系统的具体对象和控制要求，独立设计控制方案，正确选用过程仪表。
2. 根据双容液位单回路过程控制系统A/D、D/A和开关I/O的需要，正确选用过程模块。
3. 根据与计算机串行通讯的需要，正确选用RS485/RS232转换与通讯模块。
4. 运用组态软件，正确设计双容液位单回路过程控制系统的组态图、组态画面和组态控制程序。
5. 提交包括上述内容的课程设计报告。
目录1.绪论 (1)2.方案论证....................... ... .. (3)3.方案说明 ......................... ... .. (6)4.硬件方案......................................... (7)5.软件设计......................................... (9)6.调试 ........................................ (16)7.心得 .................................. ..... .. (17)8.致谢........................................ . (18)9.参考文献 (19)10．附录....................................... . (20)1 绪论在工业生产过程当中，有很多是要求两种或多种物料成一定比例关系，一旦比例失调，会影响生产的正常进行，影响产品质量，浪费原料，消耗动力，造成环境污染，甚至产生生产事故，所以严格控制其比例，对于安全生产来说是十分重要的。
单闭环流量定值控制系统matlab仿真
单闭环流量定值控制系统matlab仿真什么是闭环流量定值控制系统？闭环流量定值控制系统是一种基于反馈的控制系统，用于控制流体的流量，并将其维持在预定的值。
该系统通过传感器获取流量的实际值，并与设定的目标值进行比较，然后根据误差信号来调整执行器，以使流量保持在目标值附近。
闭环流量定值控制系统常用于流量控制、液位控制和压力控制等领域。
为什么需要闭环流量定值控制系统？在许多工业流程中，保持流量在设定的目标值是非常重要的。
例如，在化工生产中，过高或过低的流量可能导致反应速率变化、产品质量下降，甚至设备损坏。
因此，需要一种控制系统来实时监测和调整流量，以确保其保持在预定值附近。
闭环流量控制系统的优势是什么？与开环控制系统相比，闭环流量定值控制系统具有以下优势：1. 提高系统的稳定性：闭环控制系统通过不断地与目标值进行比较和反馈来调整执行器，以保持流量的稳定性。
因此，即使受到干扰或系统参数变化，闭环系统仍能快速响应并修正偏差。
2. 提高系统的鲁棒性：闭环控制系统可以通过自适应算法实现对系统参数变化的自动调整，从而提高系统的鲁棒性和对干扰的适应能力。
3. 提高系统的精确度：通过对实际流量进行实时监测和不断调整，闭环系统可以更准确地控制流量，使其保持在设定的目标值附近。
闭环流量定值控制系统的设计步骤：1. 系统建模：首先，需要对流量控制系统进行建模。
根据具体的应用，可以采用传统的线性模型或更复杂的非线性模型。
2. 控制器设计：根据系统模型，设计合适的控制器。
常用的控制器包括比例-积分-微分（PID）控制器、模糊控制器和自适应控制器等。
控制器的选择应综合考虑系统的复杂度、要求的精确度和对干扰的鲁棒性。
3. 传感器选择：选择适当的传感器来实时监测流量。
常用的传感器包括流量计、压力传感器和温度传感器等。
传感器的选择应根据流量范围、精确度、响应速度和成本等因素进行考虑。
4. 执行器选择：根据控制需求选择合适的执行器进行流量调节。
基于MCGS的单闭环流量比值控制系统的设计
２所示 。
通 讯 作 者 ： 恒 娟 ， ｍ ｉ ５８ ２ ５ ＠ ｑ ．Ｏ ． 刘 Ｅ ａｌ ７ ７ ７ ８ ｑ Ｃｒ ： ｎ
第 ４期
刘恒娟 ： 于 ＭＣ Ｓ的单 闭环流量 比值控制系统的设计 基 Ｇ
・ ５・ ７
图 ２ 系统 方 框 图
本设 计在传 统 的过 程 控制 需 要 人 工监 测 和人 工调 节 的基础上 ， 加入 了 ＭＣ Ｓ组态 软件 进行 辅 助 Ｇ
Ｑ ／ １ 系统 原理 图如 图 １所示 。 ２Ｑ ＝ 在稳 定状 态 时 ， 副 流 量 满足 工 艺 要求 的 比 主、
２ ＭＣ Ｓ组态 设 计 Ｇ
ＭＣ Ｓ Ｍｏｉ ｒａ ｄ Ｃ ｎ ｏ Ｇ ｎ ｒｔ ｙｔ Ｇ （ ｎｔ ｎ ｏ ｔ ｌ ｅ ｅａ ｄ Ｓｓ ｍ） ｏ ｒ ｅ ｅ
