课程设计任务书
摘要
在工业过程中，大滞后系统普遍存在。论文以一实验用加热装置为研究对象，针对该温度控制系统具有大滞后特点，采用Smith 预估控制器的控制方案。理论分析该种控制系统与单回路PID 控制相比，具有更优的动态特性。
关键词：大纯滞后； PID；smith 预估
目录
引言 (1)
第1章课程设计基本资料 (2)
1.1软硬件平台 (2)
1.2控制方案 (2)
1.3流程： (3)
第2章内胆加循环水单环定值控制 (4)
第3章纯滞后常规PID控制 (5)
第4章Smith预估补偿控制 (7)
4．1 Smith预估补偿器原理 (7)
4.2对象特性测试 (9)
4.3实验步骤： (12)
第5章总结 (13)
参考文献 (14)
引言
在工业生产过程中，经常由于物料、能量的传输带来时间延迟的问题，即被控对象具有不同程度的纯滞后，不能及时反映系统所承受的扰动。即使测量信号能到达控制器,执行机构接受信号后立即动作，也需要经过一个滞后时间，才能影响到被控制量，使之受到控制。这样的过程必然会产生较大的超调量和较长的调节时间，使过渡过程变坏，系统的稳定性降低。
当τ/T 增加时，过程中的相位滞后增加而使超调增大甚至会因为严重超调而出现聚爆、结焦等事故。我们通常将纯滞后时间与过程的时间常数TP 之比大于0.3的过程认为是具有大滞后的过程[1]。传统的PID 控制一般不能解决过程控制上的大滞后问题，因此具有大滞后的过程控制被认为是较难的控制问题，成为过程控制研究的热点。锅炉的炉温控制问题是一个典型的时间滞后问题。
第1章课程设计基本资料
1．1软硬件平台
沈阳理工大学信息科学与工程学院购置的“THJ-3型西门子PLC过程控制系统”是由实验控制对象、实验控制柜及上位监控PC机三部分组成。它是本公司根据工业自动化及其他相关专业的教学特点，并吸收了国内外同类实验装置的特点和长处，经过精心设计，多次实验和反复论证而推出的一套全新的综合性实验装置。本装置结合了当今工业现场过程控制的现状，是一套集自动化仪表技术、计算机技术、通讯技术、自动控制技术及现场总线技术为一体的多功能实验设备。该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识，单回路控制，串级控制，前馈-反馈控制，滞后控制、比值控制，解耦控制等多种控制形式。
沈阳理工大学信息科学与工程学院过程控制实验室其中的一个实验台由夹套锅炉、管道、阀门、水箱、I/O模块、工控机、力控软件等部件组成。系统中可以测量和控制的量有流量、水压、温度、液位等；具有几个可控的参数：进出水阀门的开度、变频器频率、加热丝功率，可以通过改变它们的控制信号（4~20mA）对其进行控制。锅炉的出水口到出口温度测量点之间有一段很长的盘管，水流流经该管道造成大约数分钟的时延，用来模拟大滞后系统。
1．2控制方案
(1) 对于T/τ超过0.3~1的大纯滞后系统,采用Smith 预估补偿器,能取得好的控制效果。
(2) 对于T/τ小于0.3的系统,采用常规PID,就能取得好的控制效果。
在生产过程中造成滞后的原因通常有以下三种：
1、传输滞后
2、测量滞后
3、容量滞后
我们本次课程设计所指的也是传输纯滞后，采用常规PID和Smith 预估补偿两种方
法。
1．3流程：
开HV02、HV07、HV17、HV12、HV06
关HV03、HV08、HV09、HV13、HV16
循环水过FV102，从下边进锅炉，通过溢出口流出，为保持液位不变，恒压供水压力恒为24Kpa不变，调节阀保持半开。溢出水经TE201进入储水箱。
第2章内胆加循环水单环定值控制内胆加循环水单环定值控制响应曲线，测温点为TE101
第3章纯滞后常规PID控制纯滞后常规PID控制(出水口单环，测温点为TE201)数据库组态
控制策略
