管式加热炉温度前馈-反馈控制系统设计

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1、过程控制课程设计报告管式加热炉温度前馈-反馈控制系统设计学生：专业：自动化班级：重庆大学自动化学院2012年10目录前言11管式加热炉系统描述11.1管式加热炉的一般结构11.2管式加热炉传热方式21.3管式加热炉工艺流程21.4主要控制参数、操作参数及影响因素32方案设计32.1方案一32.2方案二43管式加热炉温度控制系统模型的建立53.1前馈-反馈控制系统传递函数53.2过程响应分析73.3PID控制算法83.4PID控制各参数的作用84MATLAB/Simulink仿真94.1用ITAE方法设计控制器94.2用Ziegler-Nichols方法

2、设计控制器115基于MATLAB/Simulink的仿真135.1前馈-反馈控制与单回路控制模型的比较135.2基于ITAE方法的仿真模型145.2.1ITAE的PI控制模型仿真145.2.2ITAE的PID控制模型仿真155.3基于Ziegler-Nichols方法的仿真模型155.3.1Ziegler-Nichols的PI控制仿真模型155.3.2Ziegler-Nichols的PID控制仿真模型166报告总结17参考文献17前言管式加热炉是石油炼制、化纤工业、石油化工和化学行业主要的工艺设备之一，作用是将物料加热至工艺所要求的温度，具有操作方便,

3、自动化水平高,加工成本低,传热效率高等优点。1967年4月，世界上第一台步进梁式加热炉由美国米兰德公司设计而成，之后，日本中外炉公司设计的世界上第二座步进梁式加热炉于1967年5月投产。70年代末，发达工业国家己经进入大型连续加热炉计算机控制的实用阶段，但控制策略还主要局限于燃烧控制。目前，加热炉的模型化及计算机最优控制的研究不断深入，并且己经取得了很多成果，发达工业国家利用这些成果已经实现了加热炉的模型化和计算机最优控制，取得了良好的控制效果，获得了巨大的生产效益。最近几年来，随着工业的快速发展，需要消耗大量的能源，并且环境污染问题越来越突出，节省能

4、源、保护环境已被人们所接受，成为今后科学技术发展的方向。因此，通过国内加热技术在工业行业的应用情况的总结及对比分析，可以预见出国内加热炉的发展方向及趋势。对于现在讲品种、讲效益的时代，一个加热炉的自动化水平的高低和加热形式的多样性，决定了该加热炉适应的生产行业。但是随着计算机控制技术和电子技术的发展，用计算机来控制加热炉的智能控制系统进行加热已成为一个新的发展方向。目前，国外已研究出多种加热炉控制模式，实际应用各有所长。我国加热炉微机自动控制起步较晚，但也取得了很大的进展，但迄今为止，国内加热炉的控制（常规仪表控制或计算机控制）大多还处于人工经验、单值

5、设定值控制阶段。为此，鞍山市戴维冶金科技开发有限公司经过长期的现场实践，通过对加热炉加热过程分析，组成了一支由热工、计算机、自动控制工程师和专家为主体的攻关队伍，并与清华大学、哈尔滨工业大学计算机与自动控制方面的教授、专家合作，开发出了“轧钢加热炉加热过程优化与智能控制系统”，该系统在鞍钢新轧线材厂、天钢高速线材厂和唐钢棒线材厂的生产实践中得到了应用，经过长期现场生产实践的检验与考核，通过企业的验收与鉴定，给企业带来了巨大的经济效益，受到有关企业领导，冶金炉热工、冶金自动化、计算机、轧钢专业专家及加热工人的好评。国内各种形式的加热炉发展到现在，还不能讲

6、那一种形式是最先进、最成熟的，都多多少少存在一些问题，还有待我们去探索，如各热工参数之间和设计结构之间的定量关系，控制系统和调节系统的最优化，但计算机控制加热炉系统是一种发展方向。1管式加热炉系统描述1.1管式加热炉的一般结构管式加热炉包括5部分，分别是:对流室、辐射室、通风系统、燃烧系统及余热回收系统，结构中包括:钢结构、炉管、炉墙(内衬)、燃烧器、孔类配件等。通风系统：将燃烧用空气引入燃烧器，并将烟气引出炉子，可分为自然通风方式和强制通风方式。对流室：对流室是由辐射室出来的烟气进行对流传热的部分，对流室热负荷25约占加热炉负荷的20%～30%。辐射

7、室：通过火焰或高温烟气进行辐射传热，是加热炉热交换的主要场所。辐射室直接受火焰冲刷，温度较高、所用材料的强度、耐热性定要好，其热负荷一般占加热炉热负荷的70%～80%，是加热炉最重要的部位。燃烧系统：是使燃料雾化并混合空气，使之燃烧的产热设备，燃烧器可分为燃料油燃烧器，燃料气燃烧器和油一气联合燃烧器。余热回收系统：用以进一步回收离开对流室烟气中的余热。回收方法有2种:一是通过余热供燃烧用的空气来回收，使回收的热量再次返回炉中，称为“空气预热方式”。另一种是采用同加热炉完全无关的其它介质回收热量，称为“余热锅炉”方式，一般采用强制循环方式，尽量放到对流室

8、顶部。1.2管式加热炉传热方式管式加热炉的工艺过程就是燃料燃烧释放出热量和油介质或者其他介质吸