加热器温度控制..doc

天津城建大学 课程设计任务书 2014 -2015学年第 2学期 控制与机械工程学院 电气工程及其自动化专业 班级 姓名 学号 课程设计名称： 过程控制 设计题目： 加热器温度控制 完成期限：自 2015 年 7 月 13 日至 2015 年 7 月 17 日共 1 周 设计依据、要求及主要内容： 一、设计任务 加热器出口温度在阶跃扰动DC作用下，其输出响应数据如下： t/s 0 1 2 3 4 5 6 7 8 y 4.0 4.0 4.2 4.5 4.8 5.1 5.4 5.7 5.8 t/s 9 10 11 y 5.85 5.9 6.0 6.0 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。 二、设计要求 采用MATLAB仿真；需要做出以下结果： 超调量 峰值时间 过渡过程时间 余差 第一个波峰值 第二个波峰值 衰减比 衰减率 振荡频率 全部P、I、D的参数 PID的模型 设计思路 三、设计报告 课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求”。 四、参考资料 [1] 何衍庆．工业生产过程控制（1版）．北京：化学工业出版社，2004 [2] 邵裕森．过程控制工程．北京：机械工业出版社2000 [3] 过程控制教材 指导教师（签字）： 教研室主任（签字）： 批准日期： 年 月 日 目录 绪论 4 一、设计内容 4 1.1 总体思路 4 1.2 设计要求 4 二、数学模型的建立 4 2.1 PID参数K、T、τ的确定 4 2.2 传递函数的确定 6 三、控制系统的设计 7 3.1 原系统方框图 7 3.2 PID温度控制器原理 7 3.3 控制规律与控制变量的确定 8 3.4 过程控制系统设备的选择 8 四、系统仿真及其分析 10 4.1 仿真波形图 10 4.2 系统的性能指标 10 五、课程设计心得体会 11 六、参考文献 12 绪论 过程控制课程是自动化专业最主要的一门课程，它是在自动控制理论的基础上发展起来的应用课程，既有理论又有工程实践。以表征生产过程的参数为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统。这里“过程”是指在生产装置或设备中进行的物质和能量的相互作用和转换过程。例如，锅炉中蒸汽的产生、分馏塔中原油的分离等。表征过程的主要参数有温度、压力、流量、液位、成分、浓度等。通过对过程参数的控制，可使生产过程中产品的产量增加、质量提高和能耗减少同时本次课程设计还综合应用了多款软件如MATLAB,VISIO绘图软件。 供水系统是一个普遍存在的实际问题，有一个水箱需要维持一定的水位，该水塔里的水以变化的速度流出。这就需要有一个输入控制液体阀以不同的速度给水塔供水，以维持水位的变化，这样才能使水塔不断水。利用过程控制课程中所学的PID控制可以实现水塔水位的精确控制，建立的水塔液位闭环控制系统，实现了水塔中的进、出水的水位自动控制。 一、设计内容 1.1 总体思路 在课程设计过程中，可初步体验过程控制系统的设计过程、设计要求、完成的工作内容和具体的设计方法，了解必须提交的各项工程文件，也达到巩固、充实和综合运用所学知识解决实际问题的目的。同时也使学生加深理解所学的理解知识，提供运用所学知识的能力，按照给定的设计资料和设计要求，使学生掌握电气控制系统设计的基本技能，增强独立分析与解决问题的能力。 根据任务书中要求，对表格中数据进行分析计算，得到相应的传递函数，用MATLAN进行仿真实验，最后得到相应的符合要求的PID参数。对修正后的波形进行仿真，得到任务书中要求的未知量。 1.2 设计要求 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： 1、根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型； 2、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）； 3、根据设计方案选择相应的控制仪表； 4、对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。 二、数学模型的建立 2.1 PID参数K、T、τ的确定 静态放大系数 t=[0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11]; h=[4.0 4.0 4.2 4.5 4.8 5.