响应曲线（由于时间紧迫，且调节时间过长，故不能保证调节时间，只能保证稳态误差小天1%）稳态值在42.50与43.69之间波动，满足稳态误差1度的要求！
第4章 Smith 预估补偿控制
4．1 Smith 预估补偿器原理
纯滞后现象通常是传输问题所引起的。这里所说的纯滞后问题，是指在被控对象上所能检测到的参数是包含纯滞后在内的参数，而不包含纯滞后在内的中间参数是不能检测的。
如果纯滞后环节处在控制系统内，则控制质量会急剧变差，如果能够采取某些方法，将纯滞后环节排除在控制系统之外，则会提高控制系统的控制质量。
假定广义对象的传递函数为：
()()s
O P S S G G e
τ-= （1—1）
式中()S G P 的对象传递函数中不包含纯滞后的那一部分。这种补偿办法是在广义对象上并联一个分路，设这一分路的传递函数为()S G k ，如图1.1所示：
Y
P
图1.1 纯滞后的补偿原理图
令并联后的等效传递函数为()S G P ，即：
()()()()P P =G S G S =G S K G S + (1—2)
因此,由式(1—2)可得到:
()S G k =()S G P
)1(e s
τ-- (1—3) 上式即是为了消除纯滞后的影响所应采用的补偿器模型。我们称之为史密斯补偿器。
如果对象有纯滞后,其其递函数为()s
P S G e
τ-，对其构成单回路系统，其方块图如
图.2所示。如果补偿之后能够将纯滞后环节排除在系统环路之外，就达到了发送控制系
统质量的目的，补偿之后的方块图如图1.3所示。
Y
R
图1.2 有纯滞后系统方框图
图1.3 有纯滞后系统补偿后等效方块图
史密斯补偿器的传递函数前已导出为：()S G k =()S G P )1(e s
τ--
Y
图1.4具有补偿器的单回路系统
R
将史密斯补偿器传递函数代入后，方块图1.4可画成图1.5形式
图1.5 史密斯补偿等效方块图
图1.5是具有纯滞后的对象加上史密斯补偿后构成的单回路系统的等效方块图。从图1.5不难看出Y 与Y1的变化相同，只是在时间上相差一个时间τ，因此，在给定值R 作阶跃变化时，Y1与Y 在过渡过程形状和系统品质指标方面都完全相同。再从图1.5所示系统本身来考虑，Y 对系统响应的过渡过程与Y1也是完全相同的，所不同的只是响应时间比Y1向后推迟了一个纯滞后时间τ。
由控制原理可知，系统中没有纯滞后的Y 变化比系统中有纯滞后的Y 的变化要小，控制质量要高。而图1.5中Y 的变化与系统中没有纯滞后的Y 变化相现，只是在职响应时间上向后推迟了一个时间τ，因此，图1.5系统与图1.3系统相比，控制质量要高。这就是说，在具有纯滞后对象上加入史密斯补偿环节后，控制质量会获得提高。
需要指出的是：在实际应用中为了便于实施，史密斯补偿器()S G k
是被反向并联于
控制器()S G C
，显然它与图1.4是等效的。
4.2对象特性测试
首先我们先了解一下建立数学模型的方法 （1）机理分析法 （2）响应曲线法
我们所要用的主要是第二种方法，下面介绍一下它的原理：
通过改变调节阀开度使过程输入量发生阶跃变化，将被控变量用记录仪或其他办法记录下来，然后根据响应曲线求取过程输入与输出之间的关系。
先假定数学模型的结构，再确定具体参数。对于大多数过程来说，常可近似看成一阶或二阶加纯滞后，
()1
s
K G s e
Ts τ-=+
或者
12()(1)(1)
s
K G s e
T s T s τ-=
++
1. 确定一阶环节的特性参数
如图所示，图参考<<过程控制书>>P21。当0→t ，阶跃响应的曲线斜率最大，然
后逐渐上升到稳态值)(∞y ，则可认为此时是一阶环节，需要确定0K 及0T 。 设输入信号幅值为0x ，由阶跃响应曲线可定出)(∞y ，于是 0
0)
0()(x y y K -∞=
