串級(jí)控制過(guò)程控制課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)要求</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)內(nèi)容：</b></p><p>　　某隧道窯爐系統(tǒng)，考慮將燃燒室溫度作為副變量，燒成溫度為主變量，燃燒室溫度為副變量的串級(jí)控制系統(tǒng)中主、副對(duì)象的傳遞函數(shù)分別為：</p><p>　　G01(s)=1/(30s+1)(3s+1);g02

2、(s)=1/((10s+1)(s+1)^2);</p><p>　　主控制器采用比例積分控制，副控制器采用比例控制。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　　試分別采用單回路控制和串級(jí)控制設(shè)計(jì)主、副PID控制器的參數(shù)，并給出整定后系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線和階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線，并說(shuō)明不同控制方案對(duì)系統(tǒng)的影響。</p&g

3、t;<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 概述1</b></p><p>　　第2章 系統(tǒng)總體方案2</p><p>　　2.1 隧道窯的結(jié)構(gòu)2</p><p>　　2.2 方案比較2</p><p>　　2.3 方案選

4、擇4</p><p>　　第3章 系統(tǒng)控制參數(shù)的選擇5</p><p>　　3.1串級(jí)控制系統(tǒng)選擇5</p><p>　　3.1.1 主變量的選擇5</p><p>　　3.1.2 副變量的選擇5</p><p>　　3.1.3 操縱變量的選擇5</p><p>　　3.2 調(diào)節(jié)閥開

5、關(guān)形式的選擇6</p><p>　　3.3 傳感器、變送器的選擇6</p><p>　　3.4 控制器的選擇7</p><p>　　3.4.1 控制器控制規(guī)律的選擇7</p><p>　　3.4.2 控制器正、反作用選擇7</p><p>　　3.4.3 控制器選型8</p><p>

6、;　　第4章 系統(tǒng)調(diào)試10</p><p>　　4.1系統(tǒng)參數(shù)的整定10</p><p>　　4.2 系統(tǒng)仿真10</p><p>　　第5章 心得體會(huì)14</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)15</b></p><p><b>　　第1章 概述</b></

7、p><p>　　隨著人們物質(zhì)生活水平的提高以及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，產(chǎn)品的質(zhì)量和功能也向更高的檔次發(fā)展，制造產(chǎn)品的工藝過(guò)程變得越來(lái)越復(fù)雜，為滿足優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗，以及安全生產(chǎn)、保護(hù)環(huán)境等要求，做為工業(yè)自動(dòng)化重要分支的過(guò)程控制的任務(wù)也愈來(lái)愈繁重。</p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)控制中, 過(guò)程控制技術(shù)是一歷史較為久遠(yuǎn)的分支。在本世紀(jì)30 年代就已有應(yīng)用。過(guò)程控制技術(shù)發(fā)展至今天, 在控制方式上經(jīng)歷了

8、從人工控制到自動(dòng)控制兩個(gè)發(fā)展時(shí)期。在自動(dòng)控制時(shí)期內(nèi)，過(guò)程控制系統(tǒng)又經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段, 它們是：分散控制階段, 集中控制階段和集散控制階段。幾十年來(lái)，工業(yè)過(guò)程控制取得了驚人的發(fā)展，無(wú)論是在大規(guī)模的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，還是在傳統(tǒng)工業(yè)過(guò)程改造中，過(guò)程控制技術(shù)對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量以及節(jié)省能源等均起著十分重要的作用。</p><p>　　目前，過(guò)程控制正朝高級(jí)階段發(fā)展，不論是從過(guò)程控制的歷史和現(xiàn)狀看，還是從過(guò)程控制發(fā)展

9、的必要性、可能性來(lái)看，過(guò)程控制是朝綜合化、智能化方向發(fā)展，即計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)：以智能控制理論為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)為主要手段，對(duì)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)、計(jì)劃、調(diào)度、管理和控制全面綜合，實(shí)現(xiàn)從原料進(jìn)庫(kù)到產(chǎn)品出廠的自動(dòng)化、整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)信息管理的最優(yōu)化。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)是隧道窯的溫度課程系統(tǒng)，而隧道窯是對(duì)陶瓷制品進(jìn)行預(yù)熱、燒成、冷卻的裝置。因?yàn)閹讉€(gè)環(huán)節(jié)都涉及到溫度的控制，因此隔焰隧道窯的溫度是生產(chǎn)工

