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过程控制系统课程设计

——水厂浊度控制系统设计与仿真

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完成日期：

目录

一工艺概况…………………3

二研究任务…………………3

三系统分析…………………4

（一）干扰通道传递函数的分析…………4

（二）控制变量和被控参数的分析与选择………………8

（三）调节阀传递函数……………………9

四方案确定…………………9

方案一：大滞后过程Simth预估计补偿控制系统………………9

1.方案选择原因…………9

2.Simth预估计补偿控制系统工艺流程图…………………9

3.Simth预估计补偿控制系统方框图……10

4.控制器的正反作用的确定……………10

5.PID控制规律的选择…………………10

6.Simth预估计补偿控制系统广义对象SIMULINK仿真…10

7.PID参数整定…………13

8.Simth预估计补偿控制系统闭环状态下的SIMULINK仿真……………16

方案二：前馈控制系统……………19

方案选择原因………19

前馈控制系统工艺流程图……………19

前馈控制系统方框图…………………20

控制器的正反作用的确定……………20

PID控制规律的选择…………………20

前馈控制系统广义对象SIMULINK仿真………………20

PID参数整定………21

前馈控制系统闭环状态下的SIMULINK仿真…………21

五两种系统的控制性能比较…………24

六心得体会………………25

七参考书目…………………25

八附图…………………26

工艺概况

水厂水处理工艺流程如图1所示，原水通过管道引入厂内，经过投药、混凝、沉淀、过滤、消毒等五道工序，最后得到可供饮用的清水出厂，送至管网。

进水浊度

进水浊度

原水2

原水1

进水泵房

2#

沉淀池

3#

沉淀池

出水浊度

出厂水

浊度

出厂水

清水池

清水池

过

滤

池

1#

沉淀池

过滤池

加氯

加矾液

进水流量

图1：水处理工艺流程图

源水从进入沉淀池开始，经过混凝沉淀过程，直到沉淀池出口，整个流程约需两个小时左右。在原水入口处、沉淀池出口处分别设有浊度检测点(浊度仪)，采集浊度实时信息。

某水厂浊度阶跃响应数据见文件，要求严格控制待滤水浊度（即沉淀池出口浊度）原水经泵房抽入水厂进水管道，将配制好的混凝剂矾液加入进水主管道，与原水混合后流入沉淀池，矾液在水中流动扩散形成矾花，将水中的胶体微粒和杂质等悬浮物凝聚沉淀，降低水的混浊度，提高水质。

二、研究任务

试应用单回路、串级、前馈、比值、选择、Smith预估等控制方法，设计至少2套控制系统，达到控制待滤水浊度的目的，使被控变量的波动在规定的范围内。

对于每一套控制方案，具体要求：

说明所采用的控制方案以及采用该方案的原因，并在工艺流程上表明该控制系统。

确定所用控制器的正反作用（自来水要保持一定的水质），画出控制系统完整的方框图（需注明方框图各环节的输入输出信号），并选择合适的PID控制规律。

在SIMULINK仿真环境下，对所采用的控制系统进行仿真研究。具体步骤包括：

在对象特性参数的变化范围内，确定各环节对象的传递函数模型，并构造SIMULINK对象模型；

引入手动/自动切换环节，在手动状态下对控制通道、干扰通道分别进行阶跃响应试验，以获得“广义对象”开环阶跃响应曲线；

依据PID参数整定方法，确定各控制器的参数；

在控制系统处于“闭环”状态下，进行待滤水浊度设定值跟踪响应试验，并获得相应的响应曲线；

在各控制器参数均保持不变的前提下，当对象特性在其变化范围内发生变化时，重新进行待滤水浊度设定值跟踪试验与扰动响应试验，并获得相应的响应曲线。