通过t=0这一点作阶跃响应曲线的切线，交稳态值的渐进线于A 点，则OA 在时间轴上的投影即为时间常数0T 。 2. 确定一阶加纯滞后环节的特性参数 如图所示，图参考<<过程控制书>>P21
当阶跃响应曲线在t ＝0时，斜率为0，随着t 的增加，其斜率逐渐增大；当达到拐点斜率又慢慢减小，可见该曲线的形状为S 形，可以用一阶惯性加纯滞后环节来近似。 确定0K ，0T ，τ的方法如下：在阶跃响应变化速度最快处（即拐点处）作一切线，交时间轴于B 点，交稳态值的渐近线于A 点。OB 即为过程的滞后时间，BA 在时间轴上的投影BC 即为过程的时间常数。
对象放大系数0K 的求取方法同一阶环节。 3. 对象特性怎么测？
在某一平衡点上，加一阶跃变化，在新的平衡点上测出输出的变化。 孝子号
（1）在控制输出电流2MA 情况下，测出温度Y1，自然冷却平衡 ，电源功率 P1，流动水带走的，散热到空气中，内胆水吸收，温度为Y1。 （2）控制电流4MA ，测出温度Y2，自然冷却平衡
电源功率 P2，流动水带走的，散热到空气中，内胆水吸收，温度为Y2。 （3）增益K 的确定
K=￡Y/￡X=Y2-Y1 /（（P2-P1）*T/（L*C ））〈=1 C ： 比热
内胆本身滞后 盘管滞后
对象特性(传递函数)的获取:
我们此次的实验对象是锅炉内胆循环水加盘盘管,测温点有两个,一个为锅炉出水口,用
TE101测试代替,一个为盘管出水口,用TE201测试，下图为TE201测试特性测试加热丝输入为0mA
加热丝输入为4mA,最后平衡。
在生产过程中常会出现当输入量改变后,过程的输出量并不立即跟着响应,而是要
经过一段时间后才能作出反映,纯滞后时间就是指在输入参数变化后,看不到系统对其
响应的这段时间.
当物流沿着一条特定的路径传输时,就会出现纯滞后,路径的长度和物流的速度是
构成纯滞后的因素。本实验是以盘管出水口水温为系统的被控制量，并要求它等于给定值。锅炉内胆的水以恒定速度流至盘管。设由锅炉内胆到盘管出水口的管道长度为L米，热水的确良流速为V m/s,则内胆流出的水要经过τ秒后才能到达被控点，其中τ=L/v(s)。如果忽略热水在盘管内流动的热损耗，则可以近似地把盘管视为一纯滞后环节，它的传
递函数为
()-S
G S=eτ
相应的频率特性为
()-jw
G jw=eτ
由上式可知，不同大小的τ值，将对系统的动态性能产生不同程度的影响。消除纯滞后对系统的不良影响的方法之一是采用Smith预估补偿器，但这种方法的有效性是建产在能精确确定对象数学模型的基础上。另一种常用的方法是常规PID控制，只要参数整定得当，也能取得良好的控制效果。
4.3实验步骤：
1、根据图完成实验系统的接线。
2、接通总电源和相关仪表的电源。
3、给锅内胆注满水，并把水温预热到期为25度左右（些时调节器为手动输出）
4、打开阀HV02、HV07、HV17、HV12、HV06；关闭阀HV03、HV08、HV09、HV13、HV16。按单回路参数的整定方法，初步整定PID调节器的参数。
5、当锅炉内胆水温为25度左右时，把调节器由手动切换为自动，同时打开手阀，
使水以恒定的流速流至盘管出水口。
6、根据上位机记录的输出响应曲线，对PID调节器的参数作进一步修正，以进一步
提高系统的动态性能。
7、待系统进入稳态后，将给定值改变5%~15%（作阶跃扰动），观察并记录输出量
响应曲线。
第5章总结
本设计主要以PLC为核心，利用PLC的强大的控制功能，实现了对温度的控制。锅炉温度控制系统具有大惯性、大滞后的特点，采用传统PID 控制方案很难取得较好的控制效果。本文采用smith 预估补偿的控制方案，理论上可以有效地解决了大滞后系统带来的不利影响，并具有比较好的控制品质。但由于实验分析，我们实验室锅炉并非大纯滞后对象，故在此，PID控制也可以取得好的控制效果。
