加热炉温度控制系统设计本科毕业设计

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1、控制系统综合设计报告题目:加热炉温度控制系统设计第2页报告题目：加热炉温度控制系统设计一、课程的要求和意义（一）课程设计的具体要求1、加热炉温度单回路反馈控制系统。2、以加热炉温度为主变量，夹套温度为副变量，构成加热炉出口温度与夹套温度的串级控制系统。被加热物料流过排列炉膛四周的夹套后，加热到炉出口工艺所要求的温度。在加热用的装有一个调节阀，用以控制夹套温度控制，以达到控制出口温度的目的。为了提高控制质量，采用串级控制系统，运用副回路的快速作用，有效地提高控制质量，满足生产要求。3、利用Simulink实现单

2、回路系统仿真和串级系统仿真，得出系统输出响应曲线，根据两种系统仿真结果分析串级控制系统的优缺点，验证串级系统是否能提高控制的精度。本设计是通过加热炉两种控制方案的对比并利用MATLAB中的Simulink进行系统仿真，采用衰减曲线法进行参数的整定，通过比较两种方案，最终说明加热炉串级控制系统的设计方案在实际控制中的优越性。4、要求设计的系统满足快速、准确、稳定，且超调量8%≤δ≤10%。5、给定各传递函数如下：主控制对象加热炉温度传递函数:副对象对象夹套温度传递函数:主PID控制器的传递函数为：副PID控制器

3、的传递函数为：第27页一、加热温度控制系统设计（一）加热炉单回路温度控制系统结构图图1加热炉单回路温度控制系统结构图加热炉温度单回路控制系统结构框图干扰干扰PID调节器调节装置夹套加热炉温度反馈+-++++图2加热炉温度单回路控制系统结构框图（二）加热炉温度串级控制系统结构图图3加热炉温度串级控制系统结构图第27页加热炉温度串级控制系统结构框图PID调节器PID调节器调节装置夹套加热炉温度反馈温度反馈+-+++-++干扰干扰图4加热炉温度串级控制系统结构框图（一）衰减曲线法参数整定的相关资料（1）衰减曲线法是

4、在系统闭环情况下，将控制器积分时间TI放在最大，微分时间TD放到最小，比例放大倍数KC设为1;（2）然后使KC由小往大逐步改变，并且每改变一次KC值时，通过改变给定值给系统施加一个阶跃干扰，同时观察过渡过程变化情况。如果衰减比小大于4：1，KC值继续增加，如果衰减比小于4：1，KC值继续减小，直到过程呈现4：1衰减如图为止;（3）通过上述试验可以找到4：1衰减振荡时的放大倍数为Ks以及振荡周期Ts。根据下表给出的经验公式，可以算出采用不同类型控制器使过渡过程出现4：1振荡的控制器参数值;第27页表4：1衰减曲

5、线法整定控制器参数经验公式控制器类型控制器参数P(KC)I(TI)/minD(TD)/minPKs——PI0.83Ks0.5Ts—PID1.25Ks0.3Ts0.1Ts（4）按经验公式算出控制参数后按照先比例、后积分、最后微分的程序，一次将控制器参数放好。不过在放积分、微分之前应将KC放在一个比计算值稍小一些（一般小20%）的数值上，待积分、微分放好后再将KC放到计算值上,放好控制器参数之后再加一次干扰，验证一下过渡过程是否呈4：1衰减振荡;（5）按照“先副回路，后主回路”的顺序，将计算出的参数值设置到调节器

6、上，做一些扰动试验，观察过渡过程曲线，作适当的参数调整，直到控制品质最佳为止。(四)Simulink仿真及参数整定⒈未加入PID调节之前系统的阶跃响应：第27页图5未加入PID调节之前系统的阶跃响应由图5可知：未加入PID调节之前系统系统是稳定的，但是系统的稳态误差过大，约为0.5左右。2.串级控制系统仿真:由主控制对象加热炉温度传递函数:，和副控制对象夹套温度传递函数:，在MATLAB中画出仿真框图，如图6所示：第27页图6串级控制系统总仿真图⑴.副回路的整定将主环路断开，副环路为比例作用的条件下，由小到大

7、逐渐降低副调节器的比例度。整定副回路的仿真图如图7所示。图7整定副回路的仿真图第27页=2（系统的超调很小）第27页=4（开始出现超调量）=6第27页=8第27页=10第27页=12=16（系统开始震荡）第27页=20（系统震荡严重）图8不同的比例度对应的整定副回路的单位阶跃响应曲线由上图的对比可知：整定副回路此时的控制器为纯比例作用，当比例度逐渐增大时系统超调量逐渐增加，随着比例度P的增大系统的响应速度越快，系统的调节精度越高，但是系统易产生超调，系统的稳定性变差，甚至会导致系统不稳定出现振荡。比例度P取值

8、过小时，调节精度降低，响应速度变慢，调节时间加长，使系统的动静态性能变坏。当=10时，系统的衰减比趋向于4:1.⑵.主回路的整定将主环路断开，连接好主回路，副回路的比例度保持为10不变，对主回路进行整定，仿真图如图9所示。第27页图9主回路仿真图a.先调比例环节逐渐增加主回路的比例度,用临界比例度法对主回路进行整定，衰减比基本可达到4:1的比例度值为13，主回路整定仿真波形如图10所示。图10系统P