自动化仪表与过程控制课程大作业.docVIP

自动化仪表与过程控制课程大作业 1、（15分）如图所示为加热炉的两种控制方案。试分别画出（a）、（b）所示两种情况的方框图，说明其调节过程并比较这两种控制方案的特点。 （1）系统框图 (a) (b) （2）调节过程 1）(a)图加热炉的串级控制系统的调节过程： ①燃料油物料的流量和初温变化f1(t)—二次扰动 扰动f1(t)先影响炉膛温度，于是副调节器立即发出校正信号，控制调节阀的开度，改变燃料油量，克服上述干扰对炉膛温度的影响。如果扰动量不大，经过副调节器的及时控制一般不影响炉膛的温度；如果扰动的幅值较大，虽然经过副调节器的及时校正，仍影响炉膛温度，此时在由主调节器进一步调节，从而完全克服上述扰动，使炉膛温度调到给定值上来。 ②原油压力、热值变化f2(t)和烟筒抽力变化f3(t)—一次扰动 扰动f2(t)和f3(t)使炉膛温度变化时，主调节器产生校正作用，克服f2(t)和f3(t)对炉膛温度的影响。由于副回路的存在加快了校正作用，使扰动对炉膛温度的影响比单回路系统时要小。 ③一次扰动和二次扰动同时存在 假设加热炉串级控制系统中调节阀为气开式，主、副调节器均为反作用。如果一、二次扰动的作用使主、副被控参数同时增大或减少，主、副调节器对调节阀的控制方向是一致的，即大幅度关小或开大阀门，加强控制作用，使炉膛温度很快调回到给定值。如果一、二次扰动的作用使主、副被控参数一个增大，另一个减小，此时主、副调节器对调节阀的控制方向是相反的，调节阀的开度只要作较小变化即满足控制要求。 2）（b）图前馈-反馈控制系统调节过程：由于原油量经常发生变化，因而对此主要扰动进行前馈控制。前馈控制器将在原油量发生变化时及时产生控制作用。通过改变燃料量来消除原油量变化对炉膛温度的影响。同时反馈控制温度调节器获得温度变化的信号后，将按照一定的控制规律对燃料流量产生控制作用。两个控制通道作用叠加得结果将使炉膛温度回到给定值。在系统出现其他干扰时，如进料温度、燃料油压力等变化时，由于这些信息未被引入前馈补偿器，故只能依靠反馈调节器产生的控制作用克服它们对被控温度的影响。 （3）控制方案的特点 1）串级控制 ①串级控制系统的主回路是定值控制系统，而副回路则为一个随动系统。 ②改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率。 ③对二次干扰有很强的克服能力。 ④提高了对一次扰动的克服能力和对回路参数变化的自适应能力。 2）前馈-反馈系统 ①前馈控制器是“基于扰动来消除扰动对被控量的影响”，故前馈控制又称为“扰动补偿”。 ②扰动发生后，前馈控制器“及时”动作，对抑制被控量由于扰动引起的动、静态偏差比较有效。 ③前馈控制属于开环控制，所以只要系统中个环节是稳定的，则控制系统必然稳定。 ④只适合有来克服可测而不可控的扰动，而对系统中的其他扰动无抑制作用。因此，前馈控制具有指定性补偿的局限性。 ⑤前馈控制器的控制规律，取决于被控对象的特性。因此，往往控制规律比较复杂。 2、（20分）（用MATLAB仿真实现）某液位控制系统，在控制阀开度增加10%后，液位的响应数据如下： t(s) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 h(mm) 0 0.8 2.8 4.5 5.4 5.9 6.1 6.2 6.3 6.3 6.3 如果用具有延迟的一阶惯性环节近似，确定其参数K,T和，并根据这些参数整定PI控制器的参数，用仿真结果验证之。 (1)确定参数K、T、τ 静态放大系数 t=[0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100]; h=[0 0.8 2.8 4.5 5.4 5.9 6.1 6.2 6.3 6.3 6.3]; plot(t,h); xlabel(时间t(s)); ylabel(液位h(mm)); grid on; hold on; 为了计算方便，取，则可得 则过程传递函数 （2）PI参数整定 由于，所以 3、（20分）某隧道窑系统，考虑将燃料室温度作为副变量，烧成温度为主变量，燃烧室温度为副变量的串级控制系统中主、副对象的传递函数分别为：，，其中有一个10s的传输延迟，其传递函数为。当延迟环节分别放在主回路和副回路时，设计串级控制主、副PID控制器的参数，并绘制出整定后的阶跃响应曲线，分析二次扰动系统的影响。 由于主、副回路的时间常数比在3-10范围内，所以用逐步逼近法对副、主回路经行整定。副控制器为P调节，主控制器为PI调节。 （1）延时单元在主回路 1）第一步，主回路开环，先整定副回路。按单回路方法整定副控制器，不断的试验，当Kc2=10时，控制曲线如下：，从下图中可知，此时的衰减比约为4：1。 2）第二步：主回路闭合，整定主回路。副控制的参数为Kc2=10，调节主控制