量和质 量 ， 浪费原材 料 ， 环境 污染 ， 造成 甚至 发生生 产 事故 。所 以说 流量 比值控 制 在 现 代工 业 中发挥 着非 常关键 的作用 。
为 了克服 开环 比值系统 存在 的不 足 ， 本设 计在
图 １ 系统 原 理 图
先 设置 好 的 比值使 输 出成 比值 成 比例地变 化 ， 即成
第２ ７卷 第 ４期 ２１ ０ ０年 ８ 月
贵州大学学报（自然科学版 ）
Ｊｕｎｌ ｆ ｕｚｏ ｎｖｒｉ Ｎ ｔｒｌ ｃ ｎｅ） ｏｒａ ｏ ｉ ｕＵ ｉｅ ｔ Ｇ ｈ ｓｙ（ ａ ａ Ｓｉ ｃｓ ｕ ｅ
曾勇流量比值控制
武汉理工大学华夏学院课程设计报告书题目：单闭环流量比值控制系统的设计与整定系名：信息工程系专业班级：自动化1081姓名：曾勇学号：10212408111指导教师：乔志刚2011 年12 月23 日课程设计任务书学生姓名：曾勇专业班级：自动化1081指导教师：乔志刚工作单位：实验室414题目：单闭环流量比值控制系统的设计与整定初始条件：1.给定用于设计单闭环比值控制系统的实验设备及各种仪表。
2.给出仪表的详细资料。
3.给出单闭环比值控制系统的设计思路与整定方法。
要求完成的主要任务：一．设计任务本设计要求完成如下设计任务：1．分析开环比值控制系统与单闭环比值控制系统的原理，写出单闭环比值控制优越与开环比值控制的地方，并说明他们各自的使用场合。
2．画出开环比值控制系统与单闭环比值控制系统的原理方框图、本设计实例的单闭环比值控制系统管道仪表流程图。
3．对所使用的检测仪表的型号进行选择，写出其输入输出信号类型，并对检测仪表的检测原理进行阐述。
4．对单闭环比值控制系统控制器的正反作用方式进行选择，并说明理由。
5．设计控制器的控制规律，至少选择一种系统整定方法对单闭环比值控制系统进行整定，并详细写出整定过程。
给出整定过程中的整定用曲线（如用衰减振荡法整定时，要给出出现4:1衰减振荡时的曲线波形），记录中间得到的比例度（或比例系数）和振荡周期，并计算出最终的整定参数。
6．将最终计算得到的整定参数置于控制器上，对比值的给定值做阶跃变化，记录其响应曲线。
对副控制器参数进行微调后，如果控制质量得到改善，要给出微调后的响应曲线。
7．13周：完成理论设计，14-16周进行现场调试与整定。
8．16周，答辩，完善并上交设计报告。
二．说明书撰写要求1. 纸张格式：要求统一用A4纸打印，页面设置上空2.5cm，下空2.0cm，左空2.5cm，右空2.0cm）：2. 正文层次：正文内容层次序号为：1、1.1、1.1.1……，其中⑴．正文标题；一级标题1.（黑体小2号加粗），二级标题1.1（黑体小三号），三极标题1.1.1（黑体小四号）。
单闭环流量PID控制汇总
摘要 本文简要介绍了PID调节的工作原理，详细论述了调节器PID 参数的整定，对于PID单回路调节器在工业中的应用具有很重要的现实意义。提出一种对液体流量进行实时的精确控制的设计方案. 该方案以PLC 控制为基础,由上位机、PLC. 触摸屏、靶式流量计、电动调节阀组成. 它不仅适用于流量控制,在改变动作设备后同样适用于对温度、液位、速度、高度等模拟量的控制. 关键词：PLC； PID调节器；流量控制系统；参数整定； 沈阳理工大学课程设计论文
I 目 录 1 设计目的与要求 .................................................. 2 1.1 设计目的 .................................................... 2 1.2 设计要求 .................................................... 2 2 系统结构设计 .................................................... 3 2.1 控制方案 .................................................... 3 2.2 系统结构 .................................................... 4 3 实验系统组成 .................................................... 6 3.1系统简介..................................................... 6 3.2系统组成..................................................... 7 4 下位机软件 ..................................................... 