10、藝的一項(xiàng)重要指標(biāo)，溫度控制的好壞將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。如果火焰直接在窯道燒成帶燃燒，燃燒氣體中的有害物質(zhì)將會(huì)影響產(chǎn)品的光澤和顏色，所以就出現(xiàn)了隔焰式隧道窯。火焰在燃燒室中燃燒，熱量經(jīng)過(guò)隔焰板輻射加熱燒成帶。</p><p>　　另外隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，對(duì)工藝操作條件的要求更嚴(yán)格，對(duì)安全運(yùn)行及對(duì)控制質(zhì)量的要求也更高。而因?yàn)樗淼栏G溫度的變化比較慢，所以滯后比較大。綜上所述，須設(shè)計(jì)一套以溫度為控制變量的控制系統(tǒng)

11、。</p><p>　　該控制系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝要求：</p><p>　　⑴可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)隧道窯的工藝流程的控制。 </p><p>　?、颇軌蚩朔^大的滯后。</p><p>　?、悄軌蜃詣?dòng)控制窯內(nèi)溫度，并達(dá)到所需精度。</p><p>　　第2章 系統(tǒng)總體方案</p><p>　　2.1 隧

12、道窯的結(jié)構(gòu)</p><p>　　隧道窯的整個(gè)窯爐主要包括窯爐主體結(jié)構(gòu)、窯頭封閉氣幕及排煙系統(tǒng)、攪拌風(fēng)系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、窯尾冷卻系統(tǒng)、車下冷卻風(fēng)系統(tǒng)、余熱利用系統(tǒng)、窯車、自動(dòng)控制系統(tǒng)等。</p><p>　　制品在窯道的燒成帶內(nèi)按工藝規(guī)定的溫度進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度一般為1300℃，偏差不得超過(guò)5C。所以燒成帶的燒結(jié)溫度是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要控制指標(biāo)之一，因此將窯道燒成帶的溫度作為被控變量，將燃料的

13、流量作為操縱變量。如果火焰直接在窯道燒成帶燃燒，燃燒氣體中的有害物質(zhì)將會(huì)影響產(chǎn)品的光澤和顏色。因此，我選用了隔焰式隧道窯，讓火焰只在燃燒室中燃燒，熱量經(jīng)過(guò)隔焰板輻射加熱燒成帶。</p><p>　　2.2 方案比較 </p><p>　　制品在窯道的燒成帶內(nèi)按工藝規(guī)定的溫度進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度一般為1300℃，偏差不得超過(guò)5C。所以燒成帶的燒結(jié)溫度是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要控制指標(biāo)之一，因此

14、將窯道燒成帶的溫度作為被控變量，將燃料的流量作為操縱變量。如果火焰直接在窯道燒成帶燃燒，燃燒氣體中的有害物質(zhì)將會(huì)影響產(chǎn)品的光澤和顏色，所以就出現(xiàn)了隔焰式隧道窯?；鹧嬖谌紵抑腥紵?，熱量經(jīng)過(guò)隔焰板輻射加熱燒成帶。</p><p>　　若采用隔焰隧道窯溫度簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，由于從控制閥到窯道燒成帶滯后時(shí)間太大，如果燃料的壓力發(fā)生波動(dòng)，盡管控制閥門開度沒(méi)變，但燃料流量將發(fā)生變化，必將引起燃燒室溫度的波動(dòng)，再經(jīng)過(guò)隔焰板的傳熱

15、、輻射，引起燒成帶溫度的變化。因?yàn)橹挥袩蓭囟瘸霈F(xiàn)偏差時(shí)，才能發(fā)現(xiàn)干擾的存在，所以對(duì)于燃料壓力的干擾不能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)。燒成帶溫度出現(xiàn)偏差后，控制器根據(jù)偏差的性質(zhì)立即改變控制閥的開度，改變?nèi)剂狭髁?，?duì)燒成帶溫度加以調(diào)節(jié)?？墒沁@個(gè)調(diào)節(jié)作用同樣要經(jīng)歷燃燒室的燃燒、隔焰板的傳熱以及燒成帶溫度的變化這個(gè)時(shí)間滯后很長(zhǎng)的通道，當(dāng)調(diào)節(jié)過(guò)程起作用時(shí)，燒成帶的溫度已偏離設(shè)定值很遠(yuǎn)了。也就是說(shuō)，即使發(fā)現(xiàn)了偏差，也得不到及時(shí)調(diào)節(jié)，造成超調(diào)量增大，穩(wěn)定性下降。如

