《控制系统》课程设计new

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1、《控制系统》课程设计课题：加热炉温度控制系统系别：电气与电子工程系专业：自动化姓名：学号：指导教师：2011年1月7日成绩评定·一、指导教师评语（根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合评定）。二、评分（按下表要求评定）设计报告评分答辩评分平时表现评分合计评分项目任务完成课程设计回答问题工作态度与独立工作表达情况情况报告质量情况纪律能力（100分）（10分）（20分）（40分）（10分）（10分）（10分）得分课程设计成绩评定班级姓名学号成绩：分（折合等级）指导教师签字年月日一、设计目的：在课程设计过程中，可使学生初步体验过程

2、控制系统的设计过程、设计要求、完成的工作内容和具体的设计方法，了解必须提交的各项工程文件，也达到巩固、充实和综合运用所学知识解决实际问题的目的。同时也使学生加深理解所学的理解知识，提供运用所学知识的能力，按照给定的设计资料和设计要求，使学生掌握电气控制系统设计的基本技能，增强独立分析与解决问题的能力。二、设计要求：1、绘制加热炉温度单回路反馈控制系统结构框图。2、以加热炉温度为主变量，选择滞后较小的炉膛温度为副变量，构成炉出口温度与炉膛温度的串级控制系统，要求绘制该串级控制系统结构图。3、利用simulink实现单回路系统仿真和串级

3、系统仿真，分别给出系统输出响应曲线。4、根据两种系统仿真结果分析串级控制系统的优缺点三、总体设计：1、加热温度控制系统总体结构图图１所示为某工业生产中的加热炉，其任务是将被加热物料加热到一定温度，然后送到下道工序进行加工。加热炉工艺过程为：被加热物料流过排列炉膛四周的管道后，加热到炉工艺所要求的温度。在加热用的燃料油管道上装有一个调节阀，用以控制燃料油流量，以达到控制温度的目的。图1加热炉温度系统但是，由于加热炉时间常数大，而且扰动的因素多，单回路反馈控制系统不能满足工艺对加热炉温度的要求。为了提高控制质量，采用串级控制系统，运用副

4、回路的快速作用，有效地提高控制质量，满足生产要求。2、加热炉温度单回路反馈控制系统结构框图图2加热炉温度单回路反馈控制系统结构框图3、串级控制系统加热炉工艺过程为：被加热物料流过排列炉膛四周的管道后，加热到炉工艺所要求的温度。在加热用的燃料油管道上装有一个调节阀，用以控制燃料油流量，以达到控制温度的目的。由于加热炉时间常数大，而且扰动的因素多，比如原料侧的扰动及负荷扰动；燃烧侧的扰动等，单回路反馈控制系统不能满足工艺对加热炉温度的要求。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，以加热炉温度为主变量，选择滞后较小的炉膛

5、温度为副变量，构成炉温度与炉膛温度的串级控制系统有效地提高控制质量，以满足工业生产的要求。图3加热炉温度串级控制系统结构图串级控制系统的工作过程，就是指在扰动作用下，引起主、副变量偏离设定值，由主、副调节器通过控制作用克服扰动，使系统恢复到新的稳定状态的过渡过程。由加热炉温度串级控制系统结构图可绘制出其结构方框图，如图4所示。图4加热炉温度串级控制系统结构方框图4、主、副控制器参数整定及Simulink仿真主控制器的选择：主被控变量是工艺操作的主要指标（温度），允许波动的范围很小，一般要求无余差，主控制器应选PI控制规律。副被控变量

6、的设置是为了保证主被控变量的控制质量，提高系统的反应速度，提高控制质量，可以允许在一定范围内变化，允许有余差，因此副控制器只要选P控制规律就可以了。在工程实践中，串级控制系统常用的整定方法有以下三种：逐步逼近法；两步整定法；一步整定法。逐步逼近法费时费力，在实际中很少使用。两步整定法虽然比逐步逼近法简化了调试过程，但还是要做两次4：1衰减曲线法的实测。对两步整定法进行简化，在总结实践经验的基础上提出了一步整定法。为了简便起见，本设计采用一步整定法。所谓一步整定法，就是根据经验先确定副调节器的参数，然后将副回路作为主回路的一个环节，按

7、单回路反馈控制系统的整定方法整定主调节器的参数。具体的整定步骤为：（1）在工况稳定，系统为纯比例作用的情况下，根据K02/δ2＝0.5这一关系式，通过副过程放大系数K02，求取副调节器的比例放大系数δ2或按经验选取，并将其设置在副调节器上。（2）按照单回路控制系统的任一种参数整定方法来整定主调节器的参数。（3）改变给定值，观察被控制量的响应曲线。根据主调节器放大系数K1和副调节器放大系数K2的匹配原理，适当调整调节器的参数，使主参数品质最佳。（4）如果出现较大的振荡现象，只要加大主调节器的比例度δ或增大积分时间常数TI，即可得到改善

8、。对于该温度串级控制系统，在一定范围内，主、副控制器的增益可以相互匹配。根据表1，可以大致确定副控制器的增益Kc2及比例带。表1常见对象的副控制器比例带的经验法副控制器对象温度压力流量液位比例带20—6030—7040—8020—80