10 4.1 STEP 7简介................................................. 10 4.2 STEP 7的安装............................................... 10 4.3 STEP 7的硬件配置和程序结构................................. 11 5 上位机组态软件简介 ............................................. 15 5.1 WINCC 概述 ................................................. 15 5.2 WINCC的安装................................................ 15 5.3 WINCC的通讯连接和画面组态方法.............................. 16 6 PID作用与整定 ................................................. 17 6.1 实验结果 ................................................... 17 6.2 PID调节作用................................................ 19 6.2.1 比例作用(P)........................................... 19 6.2.2积分作用(I) ........................................... 20 6.2.3 微分作用(D)........................................... 20 6.3控制器PID参数的整定........................................ 21 6.3.1经验法 ................................................ 21 6.3.2临界比例度法 .......................................... 22 总 结 ............................................................ 24 参 考 文 献 ...................................................... 25 沈阳理工大学课程设计论文 2 1 设计目的与要求 1.1 设计目的 通过某种组态软件，结合实验已有设备，按照定值系统的控制要求，根据较快较稳的性能要求，采用但闭环控制结构和PID控制规律，设计一个具有美观组态画面和较完善组态控制程序的流量单回路过程控制系统。
单闭环流量定值控制系统
第二节单闭环流量定值控制系统一．实验目的：1．了解单闭环流量控制系统的结构组成与原理。
2．掌握单闭环流量控制系统调节器参数的整定方法。
3．研究P、PI、PD和PID四种控制分别对流量系统的控制作用。
二．实验原理：离心泵恒流量控制系统图如图5.3-1所示，控制系统方框图如图5.3-2所示。
图5.3-1 离心泵恒流量控制系统图图5.3-2 离心泵恒流量控制系统方框图离心泵恒流量控制系统为单回路简单控制系统，安装在离心泵出口管路上涡轮流量传感器TT将离心泵出口流量转换成脉冲信号，其脉冲频率经频率/电压转换器转换成电压信号后输出至流量调节器TC，TC将流量信号与流量给定值比较后，按PID调节规律输出4—20mA信号，驱动电动调节阀改变调节阀的开度，达到恒定离心泵出口流量的目的。
离心泵恒流量控制系统方框图如图十三所示。
控制参数如下：1．控变量y：离心泵出口流量Q。
2．定值(或设定值)ys：对应于被控变量所需保持的工艺参数值3．测量值ym：由传感器检测到的被控变量的实际值4．操纵变量(或控制变量)：实现控制作用的变量，在本实验中为离心泵出口流量。
使用电动调节阀作为执行器对离心泵出口流量进行控制。
电动调节阀的输入信号范围：4—20mA。
5．干扰(或外界扰动)f：干扰来自于外界因素，将引起被控变量偏离给定值。
在本实验中采用突然改变离心泵转速的方法，改变离心泵出口压力，人为模拟外界扰动给控制变量造成干扰。
6．偏差信号e:被控变量的实际值与给定值之差， e=ys-ym 。
ym---离心泵出口流量值Q 。