16、果燃料壓力干擾繁出現(xiàn)，對(duì)于單回路控制系統(tǒng)，不論控制器采用PID的什么控制作用，還是參數(shù)如何整定，都得不到滿意的控制效果。 </p><p>　　為了克服較大的滯后，抑制較大的干擾以及使控制更加的準(zhǔn)確，簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)已不能滿足條件，故可選擇串級(jí)控制系統(tǒng)。簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)和串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。</p><p>　　圖2.1 單回路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>

17、　　圖2.2 串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　2.3 方案選擇</b></p><p>　　方案一的簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)有干擾時(shí)，TC輸出信號(hào)改變閥門開度，進(jìn)而改變?nèi)剂狭髁浚跔t膛中燃燒后，爐膛溫度改變，改過(guò)程時(shí)間常數(shù)大，可達(dá)到15min。因此等到出口溫度改變后，再改變操縱變量，動(dòng)作不及時(shí)，偏差在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不能被消除。</p><p>

18、;　　方案二的串級(jí)控制系統(tǒng)中，由于引進(jìn)了副回路，不僅能迅速克服作用于副回路內(nèi)的干擾，也能加速克服主回路的干擾。副回路具有先調(diào)、初調(diào)、快調(diào)的特點(diǎn)；主回路具有后調(diào)、細(xì)調(diào)、慢調(diào)的特點(diǎn)，對(duì)副回路沒(méi)有完全克服干擾的影響能徹底加以消除。由于主副回路相互配合，使控制質(zhì)量顯著提高。與單回路控制系統(tǒng)相比，串級(jí)控制系統(tǒng)多用了一個(gè)測(cè)量變送器與一個(gè)控制器（調(diào)節(jié)器），增加的投資并不多（對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，僅增加了一個(gè)測(cè)量變送器），但控制效果卻有顯著的提高。其原

19、因是在串級(jí)控制系統(tǒng)中增加了一個(gè)包含二次擾動(dòng)的副回路，使系統(tǒng)①改善了被控過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率； ②對(duì)二次擾動(dòng)有很強(qiáng)的克服能力；③提高了對(duì)一次擾動(dòng)的克服能力和對(duì)回路參數(shù)變化的自適應(yīng)能力。綜上所述，本設(shè)計(jì)選擇串級(jí)控制系統(tǒng)。</p><p>　　第3章 系統(tǒng)控制參數(shù)的選擇</p><p>　　3.1串級(jí)控制系統(tǒng)選擇</p><p>　　3.1.1 主變量的選

20、擇</p><p>　　串級(jí)控制系統(tǒng)選擇主變量時(shí)要遵循以下原則：在條件許可的情況下，首先應(yīng)盡量選擇能直接反應(yīng)控制目的的參數(shù)為主變量；其次要選擇與控制目的有某種單值對(duì)應(yīng)關(guān)系的間接單數(shù)作為主變量；所選的主變量必須有足夠的變化靈敏度。</p><p>　　由于陶瓷制品的燒成主要是在燒成帶，故在本系統(tǒng)中選擇燒成帶溫度作為主變量。</p><p>　　3.1.2 副變量的選擇

21、</p><p>　　副回路的設(shè)計(jì)質(zhì)量是保證發(fā)揮串級(jí)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)的關(guān)鍵。副變量的選擇應(yīng)遵循以下原則：</p><p>　?、?應(yīng)使主要干擾和更多的干擾落入副回路；</p><p>　?、?應(yīng)使主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)匹配；</p><p>　?、?應(yīng)考慮工藝上的合理性、可能性和經(jīng)濟(jì)型</p><p>　　另外考慮到燃料壓力變化

22、的干擾對(duì)系統(tǒng)溫度影響較大，選擇燃燒室溫度作為副變量。</p><p>　　3.1.3 操縱變量的選擇</p><p>　　工業(yè)過(guò)程的輸入變量有兩類：控制變量和擾動(dòng)變量。其中，干擾時(shí)客觀存在的，它是影響系統(tǒng)平穩(wěn)操作的因素，而操縱變量是克服干擾的影響，使控制系統(tǒng)重新穩(wěn)定運(yùn)行的因素。操縱變量的基本原則為：</p><p>　?、?選擇對(duì)所選定的被控變量影響較大的輸入變量作

