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课 程 设 计 个 人 报 告 课程名称 过程控制仪表及控制系统 学生学院 自动化学院 专业班级 电气创新班 学生姓名 王博煌 指导教师 杨玲玲 2015 年 1 月 16 日 题目一： 加热炉出口温度控制系统，测取温度对象的过程为：当系统稳定时，在温度调节阀上做3%变化，输出温度记录如下： t/min 0 2 4 6 8 10 12 270.0 270.0 267.0 264.7 262.7 261.0 259.5 t/min 14 16 18 20 22 24 26 258.4 257.8 257.0 256.5 256.0 255.7 255.4 t/min 28 30 32 34 36 38 40 255.2 255.1 255.0 255.0 255.0 255.0 255.0 试根据实验数据设计一个超调量的无差控制系统。具体要求如下： 根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型； 根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）； 根据设计方案选择相应的控制仪表； 对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。 先求相对阶跃响应 t/min 0 2 4 6 8 10 12 0 0 0.2 0.353 0.49 0.6 0.77 t/min 14 16 18 20 22 24 26 0.77 0.81 0.8 0.9 0.93 0.95 0.97 t/min 28 30 32 34 36 38 40 0.987 0.99 1 1 1 1 1 假设为二阶过程 T = 4 ~ T = 6 线性化后 t1/t2 = 0.42 为二阶过程 T1 + T2 = （6.7 + 16）/ 2.16 = 10.5 T1T2 / ( T1 + T2 ) ^ 2 = 1.74 t1 / t2 – 0.55 = 0.18 T1 = 2.45 T2 = 8.05 K = = (270 – 255)/0.03*270 = 1.85 G(s) 近似为 可选用P或PI控制器，为使系统无静差采用PI控制器 控制系统原理图 采用临界比例法整定参数 Kcr = 3.5 时系统处于临界震荡 Pcr = 12.4 Kp = 0.45 Kcr = 1.575 Ti = Pcr /1.2 = 10.3 系统阶跃响应 可以看出超调有些大，达到50% 需要微调 微调后 Kp = 1.2 Ti = 12 经整定后系统性能参数如下 超调量 25% 峰值时间 13.5 过渡过程时间 55 余差 0 第一个波峰值 1.25 第二个波峰值 1.03 衰减比 8.3 衰减率 88% 控制仪表选择 检测变送器的选择 由于被控温度在300度以下，故选择铂热电阻Pt100作为检测元件 ，配DDZ-III型热电阻温度变送器，采用三线接法 调节器选择，选择PI控制规律的DDZ-III调节器 题目二 某加热炉的数学模型为，试设计大时延控制系统，具体要求如下： 仿真分析以下控制方案对系统性能的影响：PID、微分先行、中间微分、Smith预估、增益自适应预估；给出相应的闭环控制系统原理图； 在不同控制方式下进行仿真实验，比较系统的跟踪性能和抗干扰性能； 选择一种较为理想的控制方案进行设计，包括调节阀的选择、控制器参数整定。 PID控制 系统框图 采用临界震荡法整定参数 P = 0.4 I = 0.001 稳定后加入幅度为1的脉冲扰动信号 Smith预估 系统框图 阶跃响应 加扰动情况下 可见预估控制要比PID产生的超调要小，震荡也不那么剧烈，因此选用Smith预估作为控制方案经整定后系统性能参数如下 （1） 超调量 9% （2） 峰值时间 600 （3） 过渡过程时间 1400 （4） 余差 0 （5） 第一个波峰值 1.09 （6） 第二个波峰值 1 （7） 衰减比 无穷大 （8） 衰减率 100% （9） PID参数 控制仪表选择 1）检测变送器的选择 可选择铂热电阻Pt100作为检测元件，配DDZ-III型热电阻温度变送器，采用三线接法 2）调节阀的选择 根据工艺安全原则和被控介质的特点选用调节阀 调节器选择，选择PI控制规律的DDZ-III调节器 课程设计心得： 作过程控制的仿真需要大量的经验，并一定要对各个系统控制都要掌握熟练。调PID参数的时候，需要十分的耐心，因为稍改动一个参数之后，整个仿真结果都改变了。另外系统控制的参数，没有最好，只有最合适，因此将PID参数应用在每个系统的时候都需要进行微调，直到找到最合适的结果。