前馈反馈水箱控制系统设计.doc

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前馈反馈水箱控制系统设计

课 程 设 计 名 称: 前馈反馈水箱控制系统 系 别: 专 业: 姓 名: 学 号: 指导教师: ·成绩评定· 指导教师评语: 课程设计成绩评定 目 录 一 设计方案的介绍 4 二、工艺流程 5 三、前馈反馈控制的理论 5 四、设仪器仪表的选型 5 1、控制装置的选择 5 2、监测仪表 6 3、控制阀的选型 6 五、测量与控制端连接表 7 六、参数的整定 7 1、静态放大系数KF的整定 7 2、控制器参数的选择 8 七、总结 9 八、参考文献 10 九、附录 一 设计方案的介绍 设计采用前馈反馈控制来实现水箱的液位控制。其中前馈控制可以补偿干扰对被控变量的扰动,前馈控制之后产生的余差则可以通过反馈控制进行修正,达到要求的控制精度。被控变量为水箱的液位,控制变量为水的流量。 采用两个支路,其中第一个支路为主回路,包括一个水泵(采用变频器变频控制电机模拟流量扰动),涡轮流量计;第二个支路为控制补偿回路,包括一个水泵(输出流量恒定),电动控制阀。除此之外在反馈回路中还需要一个液位测量仪表和PID控制仪表一台。前馈控制在不考虑控制通道与对象通道延迟,而且支路一流量可以准确的测量,需要一个PID控制仪表。前馈控制信号和反馈控制信号通过一个加法器连接,实现对控制阀的控制。 二 工艺流程 水箱液位的控制主要是控制水箱中的液位在要求的精度范围内。 一号水泵作为动力源给水的输送提供动力,进入水箱。并用变频器控制一号水泵用来模拟流量上产生的扰动。 二号水泵为补偿回路提供动力,为水箱提供水补偿。当扰动产生后,通过前馈控制调节阀对扰动产生补偿。补偿后产生的余差再通过反馈控制控制调节阀进行调节。 三 前馈反馈控制的原理 前馈控制又称扰动补偿,它与反馈调节原理完全不同,是按照引起被调参数变化的干扰大小进行调节的。在这种调节系统中要直接测量负载干扰量的变化,当干扰刚刚出现并能被测出时,调节器就能发出调节信号使调节量作相应的变化,使两者在被调量发生偏差之前抵消。因此,前馈调节对干扰的客服比反馈调节及时。但是前馈控制是开环控制,其控制效果需要通过反馈加以检验。前馈控制器在测出扰动之后,按过程的某种物质或能量平衡条件计算出校正值。如果出现扰动,经过流量计测量之后,测量得到干扰的大小,然后在支路通过调整调节阀开度,直接进行补偿。而不需要经过调节器。性能特点:全功能信号输入可为变送器提供DC24V馈电输出高性能开关电源供电。用户可以对参数进行自由设定两路独立报警器,拥有多种基本报警方式。具有掉电保护功能,用户设置的参数掉电后能长期保存。掉电时保存输出功率,上电时从仪表输出的功率为前一次掉电时保存的输出功率全数字自动调校保证长期稳定性自修正A/D转换器、高精度、低漂移、长期稳定性好可实现手动/自动控制的切换,切换是无扰动的。 TV815投入式静压液位计TV815投入式静压液位计TV815两线制静压投入式静压液位计采用进口高稳定性硅压阻传感器,配合高性能专用集成电路,经严格的工艺过程装配而成。具有精度高、抗过载力强、稳定性好等特点。该系列变送器还具有标准的保护功能,以防止浪涌电压、射频干扰、过电压和反极性保护,以确保高可靠性。从而可以广泛地用于非密封场合(敞口容器)的液位测量,如大坝、水电站、高层水箱、冷却塔、污水处理池、泵站、水厂、水文地质、石油化工、河流监测等领域。 测量与控制端连接表 测量或控制量 测量或控制量标号 使用控制器端口 涡轮流量计 FT101 AI0 下水箱液位 LT103 AI1 电磁流量计 FT102 AI2 调节阀 FV101 AO0 KF的整定 1)开环整定法 开环整定法是在系统断开反馈回路的情况下,仅采用静态前馈作用,来克服对被控参数影响的一种整定法。整定时,KF由小到大缓慢调节,观察前馈补偿的作用,直至被控参数基本回到给定值上,即实现完全补偿。此时的静态参数即为最佳的整定参数值KF,实际上KF值符合下式关系,即 KF= 式中:Kf、K0分别为扰动通道、控制通道的静态放大系数。 开环整定法适用于在系统中其他扰动不占主要地位的场合,不然有较大偏差。 2)前馈-反馈整定法 图1 前馈-反馈系统参数整定方框图 在图1所示系统反馈回路整定好的基础上,先合上开关K,使系统为前馈-反馈控制系统,然后由小到大调节KF值,可得到在扰动f(t)作用下如图2所示的一系列响应曲线,其中图(b)所示的曲线补偿效果最好。 (a)欠补偿 (b)补偿合适 (c)过补偿

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