23、為操縱變量；</p><p>　　② 在以上前提下，選擇變化范圍較大的輸入變量作為控制變量，以便易于控制；</p><p>　?、?在①的基礎(chǔ)上選擇對(duì)被控變量作用效應(yīng)較快的輸入變量作為控制變量，使控制系統(tǒng)響應(yīng)較快；</p><p>　　燃料流量方便控制，且對(duì)溫度的影響較大，故選擇燃料流量作為操縱變量。</p><p>　　3.2 調(diào)節(jié)閥開關(guān)形

24、式的選擇</p><p>　　調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式需要考慮到以下幾種因素：</p><p>　?、?生產(chǎn)安全角度：當(dāng)氣源供氣中斷，或調(diào)節(jié)閥出故障而無(wú)輸出等情況下，應(yīng)該確保生產(chǎn)工藝設(shè)備的安全，不至發(fā)生事故；</p><p>　　② 保證產(chǎn)品質(zhì)量：當(dāng)發(fā)生控制閥處于無(wú)源狀態(tài)而恢復(fù)到初始位置時(shí)，產(chǎn)品的質(zhì)量不應(yīng)降低；</p><p>　?、?盡可能的

25、降低原料、產(chǎn)品、動(dòng)力損耗；</p><p>　　當(dāng)隔焰隧道窯發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)關(guān)閉調(diào)節(jié)閥停止燃料的送入，避免窯內(nèi)溫度過(guò)高及燃料不必要的浪費(fèi)。所以調(diào)節(jié)閥選擇氣開閥。</p><p>　　調(diào)節(jié)閥的流量特性的選擇，在實(shí)際生產(chǎn)中常用的調(diào)節(jié)閥有線性特性、對(duì)數(shù)特性和快開特性三種，在本系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥的流量特性選擇線性特性。</p><p>　　3.3 傳感器、變送器的選擇</p&

26、gt;<p>　　由于窯內(nèi)燒結(jié)溫度一般為1300℃，故應(yīng)選擇熱電偶溫度傳感器。</p><p>　　一體化溫度變送器，是指將變送器模塊安裝在測(cè)溫度元件接線盒或?qū)Ｓ媒泳€盒內(nèi)，變 </p><p>　　送器模塊和測(cè)溫元件形成一個(gè)整體，可直接安裝在被測(cè)設(shè)備上，輸出為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，4mA～20mA。這種變送器具有體積小、質(zhì)量輕、現(xiàn)場(chǎng)安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，因而在工業(yè)生產(chǎn)中 得到廣泛應(yīng)用。&l

27、t;/p><p>　　所以本設(shè)計(jì)選擇一體化化熱電偶溫度變送器。根據(jù)表1所示，其材質(zhì)可選則鉑銠30-鉑銠6熱電偶。</p><p>　　表1 不同材質(zhì)熱電偶測(cè)量范圍對(duì)應(yīng)表</p><p>　　整個(gè)溫度變送器的電路原理圖如圖所示，由熱電偶、輸入電路和 AD693 等組成。輸入電路是一個(gè)冷端補(bǔ)償電橋，為銅補(bǔ)償電阻，通過(guò)改變電位器的阻值可以調(diào)整變送器的零點(diǎn)。和的作用是調(diào)整量程。

28、</p><p>　　圖3.1 一體化熱電偶溫度變送器原理圖</p><p>　　3.4 控制器的選擇</p><p>　　3.4.1 控制器控制規(guī)律的選擇</p><p>　　在串級(jí)控制中，主變量直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量或生產(chǎn)的安全，所以主變量一般要求不得有余差，而對(duì)副變量的要求一般都不很嚴(yán)格，允許有一定波動(dòng)和余差。從串級(jí)控制的結(jié)構(gòu)上看，主環(huán)

29、是一個(gè)定值系統(tǒng)，副環(huán)是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)于本系統(tǒng)由于溫度變化緩慢造成的滯后較大，為克服較大滯后，選用PID控制器作為主控制器。副控制器只選比例控制器。</p><p>　　3.4.2 控制器正、反作用選擇</p><p>　　因?yàn)楫?dāng)閥開大使燃料流量增加時(shí)，燃燒室溫度升高，故副對(duì)象為正作用。燃燒室溫度增加使燒成帶溫度也增加，即主對(duì)象為正作用。</p><p>　　調(diào)節(jié)閥

