奶粉干燥系统 自动控制系统课程设计.docx

指导教师评定成绩：

审定成绩：

重庆邮电大学自动化学院

自动控制原理课程设计报告

设计题目：奶粉干燥系统

单位(二级学院):

学生姓名：专业：

班级：

学号：

指导教师：

设计时间：

邮电大学自动化学院制

目录

一、设计题目及要求 5

1.1设计题目初始条件 5

1.2设计要求 5

摘要 6

关键词：奶粉干燥；自动控制 7

二、设计报告正文 8

2.2奶粉干燥系统工作原理 8

2.2.1奶粉干燥系统原理图 8

2.2.2工作原理分析 8

2.3奶粉干燥系统各环节分析建模 10

2.3.1各个环节分析 10

2.4传递函数的系数确定 14

2.5系统性能分析 14

2.5.1系统降阶 14

2.5.2系统的时域性能分析 17

2.5.3系统的频域性能分析 20

2.6系统的校正 24

2.6.1分析校正原因 24

2.6.2采用滞后校正 25

2.6.3采用超前校正 27

2.7系统的干扰分析 29

三设计总结 30

四参考文献 30

一、设计题目及要求

1.1设计题目初始条件

奶粉干燥控制系统原理如下图所示。

储奶槽

储奶槽

过滤

干燥器

T

空气

热交换器

件

蒸汽

可按娃

效大器

热敏元

出口

图1.1-1奶粉干燥控制系统原理图

1.2设计要求

1.查阅相关资料，分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，

画出系统方框图。

2.分析系统每个环节的输入输出关系，代入相关参数求取系统传递函数。

3.分析系统时域性能和频域性能。

4.运用根轨迹法或频率法校正系统，使之满足给定性能指标要求。

系统在等速斜波信号(r(t)=t)的作用下，系统稳态误差小于0.1。开环截止频率w.≥3.4rad/s,相角裕度γ≥45°,幅值裕度h≥20dB。

摘要

在奶粉生产过程中，奶粉干燥是一个重要的环节，它直接关系到产品的质量和能源的消耗。本研究通过对奶粉干燥系统的各个参数的分析，根据其各个参数的关系模拟出系统流图。通过对参数围的查询初步确定参数，然后再根据频域分析、时域分析、超前校正以及滞后校正对系统的稳定性进行了分析和校正。保证在其生产工艺不变的情况下，实现干燥参数的调整，达到保证奶粉质量和产量的目的。

关键词：

奶粉干燥；自动控制；系统框图；Matlab;函数降阶；频域分析；时域分析；超前校正；滞后校正

二、设计报告正文

2.2奶粉干燥系统工作原理

2.2.1奶粉干燥系统原理图

储奶槽

储奶槽

过滤

干燥器

T

用口

热交接器

件

蒸汽

可控硅

热敏元

放大器

空气

图2.2-1奶粉干燥系统原理图

2.2.2工作原理分析

奶品生产要求把浓缩奶液干燥成奶粉。加工时奶液从高位储奶槽流下，经过滤去掉凝块后进入干燥器。冷空气也进入干燥器。在干燥器中奶液被热空气加热，使水分蒸发，最后随湿空气一起喷出，在重力作用下，空气、奶粉自然分离。

为了保证奶粉的质量，要求奶粉湿度要达到一定要求并且相同。故要控制的

是奶粉湿度，所以奶粉湿度应该是被控制量，那么奶粉就应该是被控制对象，给定量即为要求奶粉湿度。但是干燥器出口飘飘而下的奶粉湿度不容易实现在线实时检测。如果离线检测，则时间太长，不能及时控制产品质量。研究表明，干燥器出口的气体温度与奶粉质量密切相关，工艺要求出口温度保持恒定，出口温的在线实时测量也较易实现。因此把干燥器出口温度作为被控制量，这样，干燥器就作为被控制对象，根据要求湿度量转换而来的出口温度即为给定量。

进入干燥器的空气温度和奶液流量都对干燥器出口的温度有影响。调节奶液流量将使产量波动，所以不宜采用这个方法。调节进入热交换器的蒸汽流量或温度也可以调节进入干燥器空气的温度。但调节蒸汽，则控制器包括热交换器的时间常数比较大，信号传递滞后比干燥器大得多，系统不易控制。

图2.2-1中采取的方案是进入干燥器的空气由两部分组成，一部分是经过热器中蒸汽加热的，另一部分是未加热的，且它们的温度都是恒定不变的。通过空气阀门改变这两部分空气的比例就可以改变进入干燥器空气的温度。采用这种方法，控制器的时间常数比较小，响应迅速，操作较灵活。热敏元件测量出干燥器的出口温度反馈到放大器，与给定的希望温度相比较，产生偏差信号。然后经可控硅控制的电动机操纵空气阀门，改变冷热空气的比例，即决定进入干燥器中热空气的温度。

2.2.3建立系统方框图

反馈控制系统的基本组成：测量元件，给定元件，比较元件，放