ys---离心泵出口流量设定值。
7．控制信号u ：工业调节器将偏差按一定规律计算得到的量。
离心泵恒流量控制系统采用比例积分微分控制规律(PID)对离心泵流量进行控制。
比例积分微分控制规律是比例、积分与微分三种控制规律的组合，理想的PID 调节规律的数学表达式为：01()()()()tP D I de t u t K e t e t dt T T dt ⎡⎤∆=++⎢⎥⎣⎦⎰ 三．实验方法：1．向V103中注入2/3以上清水 2．打开设备总电源，检查各仪表，执行器是否正常3．打开阀门VA110或VA111，A112，A117，其余阀门关闭4．松动离心泵放气螺丝，直到有水流出，拧紧螺丝5．将离心泵出口压力测量表（PI-03）设为手动输出且输出值为100，变频器的频率即设为50.00Hz6．打开实验软件，进入流量曲线界面点击菜单栏中的“曲线 流量控制曲线”开始记录液位变化7．将流量测量表（FI-01）设为自动输出且SV 值为4.00，P=3，I=5，D=1.5 FILE=58．打开立式离心泵向观察曲线变化情况，待流量稳定后，点击菜单栏中的“曲线 流量控制曲线”重新记录液位变化9．大约10秒钟后通过以下几种方式加干扰：（1）突增（或突减）仪表设定值的大小，使其有一个正（或负）阶跃增量的变化；（此法推荐，下面方法仅供参考）。
单回路控制系统课程设计2
工业过程控制课程设计题 目: 基于组态软件的流量比值过程控制系统设计 院系名称： 专业班级： 学生姓名： 学 号：指导教师： 设计地点： 31-517 设计时间： 2011.6.25～2011.7.1工业过程控制课程设计任务书之七目录1 绪论 (1)2 设计目的与要求 (2)2.1 设计目的 (2)2.2 控制要求 (2)3.系统结构设计 (2)3.1 控制方案 (2)4 过程仪表选择 (5)4.1 流量检测传感器 (5)4.2 电动调节阀 (6)4.3 过程模块 (6)4.4变频器 (6)5 系统组态设计 (7)5.1 组态图 (7)5.2 组态画面 (8)5.3 数据字典 (10)5.4 应用程序 (11)5.5 动画连接 (14)6 结论 (14)摘要单闭环比值控制系统是在开环比值控制系统上增加对副物料的闭环控制回路，用以实现主、副物料的比值保持不变该控制系统能保证主、副物料的流量比值不变，同时，系统结构简单，因此在工业生产过程自动化中应用较广。
此文主要讲的是强碱氢氧化钠的单闭环流量控制法。
关键字：单闭环比值控制系统设计主副物料工业生产过程1 绪论在工业生产过程当中，有很多是要求两种或多种物料成一定比例关系，一旦比例失调，会影响生产的正常进行，影响产品质量，浪费原料，消耗动力，造成环境污染，甚至产生生产事故，所以严格控制其比例，对于安全生产来说是十分重要的。
特别是在产品生产中，经常需要两种或两种以上的物料按一定比例混合或进行生产，如果比例失调，轻则造成产品质量不合格，重则会造成生产事故或发生人身伤害，给企业带来较大的损失。
实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统,称为比值控制系统.由于过程工业中大部分物料都是以气态,液态或混合的流体状态在密闭管道,容器中进行能量传递与物质交换,所以保持两种或几种物料的比例实际上是保持两种或几种物料的流量比例关系,因此比值控制系统一般是指流量比值控制系统.在需要保持比值关系的两种物料中,必有一种物料处于主导地位,这种物料称之为主物料,表征这种物料的参数称之为主动量。
实验三 单闭环流量定值控制系统
实验三单闭环流量定值控制系统一、实验目的1．了解单闭环流量控制系统的结构组成与原理。
2．掌握单闭环流量控制系统调节器参数的整定方法。
3．研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。
4．研究P、PI、PD和PID四种控制分别对流量系统的控制作用。
5．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。
二、实验设备（同前）三、实验原理图3-27 单闭环流量定值控制系统(a)结构图 (b)方框图本实验系统结构图和方框图如图3-27 所示。
被控量为电动调节阀支路（也可采用变频器支路）的流量，实验要求电动阀支路流量稳定至给定值。
将涡轮流量计FT1检测到的流量信号作为反馈信号，并与给定量比较，其差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制管道流量的目的。