30、為氣開式為正作用。</p><p>　　溫度傳感器均為正作用。</p><p>　　要滿足主回路和副回路為負(fù)反饋，則副控制器為反作用，主控制器為反作用。 </p><p>　　3.4.3 控制器選型</p><p>　　通過(guò)前面的分析，主調(diào)節(jié)器要用到PID調(diào)節(jié)，副調(diào)節(jié)器要用到P調(diào)節(jié)，所以對(duì)于主副調(diào)節(jié)器我們用兩個(gè)DDZ-III型控制器即可。&l

31、t;/p><p>　　DDZ-III型儀表采用了集成電路和安全火花型防爆結(jié)構(gòu)，提高了儀表精度、儀表可靠性和安全性，適應(yīng)了大型化工廠、煉油廠的防爆要求。III型儀表具有特點(diǎn)：1）采用國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）推薦的統(tǒng)一信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)傳輸信號(hào)為DC4-20mA，控制室聯(lián)絡(luò)信號(hào)為DC1-5V，信號(hào)電流與電壓的轉(zhuǎn)換電阻為250；2）廣泛采用集成電路，儀表的電路簡(jiǎn)化、精度提高、可靠性提高、維修工作量減少；3）整套儀表可構(gòu)成安全火

32、花型防爆系統(tǒng)。DDZ-III型儀表室按國(guó)家防爆規(guī)程進(jìn)行設(shè)計(jì)的，而且增加了安全柵，實(shí)現(xiàn)了控制室與危險(xiǎn)場(chǎng)所之間的能量限制于隔離，使儀表能在危險(xiǎn)的場(chǎng)所中使用。</p><p>　　圖3.2 DDZ-III型調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　DDZ-III型PID調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)框圖如圖6。主要由輸入電路、給定電路、PID運(yùn)算電路、手動(dòng)與自動(dòng)切換電路、輸出電路和指示電路組成。</p>

33、<p>　　調(diào)節(jié)器接收變送器送來(lái)的測(cè)量信號(hào)(DC4-20mA或DC1-5V），在輸入電路中與給定信號(hào)進(jìn)行比較，得出偏差信號(hào)，然后在PD與PI電路中進(jìn)行PID運(yùn)算，最后由輸出電路轉(zhuǎn)換為4-20mA直流電流輸出。</p><p>　　對(duì)于控制器的正反作用、PID或P調(diào)節(jié)以及參數(shù)的設(shè)定都可以通過(guò)調(diào)節(jié)器面板上的操作鍵來(lái)完成。對(duì)于主控制器的DDZ-III型調(diào)節(jié)器，我們將其右側(cè)面板上設(shè)有正反作用切換按鈕切到反作用

34、上，并在P、TI、TD參數(shù)設(shè)定輪上使P、TI、TD均不為0構(gòu)成PID調(diào)節(jié)；對(duì)于副控制器的DDZ-III型調(diào)節(jié)器，我們將其右側(cè)面板上設(shè)有正反作用切換按鈕切到反作用上，并在P、TI、TD參數(shù)設(shè)定輪上將TD設(shè)定為零，TI設(shè)定為無(wú)窮大，構(gòu)成P調(diào)節(jié)。</p><p>　　綜上所述，串級(jí)控制在結(jié)構(gòu)上形成的兩個(gè)閉環(huán)，一個(gè)在閉環(huán)里面，成為內(nèi)環(huán)、副環(huán)或副控回路，其控制器為副控制器，在控制中起“粗調(diào)”的作用；一個(gè)閉環(huán)在外面，成為外環(huán)

35、、主環(huán)或主控回路，其控制器稱為主控制器，在控制中起“細(xì)調(diào)”作用，最終被控量滿足控制要求。主控制器的輸出作為副控制器的給定值，而副控制器的輸出則去控制被控對(duì)象。由此，根據(jù)串級(jí)控制的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可畫出隔焰隧道窯溫度—溫度串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。隧道窯爐串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。</p><p>　　圖3.3 隔焰隧道窯溫度串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖 </p><p><b>　　第

36、4章 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　本次系統(tǒng)仿真采用目前比較流行的控制系統(tǒng)仿真軟件MATLAB，使用MATLAB對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真的主要方法有兩種，一是以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，使用MATLAB的Simulink工具箱對(duì)其進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真研究。另外一種是面向控制系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖，使用Power System工具箱進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)仿真的新方法。</p><p>　　4

