过程控制系统课程设计方案书对象附要求.docVIP

对象一 锅炉水温与流量串级控制系统（2-4人） 一、系统说明 本系统以锅炉水温为主要控制对象，以进水流量为辅助控制对象。目的是在一定加热功率下，控制水温的恒定。其流程图如图1.1所示： 图1.1 测量被控对象阶跃响应流程图 由温度传感器（主检测变送器）将温度信号转变为电信号与温度给定值相比较后送至主控制器，主控制器输出流量控制值与流量变送器（副检测变送器）反馈回来的进水流量信号相比较后输入流量调节器（副控制器），由流量调节器控制调节阀的开度来控制进水流量，由此来对锅炉水温进行定值控制。其系统框图如图1.2所示： 图1.2 锅炉水温与流量串级控制系统框图 二、设计要求及步骤如下： 1）建立被控对象的数学模型 在控制系统设计工作中，需要针对被控过程中的合适对象建立数学模型。被控对象的数学模型是设计过程控制系统、确定控制方案、分析质量指标、整定调节器参数等的重要依据。被控对象的数学模型（动态特性）是指过程在各输入量（包括控制量和扰动量）作用下，其相应输出量（被控量）变化函数关系的数学表达式。 假如给进水流量加阶跃扰动，流量阶跃幅值为3.7。从阶跃时刻起以20s为采样周期，采得水温温度数据序列如下： 33.71 33.34 32.87 32.90 32.12 32.01 31.76 31.56 31.80 31.32 31.69 31.53 31.16 31.20 30.98 31.09 30.57 30.91 30.90 30.58 30.32 30.33 30.25 30.25 30.24 30.48 30.10 30.16 29.85 30.31 30.09。 请根据以上数据确定水位系统模型（一阶惯性环节）。 2）根据图1.2，假设电动调节阀增益，在组态王和SIMULINK环境下搭建过热汽温串级控制系统仿真组态图。 3）串级系统内，外控制器参数整定。 4）完成串级控制系统的参数整定后，在500s时加入水流量20%阶跃扰动，观察分析响应曲线。 对象二 双容水箱液位串级控制系统（2-8人） 一、对象说明 已知某双容水箱液位串级控制系统，如图2-1所示，其中上水箱尺寸为：d=25cm,h=20cm;下水箱尺寸为：d=35cm,h=20cm。 对上位水箱：手动操作调节器,控制调节阀开度,使初始开度OP1=50,等到水箱的液位处于平衡位置时。改变调节阀开度至OP2=60,即对上水箱输入阶跃信号,使其液位离开原平衡状态。 图2-1上位机监控界面参考图 表1上水箱阶跃响应数据 (间隔30s采集数据): 1 23.62 7 44.77 13 47.76 19 47.64 2 30.50 8 45.56 14 47.87 20 47.09 3 35.25 9 46.17 15 47.89 21 46.52 4 38.69 10 47.06 16 47.28 22 46.41 5 41.32 11 47.25 17 47.01 23 46.28 6 43.31 12 47.46 18 47.15 24 45.90 对下位水箱：手动操作调节器,控制调节阀开度,使初始开度OP1=40,等到水箱的液位处于平衡位置时。改变调节阀开度至OP2=50,即对下水箱输入阶跃信号,使其液位离开原平衡状态。经过一定调节时间后,水箱液位重新进入平衡状态。 表2下水箱阶跃响应数据(间隔30s采集数据): 1 54.02 13 84.61 25 98.45 37 103.93 49 107.20 2 57.19 14 86.34 26 99.19 38 104.39 50 107.28 3 60.28 15 87.71 27 99.83 39 104.84 51 107.32 4 63.53 16 89.18 28 100.43 40 105.06 52 107.38 5 66.56 17 90.44 29 101.01 41 105.53 53 107.56 6 69.52 18 91.76 30 101.42 42 105.80 54 107.66 7 72.26 19 93.04 31 101.81 43 106.08 55 107.82 8 74.79 20 94.11 32 102.26 44 106.33 56 107.67 9 77.00 21 95.18 33 102.79 45 106.41 57 107.55 10 79.07 22 96.04 34 103.19 46 106.61 58 107.39 11 80.87 23 96.96 35 103.36 47 106.65 59 107.25 12 82.88 24 97.49 36 103.65 48 106.94 60 107.10 二、具体设计