为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI 控制，并且在实验中PI 参数设置要比较大。
四、实验内容与步骤本实验选择电动阀支路流量作为被控对象。
实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-8、F1-11 全开，其余阀门均关闭。
将“FT1电动阀支路流量”钮子开关拨到“ON”的位置。
具体实验内容与步骤可根据本实验的目的与原理参照前面的单闭环定值控67制中相应方案进行，下面只给出实验的接线图。
图3-28 智能仪表控制单闭环流量定值控制实验接线图五、实验报告要求1．画出单闭环流量定值控制实验的结构框图。
2．用实验方法确定调节器的相关参数，写出整定过程。
六、思考题1．如果采用变频器支路做实验，其响应曲线与电动阀支路的曲线有什么异同？并分析差异的原因。
2．改变比例度δ和积分时间TI对系统的性能产生什么影响？3．在本实验中为什么采用PI 控制规律，而不用纯P控制规律？。
单闭环控制系统设计及仿真
单闭环控制系统设计及仿真班级电信2014姓名张庆迎学号142081100079摘要直流调速系统具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动中获得了广泛应用。
本文从直流电动机的工作原理入手，建立了双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。
然后按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，利用Simulink对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。
在理论分析和仿真研究的基础上，本文设计了一套实验用双闭环直流调速系统，详细介绍了系统主电路、反馈电路、触发电路及控制电路的具体实现。
对系统的性能指标进行了实验测试，表明所设计的双闭环调速系统运行稳定可靠，具有较好的静态和动态性能，达到了设计要求。
采用MATLAB软件中的控制工具箱对直流电动机双闭环调速系统进行计算机辅助设计，并用SIMULINK进行动态数字仿真,同时查看仿真波形,以此验证设计的调速系统是否可行。
关键词直流电机直流调速系统速度调节器电流调节器双闭环系统一、单闭环直流调速系统的工作原理1、单闭环直流调速系统的介绍单闭环调速系统的工作过程和原理：电动机在启动阶段，电动机的实际转速(电压)低于给定值,速度调节器的输入端存在一个偏差信号，经放大后输出的电压保持为限幅值,速度调节器工作在开环状态,速度调节器的输出电压作为电流给定值送入电流调节器, 此时则以最大电流给定值使电流调节器输出移相信号,直流电压迅速上升,电流也随即增大直到等于最大给定值, 电动机以最大电流恒流加速启动。
电动机的最大电流(堵转电流)可以通过整定速度调节器的输出限幅值来改变。
在电动机转速上升到给定转速后, 速度调节器输入端的偏差信号减小到近于零,速度调节器和电流调节器退出饱和状态,闭环调节开始起作用。
2、双闭环直流调速系统的介绍为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。
单闭环系统的PID调节自动控制系统课程设计
目录第一章摘要1.1课程设计地点………………………………………………3.1.2实验室介绍 (3)1.3应用软件介绍 (3)1.4设计目的 (4)1.5设计任务 (4)1.6设计要求 (5)第二章课程设计正文 (5)2.1 梯形图 (5)2.1.1 自锁 (5)2.1.2 两台鼓风机轮流工作（带时间累加的） (6)2.1.3流水灯 (8)2.1.4交通灯 (10)2.2 功能块图形 (12)2.2.1比较器 (13)2.2.2乘法器 (13)2.2.3运算器 (14)2.2.4一阶PID (15)2.2.5二阶PID (19)2.2.6带延迟及自动扰动的PID (25)第三章PID的调节方法 (27)第四章课程设计的收获与体会（附参考文献） (32)第一章摘要1、课程设计地点：东北大学罗克韦尔自动化实验室2、实验室简介：1999年9月，东北大学与美国罗克韦尔自动化公司合作建立了“东北大学—罗克韦尔自动化联合实验室”。
该实验室占地面积400平方米，其设备由罗克韦尔自动化公司捐赠（总价值75万美元），包括工控机、可编程逻辑控制器、变频器、智能马达控制器、变速器等处于世界自动化领域领先水平的系列产品。
结合自动化专业的特点，实验室进行了不断的改进与完善。