37、.1系統(tǒng)參數(shù)的整定</p><p>　　工程實(shí)踐中，串級(jí)控制系統(tǒng)常用的整定方法有以下三種：逐步逼近法；兩步整定法；一步整定法。逐步逼近法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，在實(shí)際中很少使用。兩步整定法雖然比逐步近法簡(jiǎn)化了調(diào)試過(guò)程，但還是要做兩次4：1衰減曲線法的實(shí)測(cè)。對(duì)兩步整定法進(jìn)行簡(jiǎn)化，在總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了一步整定法。為了簡(jiǎn)便起見，本設(shè)計(jì)采用一步整定法。</p><p>　　所謂一步整定法，就是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先

38、確定副調(diào)節(jié)器的參數(shù)，然后將副回路作為主回路的一個(gè)環(huán)節(jié)，按單回路反饋控制系統(tǒng)的整定方法整定主調(diào)節(jié)器的參數(shù)。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)中的串級(jí)控制系統(tǒng)中主、副對(duì)象的傳遞函數(shù)分別為：</p><p>　　G01(s)=1/(30s+1)(3s+1);g02(s)=1/((10s+1)(s+1)^2);</p><p>　　首先在比例作用的條件下，由大到小逐漸降低副

39、調(diào)節(jié)器的比例度，進(jìn)行副回路的參數(shù)整定。然后保持副回路的比例度不變，逐步降低主回路的比例度P1，直到得到主回路過(guò)渡過(guò)程衰減比為4：1的比例度P1S，記取過(guò)渡過(guò)程的振蕩周期T1S。當(dāng)衰減比為4：1時(shí)，比例度為98，振蕩周期為為56.3，最后按已求得的P1S、T1S和P2s、T2s值，結(jié)合已選定的調(diào)節(jié)規(guī)律，按衰減曲線法整定參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式，進(jìn)行主、副調(diào)節(jié)器的參數(shù)的整定。</p><p><b>　　4.2 系統(tǒng)

40、仿真</b></p><p>　　根據(jù)隔焰隧道窯溫度串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖和主副控制對(duì)象的傳遞函數(shù)以及控制部分的PID參數(shù)可在Simulink中建立系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。由于本次課程設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分別采用單回路控制和串級(jí)控制兩種過(guò)程控制方式的系統(tǒng)仿真，因此可先進(jìn)行單回路控制系統(tǒng)的系統(tǒng)仿真，然后再進(jìn)行串級(jí)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)仿真。單回路控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)仿真原理圖和串級(jí)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)仿真原理圖如下所示。</p

41、><p>　　圖4.1 單回路控制系統(tǒng)仿真圖</p><p>　　圖4.2 串級(jí)控制系統(tǒng)仿真圖</p><p>　　單回路控制系統(tǒng)和串級(jí)控制系統(tǒng)的主、副調(diào)節(jié)器參數(shù)整定好以后系統(tǒng)在不加擾動(dòng)時(shí)的仿真輸出圖如下圖所示。</p><p>　　圖4.3 串級(jí)控制沒(méi)加擾動(dòng)時(shí)仿真圖</p><p>　　圖4.4 單回路控制系統(tǒng)無(wú)擾動(dòng)時(shí)的

42、仿真圖</p><p>　　單回路控制系統(tǒng)和串級(jí)控制系統(tǒng)的主、副調(diào)節(jié)器參數(shù)整定好以后系統(tǒng)在添加加擾動(dòng)時(shí)的仿真輸出圖如下圖所示。</p><p>　　圖4.5 串級(jí)控制系統(tǒng)有擾動(dòng)時(shí)的仿真圖</p><p>　　圖4.6 單回路控制系統(tǒng)有擾動(dòng)時(shí)的仿真圖</p><p>　　由單回路控制系統(tǒng)和串級(jí)控制系統(tǒng)的仿真結(jié)果可知由于串級(jí)控制系統(tǒng)中副控回路的存