通过本次设计，我受益匪浅，无论在学习还是生活中都保持认真的态度。更重要的是，我更了解了有关工控组态技术和PLC计算机控制系统。这个设计，让我有了能更深刻的了解PLC的机会。做设计就要到现场调查研究收集资料，阅读文献，分析对比，设计计算，对每一个数据都要细心琢磨，理论和实践相结合，思考的越多，得到越多，不懂的问题也就解决了，独立工作能力逐渐增强，业务技术能力逐渐增强。
同时在这里也感谢我的指导老师的帮助和监督，让我在这次课程设计学到了很多。
参考文献
1吴中俊，黄永红可编程序控制器原理及应用机械工业出版社.2004
2孙金根，康代红 PLC课程设计指导书沈阳理工大学信息学院自控教研室. 2011 3黄得先等编著.过程控制系统.北京：清华大学出版社.2011
4 西门子公司. SIMATIC S7-200可编程序控制器系统手册.2002
5刘凤先主编. 现场总线过程控制系统沈阳理工大学信息学院自控教研室.2011
第４期（总第１７３期） ２０１２年８月机械工程与自动化 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＮｏ．４ Ａｕｇ ．文章编号：１６７２－６４１３（２０１２）０４－０１６０－０ ３复合模糊ＰＩＤ櫜 在温度滞后控制系统中的应用 令朝霞 （陕西理工学院电气工程学院，陕西 汉中 ７２３０００ ）摘要：在具有滞后的温度系统中研究设计出一种复合型模糊ＰＩＤ控制器。其突出优点是应用模糊控制适应系统的不确定性，利用Ｓｍｉｔｈ预估补偿克服系统滞后的影响，应用ＰＩＤ控制实施温度系统的精确控制。在很大程度上改善了复杂系统的控制品质，提高了系统的鲁棒性，实际运行结果证明了该方法的有效性。关键词：温度系统；模糊控制；补偿控制；滞后 中图分类号：ＴＰ２７３＋．３∶ＴＰ２７３＋ ．４ 文献标识码：櫜Ａ 陕西省教育厅资助项目（ １１ＪＫ０９３４）收稿日期：２０１２－０２－２８；修回日期：２０１２－０３－２ １作者简介：令朝霞（１９７４－） ，女，陕西岐山人，讲师，硕士，主要从事电路、电工电子及自动控制的教学与研究。０ 引言 模糊控制器是一种仿人控制，根据人的思维方式构建相应的模糊逻辑规则，采用计算机控制技术构成的一种具有反馈通道的闭环结构的智能型数字控制系统。其优点是不要求精确了解被控过程的数学模型，而是根据人工控制规则来组织控制策略，再把该策略转化为控制量的大小。本文把模糊控制应用到控制系统中并和ＰＩＤ控制器相结合，两者扬长避短，既具有模糊控制灵活而适应性强的优点， 又克服了其静态精度不高的缺点，满足系统静、动态两方面的性能要求，对复杂控制系统具有较好的控制效果。１ 系统要求及控制方案设计１．１ 系统工艺要求 控制对象为某锅炉水加热系统，加热后的热水通过一段管道输送到下一道工序。工艺要求进入下一道工序的热水温度为某一恒定值（４５℃）左右，且温度波动不能过大，否则会影响产品质量。 １．２ 系统方案设计 根据工艺要求输送管道出口处的热水温度恒定，且是通过电加热炉来进行加热的，为此可采用不同的控制方案。 方案一：采用单回路控制系统，控制规律采用常规ＰＩＤ控制， 以锅炉内热水温度作为被控参数，用温度传感器来检测锅炉内温度，设计单回路控制系统实现控制要求。该方案简单易行，但由于锅炉到管道出口滞后达９０ｓ ，会影响过程的控制质量，超调量大，调节时间长，控制品质较差，不能满足工艺要求。 方案二：采用Ｓｍｉｔｈ预估补偿控制，但预估补偿控制的缺点是对过程的模型比较敏感，为此，本文将预估补偿控制和模糊控制结合起来， 既能克服系统大滞后的影响，也能弥补过程模型变化对系统性能的影响。２ 混合型模糊控制器原理 ２．１ Ｓｍｉｔｈ控制算法 Ｓｍｉｔｈ预估补偿控制从理论上完全能够克服大滞后的影响。Ｓｍｉｔｈ预估补偿控制系统结构框图见图１。 