经过“九五”211工程、“十五”211工程和“985”一期、二期工程的建设，东北大学罗克韦尔自动化实验室已具备世界一流的实验设备、一流的实验环境。
目前，实验室云集了博士、硕士和本科生等各专业的学生,从这里毕业的学生在就业市场上大受欢迎，纷纷被有影响的大公司（罗克韦尔自动化、西门子、摩托罗拉、西马克、华维等）录用。
[3、应用软件介绍：RSLogix5000 是 AB 开发的应用于 SLC500 型中型 PLC 和 Micrologix 系列小型 PLC 的编程软件。
具有结构简单，条理清晰，功能强大等优点。
它具有以下特点：1 统一的项目查看2灵活的梯形图编辑器3拖放式操作4梯形图查看选项5定制数据监视6状态文件分类显示7简易的通讯配置8强大的数据库编辑器9查找与替换10直观的windows界面11项目校验快捷地更正程序错误等。
单闭环比值控制课程设计
单闭环比值控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解单闭环比值控制的基本概念，掌握其数学模型和物理意义；2. 掌握单闭环比值控制系统的参数设计方法，能够分析系统性能；3. 了解单闭环比值控制在实际工程中的应用，如电机转速控制、温度控制等。
技能目标：1. 能够运用数学工具对单闭环比值控制系统进行建模和分析；2. 学会使用仿真软件进行单闭环比值控制系统的模拟和调试；3. 能够独立设计简单的单闭环比值控制系统，并进行性能评估。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对自动控制技术的兴趣，激发其探索精神；2. 培养学生严谨的科学态度，使其认识到理论与实践相结合的重要性；3. 增强学生的团队合作意识，培养其沟通交流和协作解决问题的能力。
课程性质：本课程属于自动控制原理的一部分，以理论教学和实践操作相结合的方式进行。
学生特点：学生已具备一定的数学基础和物理知识，具有一定的分析问题和解决问题的能力。
教学要求：结合理论教学和实际操作，注重培养学生的实际应用能力和创新思维。
在教学过程中，将课程目标分解为具体的学习成果，以便于后续的教学设计和评估。
二、教学内容1. 单闭环比值控制基本概念：介绍单闭环比值控制系统的定义、组成及其在自动控制中的应用。
- 教材章节：第三章第二节- 内容：控制系统概述、单闭环比值控制系统的结构及原理。
2. 单闭环比值控制数学模型：分析单闭环比值控制系统的数学建模方法，包括传递函数、状态空间方程等。
- 教材章节：第三章第三节- 内容：数学模型建立、传递函数求解、状态空间方程描述。
3. 单闭环比值控制系统参数设计：讲解单闭环比值控制系统的参数设计方法，分析系统性能指标。
- 教材章节：第三章第四节- 内容：PID控制器设计、系统稳定性分析、性能指标优化。
4. 单闭环比值控制系统仿真与实验：运用仿真软件（如MATLAB）进行单闭环比值控制系统模拟和调试，开展实验操作。
- 教材章节：第三章第五节- 内容：仿真软件应用、模拟调试方法、实验操作步骤。
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摘要在现代工业生产过程中，工艺上常需要两种或两种以上的物料流量保持一定的比例关系，一旦比例失调，就会影响生产的正常进行，影响产品质量，浪费原料，消耗动力，造成环境污染，甚至产生生产事故。
例如氨分解工艺中的氨分解炉，入炉煤气和空气应保持一定的比例，否则将使燃烧反应不能正常进行，而煤气和空气比例超过一定的极限将会引起爆炸。
实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。
通常以保持两种或几种物料的流量为一定比例关系的系统，称之为流量比值控制系统，这次课程设计的内容就是单闭环流量比值过程控制系统。
在实际的生产过程控制中,比值控制系统除了实现一定比例的混合外,还能起到在扰动影响到被控过程质量指标之前及时控制的作用.而且当最终质量指标难于测量,变送时,可以采用比值控制系统,使生产过程在最终质量达到预期指标下安全正常地进行,因为比值控制具有前馈控制的实质。