43、在，很好的控制了二次擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響，說(shuō)明采用串級(jí)控制能夠有效的克服進(jìn)入副控回路的干擾。</p><p>　　第5章 心得體會(huì) </p><p>　　不知不覺(jué)中，為其兩周的串級(jí)控制隧道窯爐系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)已經(jīng)做完了，在這次課程設(shè)計(jì)中，讓我感覺(jué)受益匪淺。</p><p>　　在設(shè)計(jì)過(guò)程中，從拿到題目，系統(tǒng)方案的選擇到方案的確定，主副回路的設(shè)計(jì)，調(diào)節(jié)器的正反作

44、用的確定，被控參數(shù)的選擇，都經(jīng)過(guò)了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃伎?，使系統(tǒng)能夠達(dá)到設(shè)計(jì)目的。在設(shè)計(jì)中，遇到了許多困難，老師從開始的題目介紹，構(gòu)思到最后定稿的各個(gè)環(huán)節(jié)給予細(xì)心指引與教導(dǎo), 同時(shí)，其他的同學(xué)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中曾耐心給與幫助，使我得以最終完成這次關(guān)于隧道窯爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。我們以前學(xué)習(xí)的知識(shí)都漸漸離我們遠(yuǎn)去，甚至不知道、不清楚哪些知識(shí)該用到哪些地方，什么時(shí)候用。學(xué)校安排了這次隧道窯爐溫度控制系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)，通過(guò)自己查找資料，了解情況，讓我們清楚我

45、們學(xué)的知識(shí)與現(xiàn)實(shí)工業(yè)生產(chǎn)之間的聯(lián)系，使得我們對(duì)知識(shí)更加了解和鞏固。</p><p>　　通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我對(duì)過(guò)程控制系統(tǒng)在工業(yè)中的運(yùn)用有了深入的認(rèn)識(shí)，對(duì)過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟、思路有一定的了解與認(rèn)識(shí)。我學(xué)到了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和步驟，拓展了知識(shí)面，了解了工業(yè)工程中控制系統(tǒng)起到的重要作用。另外在做課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，涉及到Matlab的仿真。通過(guò)親自仿真實(shí)踐，掌握了如何在Simulink中進(jìn)行仿真。與此同時(shí)，在團(tuán)隊(duì)的協(xié)作中

46、使我們?cè)谂c人共事之中學(xué)會(huì)交流學(xué)會(huì)合作。因?yàn)樵诮窈蟮墓ぷ髦幸粋€(gè)人獨(dú)立完成不與別人合作，是基本不可能的，所以在這次課程設(shè)計(jì)中也鍛煉了我們的團(tuán)隊(duì)的協(xié)作精神，為今后的學(xué)習(xí)和工作積累了經(jīng)驗(yàn)，是一筆難得的財(cái)富。</p><p>　　在做過(guò)控課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中我更能認(rèn)真和全面的對(duì)所學(xué)知識(shí)有一個(gè)全面和系統(tǒng)更深刻的了解和掌握。在這個(gè)過(guò)程中我認(rèn)真查閱了大量資料和工具書增長(zhǎng)了我的知識(shí)，開闊了我的視野。不過(guò)我看得更多的還是教材，萬(wàn)變不離其

47、宗，對(duì)任何一個(gè)設(shè)計(jì)其基本原理最終都可以在書本上找到答案。所以書本是最重要的，完全吃透書本課程設(shè)計(jì)才能發(fā)揮得更好。雖然課程設(shè)計(jì)源于書本，但是和應(yīng)用于生活聯(lián)系得更加緊密。這就要求我們?cè)趯W(xué)習(xí)和生活的過(guò)程中每個(gè)人都要學(xué)會(huì)應(yīng)用資源和我們自身的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)留心觀察身邊的事物。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 蔡啟仲.控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì).

48、 重慶：重慶大學(xué)出版社， 2003</p><p>　　[2] 孫洪程、李大宇.過(guò)程控制工程. 北京：高等教育出版社，2006</p><p>　　[3] 蔣珉.控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真. 北京:電子工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[4] 梁昭峰.過(guò)程控制工程. 北京：北京理工大學(xué)出版社，2010</p><p>　　[5] 王選民. 智

49、能儀器原理及設(shè)計(jì). 北京:清華大學(xué)出版社，2008</p><p>　　[6] 王再英.過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2006</p><p>　　[7] 金以慧，方崇智編．過(guò)程控制．清華大學(xué)出版社，2010．</p><p>　　電氣與信息工程系課程設(shè)計(jì)評(píng)分表</p><p>　　指導(dǎo)教師簽名：_______________