流量—锅炉液位前馈控制系统方案

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1、课程设计任务书（指导教师填写）课程设计名称过程控制系统学生姓名***专业班级自动142班设计题目流量—锅炉液位前馈控制系统一、课程设计目的本课程的课程设计是自动化专业学生学习完《过程控制系统》课程后，进行的一次全面的综合训练，其目的在于加深对过程控制系统理论和基本知识的理解，在熟悉工艺流程的基础上，掌握运用工程整定方法设计过程控制系统，以及系统的调试和投运的基本方法。二、设计内容、技术条件和要求（一）技术要求按课程设计任务书提供的课题，应根据给出的设计任务，按“可选”的被控对象设计相应的控制系统。组成4人的设计小组，分模块进行,共同协作完成一个实际系统的

2、设计、调试任务。要求20%流量扰动作用下的液位变化不超过15%，恢复时间小于2分钟，稳态误差小于3%（二）设计内容1、熟悉工艺流程及实验环境，根据对水位控制或工业锅炉生产过程控制的要求，设计相应的控制系统方案；2、完成主要测控仪表的选型；3、绘制系统结构框图、系统工艺流程图、系统硬件连线图，并在实验中修正完善；4、按要求进行系统调试，分析P、I、D参数对控制质量的影响，分析前馈控制系统对扰动的调节作用及补偿能力；5、撰写详细的设计说明书。（三）设计说明书要求设计说明书应包含以下内容1.设计目的；2.设计要求；....3.系统方案设计（包括：被控变量的选择

3、、控制变量的选择，控制器类型的选择、控制器正反控制方式的选择、调节阀的选择、各测量传感器的选择）；4.系统结构框图、系统工艺流程图、系统硬件连线图；5.调试过程分析，调试结果、调试中出现的问题及解决方法；6.设计心得体会；7.参考文献。一、时间进度安排按教学计划规定，过程控制系统课程设计总学时为两周，其进度及时间大致分配如下：12017.6.26—6.26查阅资料、完成各部分硬件设计；22017.6.27—6.28在模拟实验平台上进行系统调试，分析实验结果；32017.6.29—6.30总结设计过程、编写课程设计说明书。二、主要参考文献1、《过程控制及仪

4、表》，邵裕森主编，电子工业出版社2、《过程控制系统》，涂植英主编，机械工业出版社3、《过程控制》，金以慧主编，清华大学出版社指导教师签字：年月日....设计说明书一、设计目的本课程的课程设计是自动化专业学生学习完《过程控制系统》课程后，进行的一次全面的综合训练，其目的在于加深对过程控制系统理论和基本知识的理解，在熟悉工艺流程的基础上，掌握运用工程整定方法设计过程控制系统，以及系统的调试和投运的基本方法。本设计针对液位控制系统中较为基础的锅炉液位作为控制对象，流量—锅炉液位前馈控制系统具有非线性，滞后，耦合等特征，能够很好的模拟工业过程特征。而对于控制系统

5、的选择为前馈——反馈系统。一般的控制系统都属于反馈控制,这种控制作用总是落后于扰动作用。对于时滞较大、扰动幅度大而频繁的过程控制往往不能满足生产要求。引入前馈控制可以获得显著的控制效果。前馈控制是按照扰动作用的大小进行控制,所以控制是及时的。如果补偿作用完善可以使被控变量不产生偏差。二、设计要求2.1设计内容（1）熟悉工艺流程及实验环境，根据对水位控制或工业锅炉生产过程控制的要求，设计相应的控制系统方案；（2）完成主要测控仪表的选型；（3）绘制系统结构框图、系统工艺流程图、系统硬件连线图，并在实验中修正完善；（4）按要求进行系统调试，分析P、I、D参数对

6、控制质量的影响，分析前馈控制系统对扰动的调节作用及补偿能力；（5）撰写详细的设计说明书。2.2技术要求要求20%流量扰动作用下的液位变化不超过15%，恢复时间小于2分钟，稳态误差小于3%....三、系统方案设计控制系统选择单回路控制系统，以及在单回路的基础上加前馈控制，形成前馈——反馈控制系统。比较两种控制系统在应用中的区别和优势。单回路反馈系统通常采用PID算法控制，基于偏差来消除偏差，控制作用产生在被控量变化之后，因此不能及时地消除偏差。前馈控制是基于扰动来补偿扰动对被控量的影响，控制作用产生在被控量变化之前，所以能及时地消除偏差达到很好的响应效果。

7、但是前馈控制属于开环控制，无法检验响应，通常无法单独使用，所以与单回路结合，采用前馈——反馈控制方法，可以既保留了反馈控制良好的跟随给定的优点，有弥补了抗扰特性的不足，可实现很好的控制效果。在前馈——反馈控制系统中，扰动进水支路为扰动量，在扰动支路中通过涡轮流量计检测支路进水量，在扰动进入水箱改变液位之前，通过前馈补偿器的计算减小电动调节阀的开度，使液位不会出现过大的改变，使扰动在产生偏差之前消除偏差。可达到更好的控制精度。3.1被控变量和控制变量的选择液位和流量是工业生产过程中最常用的两个参数，对液位和流量进行控制的装置在工业生产中应用的十分普遍。液位

8、的时间常数T一般很大，因此有很大的容积迟延，如果用单回路控制系统来控制，可能无法