关键词：流量；比值控制；PID控制；可编程控制器目录1设计背景 (1)2比值控制系统概述 (2)2.1 比值控制系统定义 (2)2.2 比值控制原理 (2)2.3 比值控制系统特点 (2)2.4 比值控制系统的类型 (3)2.4.1 开环比值控制系统 (3)2.4.2 单闭环比值控制系统 (4)3单闭环流量比值控制系统方案设计 (7)3.1 系统方案设计 (7)3.2 系统硬件设计 (7)4上位机组态与程序设计 (10)4.1 组态软件WinCC (10)4.1.1 WinCC简介 (10)4.1.2 WinCC的发展及应用 (10)4.2 上位机组态设计 (11)4.3 PLC程序设计 (12)5 PID参数整定及系统调试 (17)5.1 PID控制器 (17)5.1.1 PID控制器的优点 (18)5.1.2 控制规律的选择 (18)5.2 PID控制器参数的调节及其对控制性能的影响 (19)5.2.1 比例控制对控制性能的影响 (19)5.2.2 积分控制对控制性能的影响 (20)5.2.3 微分控制对控制性能的影响 (22)5.3 控制系统的整定 (23)5.3.1 控制系统整定的基本要求 (23)5.3.2 调节器参数的整定方法 (23)5.4 调节器参数的整定及调试 (25)总结 (28)参考文献 (29)1设计背景石油炼制生产过程中，把两种或两种以上基础组分油与各种添加剂按一定比例均匀混合，从而成为一种新产品的过程称为调和。
油品调合主要是指汽油、柴油、润滑以及原油等的调和。
汽油调和是炼厂利用生产的各种汽油组分，按某种比例配方和添剂均匀混合，得到符合质量标准的汽油产品的过程。
它是汽油成品出厂的最后一道工和炼厂生产成品油的最后一个环节，也是保证汽油质量指标满足环保和质量规格要求重要手段，调和效益在生产企业的经济效益中占有举足轻重的地位。
在各种生产过程中，经常遇到生产工艺要求两个或两个以上参数成一定的比例关系，一旦比例失调，就会影响生产的正常运行。
例如在锅炉的燃烧系统中，要保持送进炉膛的风量和燃料成一定的比例，以保证燃烧的经济性。
通常，在两个需要保持一定比例关系的物料中，一个是主动量或关键量，另一个是从动量或辅助量。
由于物料通常是液体，因此称主动量为主流量Q1从动量为副流量Q2。
Q1与Q2之间的关系为Q2＝KQ1式中，K为比值系数。
因此，只要主副流量的给定值保持比值关系，或者副流量给定值随主流量按一定比例关系而变化即可实现比值控制。
通过以上分析可见，在配料过程中对生产产品的各种原料的比值进行控制显得尤为重要，常用比值控制来解决此类问题。
比值控制的目的就是为了实现使几种物料混合符合一定比例关系，使生产能安全正常进行。
配料精度的高低制约着整个生产的产品质量和产量，所以应对配料过程的控制给予足够重视。
2比值控制系统概述2.1比值控制系统定义在化工、炼油及其他工业生产过程中，工艺上常需要两种或两种以上的物料保持一定的比例关系，比例一旦失调，将影响生产或造成事故。
实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。
通常以保持两种或几种物料的流量为一定比例关系的系统，称之流量比值控制系统。
比值控制系统可分为：开环比值控制系统，单闭环比值控制系统，双闭环比值控制系统，变比值控制系统，串级和比值控制组合的系统等。
2.2比值控制原理通常，在两个需要保持一定比例关系的物料中，一个是主动量或关键量，另一个是从动量或辅助量。
由于物料通常是液体，因此称主动量为主流量Q1从动量为副流量Q2。
Q1与Q2之间的关系为Q2＝KQ1（2-1）式中，K为比值系数。
因此，只要主副流量的给定值保持比值关系，或者副流量给定值随主流量按一定比例关系而变化即可实现比值控制。
2.3比值控制系统特点比值控制系统的特征: 是实现两个或两个以上物料保持一定比例关系。
1.主物料，也称为主动量:在要保持一定比例关系的物料中，把起主导作用的物料，称为主物料（主动量），因为在过程控制中经常保持比例的参数是流量，故常用Q1表示。
2.从物料，也称为从动量:另一种随主物料的变化而成比例地变化的物料称为从物料（从动量），常用Q2表示。
3.比值系数：若两物料的比值系数设定为K，则有：（2-2）2.4 比值控制系统的类型比值控制系统按比值的特点可分为定比值和变比值控制系统。
两个或两个以上参数之间的比值是通过改变比值器的比值系数来实现的，一旦比值系数确定，系统投入运行后，此比值系数将保持不变（为常数），具有这种特点的系统称为定比值控制系统。
如果生产上因某种需要对参数间的比值进行修正时，需要人工重新设置新的比值系数，这种系统的结构一般比较简单。
两个或两个以上参数之间的比值不是一个常数，而是根据另一个参数的变化而不断的修正，具有这种特点的系统称为变比值控制系统，这种系统的结构一般比较复杂。
比值控制系统按结构特点可分为简单比值和复杂比值控制系统。
比值控制系统可笼统分为：开环比值控制系统、单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统、串级比值及变比值控制系统等。
