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北京化工大学 （MPCE实验报告） 班级：自实0701 姓名： 王珠 200740190 杨海亮 200740294 杨佳婧 200740172 实验目的 进一步熟悉MPCE设备及其相关操作。 用VB实现对MPCE的实时在线控制，此控制基于模糊控制理论。 实现模糊PID控制器的参数在线整定。 通过对设定值，以及干扰的加入检验所整定PID值能否达到预期的效果。 实验要求 1继续完善原来的MPCE设备上的实验。 2选择合适的工艺对象,在此我们选用列管式热交换器。 3通过VB与MPCE连接，从而实现初始数据的采集、建模、最终实现控制及参数在线整 定。 实验设备 上位机——计算机 VB软件 下位机——MPCE设备 实验内容 4.1对象介绍 如下图所示，为MPCE设备上的列管式热交换器系统的流程图。 流程说明： 管程入口流量F9；冷却水泵电机开关S5；管程入口阀V9；管程入口温度T2；管程出口温度T3；壳程入口流量F10；壳程入口阀V10；壳程入口温度T4；壳程出口温度T5；壳程高点排气阀S7（开关）；排气指示灯D2。 列管式交换器设备基本数据： 壳内径： D=250mm 管长： L=5.0m 折流板间距： B=0.1m 列管外径： d0=19mm 列管内径： di=15mm 列管根数： n=52根 检测变量： F9 管程冷却水入口流量 kg/h ( 0-25000 ) T2 管程入口温度 ℃ T3 管程出口温度 ℃ F10 磷酸钾溶液壳程入口流量 kg/h ( 0-15000 ) T4 壳程入口温度 ℃ T5 壳程出口温度 ℃ 4.2方案设计 1）与VB交互实现开车稳定与初始检测变量参数的数据采集。 2）设计模糊PID控制器加入已有的VB交互程序中，实现对系统的控制。 3）把手动转为自动，看系统能否较好的在设定值附近稳定下来。 4）把阀门V10的开度作为干扰，给V10阀门开度一个阶跃，看系统能否较好的回到初始 的设定值附近。 5）将控制器的设定值拉偏，看测量值能否较好的到达新的设定值。 4.3具体实施 1）运行VB程序，调节V9，V10的阀门开度，并按照常规的系统开车步骤将系统开车至 稳定，并在此过程中实现初始数据采集（手动开车阶段）。 VB程序通过Datagate.GateService的GetPVData()接口，获取列管换热器相关的过程数 据作为 PV值。将所得的阀门输出值通过调用Datagate.GateService的SetMVData()接 口把调节后阀门V9、V10的开度送到MPCE中，从而在开车阶段，实现对系统阀门 的手动操作。 VB程序的操作界面如下： 将V10逐步变化到10%，将V9增大到50%后直到系统稳定。过程的相关图形如下图所示： 2）本实验中控制系统以管程出口温度T5作为被控变量，壳程入口阀V9开度作为控制变量， F10 壳程热水水入口流量作为干扰量，控制系统框图如下图2所示： T5变送器 V9控制阀 模糊控制器工作原理： 模糊控制器的结构采用二维模糊控制器。确定输入量为误差E和误差变化EC，输出量为Kp和Ki。输入量E和EC的模糊集为{NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB}，论域为{-3，-2，-1,0,1,2,3}， 其中的元素分别代表负大，负中，负小，零，正小，正中，正大。设e,ec和kp,ki,kd均服从正态分布，因此可得出各模糊子集的隶属度，根据各模糊子集的隶属度和各参数的模糊控制模型，应用模糊合成推理设PID参数的模糊矩阵表，查出的修正参数代入下式计算： KP = KP_0 + k1 ， KI = KI_0 + k2 ， KD = KD_0 + k3 ，这样就得到了修正后的PID值。 模糊控制器控制算法的程序流程图如下所示： 将模糊控制算法加入VB程序中，然后开动MPCE，运行VB程序，由手动转向自动状态，检验系统能否较好的在设定值附近稳定下来。 VB带有模糊控制器的界面如下所示： 控制器要选取正作用，PID的参数要一个较好的初始值。这个值是依据于上一次的实验 获取的。 当按下“控制开始”按钮后系统投自动，由程序