下面简单介绍这五种控制系统[4]。
2.4.1 开环比值控制系统开环比值控制系统是结构最简单的比值控制系统，其工艺流程图和原理方块图如图2.1所示。
其中FT 为检测变送器，FC 为比值控制器。
（1）工艺流程图 （2）原理方框图图2.1 开环比值控制系统21Q K Q由原理方块图我们可以总结开环比值控制系统的特点如下：1）当系统处于稳定工作状态时，两物料的流量满足比值关系。
2）当主动量受到干扰而发生变化时，系统通过比值器及设定值按比例去改变控制阀的开度，调节从动量使之与主动量仍保持原有的比例关系。
3）当从动量受到外界干扰（如温度、压力扰动）波动时，由于是开环控制，没有调节从动量自身波动的环节，也没有调整主动量的环节，故两种物料的比值关系很难保持不变，系统对此无能为力。
开环比值控制是理解比例控制工作机理的基础，在实际工程上很少应用。
2.4.2 单闭环比值控制系统单闭环比值控制系统是在开环比值控制系统上增加对副物料的闭环控制回路，用以实现主、副物料的比值保持不变。
工艺流程图及原理框图如图2.2所示。
（1）工艺流程图 （2）原理方框图图2.2 单闭环比值控制系统1. 单闭环比值控制系统原理单闭环比值控制系统是由两个信号即主流量1Q 、副流量2Q ，两个变送器、调节器、执行机构和一个以2Q 作为反馈信号的闭环回路组成。
在稳定时，能实现主、副流量的工艺比值的要求，即2/1Q Q K (K 为常数)。
系统原理框图如图6-3所示。
当主流量1Q 不变、而副流量2Q 受到扰动时，则可通过副流量的闭合回路进行定值控制。
主流量调节器1()T W s 的输出作为副流量的给定值。
当主流量1Q 受到扰动时，1()T W s 则按预先设置好的比值使其输出成比例变化，即改变2Q 的给定值。
1()T W s 根据给定值的变化，发出控制命令以改变调节阀的开度，使副流量2Q跟随主流量1Q而变化，从而保证原设定的比值不变。
当主副流量同时受到扰动时，调节器1()TW s在克服副流量扰动的同时，又根据新的给定值，改变调节阀的开度，使主、副流量在新的流量数值的基础上，保持其原设定值的比值关系。
它不但可以实现副流量跟随主流量的变化而变化，而且还可以克服副流量本身干扰对比值的影响。
可见，该系统能确保主、副两个流量的比值不变，同时，系统的结构又较简单，方案实现起来方便,仅用一台比值器或比例调节器即可，因而在工业过程自动化中广泛应用[5]。
2.单闭环比值控制系统的四种工作情况：（1）当系统处于稳定工作状态时，主、副物料流量的比值恒定。
如图2.3单闭环比值控制系统的原理框图，由图可知：稳态时：11122()m T mW W Q W Q=（2-3）（2-4）图2.3 单闭环比值控制系统的原理框图当1Q不变，2Q受到扰动时，闭合回路进行定值控制。
当1Q受到扰动时，1()TW s输出变化，2Q跟随1Q变化，保证原设定的比值不变。
单闭环比值控制系统适用于负荷变化不大，主流量不可控制，两种物料间的比值要求较精确的生产过程。
（2）当主物料流量不变，副物料流量受到扰动变化时，可通过副流量的闭合回路调整副物料流量使之恢复到原设定值，保证主、副物料流量比值一定。
（3）当主物料流量受到扰动变化，而副物料不变时，则按预先设置好的比值使比值器输出成比例变化，即改变给定值，根据给定值的变化，发出控制命令，以改变调节阀的开度，使副流量跟随主流量而变化，从而保证原设定的比值不变。
（4）当主、副物料流量同时受到扰动变化时，调节器在调整副物料流量使之维持原设KWWWQQmTm=⋅=∴21112定值的同时，系统又根据主物料流量产生新的给定值，改变调节阀的开度，使主、副物料流量在新的流量数值的基础上，保持原设定值的比值关系不变。
总之, 单闭环比值控制系统虽然能保持主、副物料流量比值不变，但是无法控制主物料的流量不变，因此，对生产过程的生产能力没有进行控制。
该控制系统能保证主、副物料的流量比值不变，同时，系统结构简单，因此在工业生产过程自动化中应用较广。
3单闭环流量比值控制系统方案设计3.1系统方案设计系统结构图如图3.1（a），方框图如图3.1（b）所示(a)结构图(b)方框图图3.1 单闭环流量比值控制系统该系统中有两条支路，一路是来自于变频器—磁力泵支路的流量Q1，它是一个主流量；另一路是来自于气动调节阀支路的流量Q2，它是系统的副流量。
要求副流量Q2能跟随主流量Q1的变化而变化，而且两者之间保持一个定值的比例关系，即Q2/Q1=K。
3.2系统硬件设计1、水箱包括下水箱和储水箱。
下水箱采用淡蓝色圆筒型有机玻璃，不但坚实耐用，而且透明度高。
下水箱尺寸为：d=35cm，h=20 cm。