其中，Ｇ０（ｓ）ｅ－τｓ为具有滞后的被控对象，ｅ －τ ｓ为系统对象的滞后环节，τ为滞后时间，Ｇｃ（ ｓ）为系统控制器，Ｇ０（ｓ）（１－ｅ－τ ｓ）为Ｓｍｉｔｈ预估补偿器。通过图１预估补偿，可以把对象中的滞后从闭环内移到闭环外，消除了纯滞后对系统控制品质的不利影响，提高了系统的 控制质量。但由于补偿器必须明确过程的数学模型，且对模型的误差十分敏感，为了克服其缺点而发挥其优越性，这里采用模糊控制器以实现Ｇｃ（ ｓ）。图１ Ｓｍｉｔｈ预估补偿控制系统结构框图 ２．２ 混合型模糊控制器 模糊控制器是一种不依赖于过程模型的清晰认识，而是根据操作者的经验归纳而得到的。在一般的
成都理工大学工程技术学院《过程控制系统课程设计实验报告》 名称：单容水箱液位过程控制 班级：2011级自动化过程控制方向 姓名： 学号：
目录 前言 一．过程控制概述 (2) 二．THJ-2型高级过程控制实验装置 (3) 三．系统组成与工作原理 (5) （一）外部组成 (5) （二）输入模块ICP-7033和ICP-7024模块 (5) （三）其它模块和功能 (8) 四．调试过程 (9) （一）P调节 (9) （二）PI调节 (10) （三）PID调节 (11) 五．心得体会 (13)
前言 现代高等教育对高校大学生的实际动手能力、创新能力以及专业技能等方面提出了很高的要求，工程实训中心的建设应紧紧围绕这一思想进行。 首先工程实训首先应面向学生主体群，建设一个有较宽适应面的基础训练基地。通过对基础训练设施的 集中投入，面向全校相关专业，形成一定的规模优势，建立科学规范的训练和管理方法，使训练对象获得机械、 电子基本生产过程和生产工艺的认识，并具备一定的实践动手能力。 其次，工程实训的内容应一定程度地体现技术发展的时代特征。为了适应现代化工业技术综合性和多学科交叉的特点，工程实训的内容应充分体现机与电结合、技术与非技术因素结合，贯穿计算机技术应用，以适应科学技术高速发展的要求。应以一定的专项投入，建设多层次的综合训练基地，使不同的训练对象在获得对现代工业生产方式认识的同时，熟悉综合技术内容，初步建立起“大工程”的意识，受到工业工程和环境保护方面的训练，并具备一定的实用技能。 第三，以创新训练计划为主线，依靠必要的软硬件环境，建设创新教育基地。以产品的设计、制造、控制乃至管理为载体，把对学生的创新意识和创新能力的培养，贯穿于问题的观测和判断、创造和评价、建模和设计、仿真和建造的整个过程中。
目录 引言 (1) 1 无源滞后校正的原理 (2) 2 系统校正前的图像 (4) 2.1 系统校正前的波特图 (4) 2.2 系统校正前奈氏图的绘制 (5) 3 校正环节参数计算 (6) 4 系统校正后的图像 (6) 4.1 系统校正后的波特图 (6) 4.2系统校正后的奈氏图 (7) 4.3系统校正前后的波德图对比 (8) 5 校正前后系统的阶跃响应曲线 (9) 6 心得体会 (12) 7 参考文献 (13)
引言 在现代的科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用。自动控制技术是能够在没有人直接参与的情况下，利用附加装置（自动控制装置）使生产过程或生产机械（被控对象）自动地按照某种规律（控制目标）运行，使被控对象的一个或几个物理量（如温度、压力、流量、位移和转速等）或加工工艺按照预定要求变化的技术。它包含了自动控制系统中所有元器件的构造原理和性能，以及控制对象或被控过程的特性等方面的知识，自动控制系统的分析与综合，控制用计算机（能作数字运算和逻辑运算的控制机）的构造原理和实现方法。自动控制技术是当代发展迅速，应用广泛，最引人瞩目的高技术之一，是推动新的技术革命和新的产业革命的核心技术，是自动化领域的重要组成部分。 自控控制理论是以传递函数为基础的经典控制理论，它主要研究单输出入—单输出，线性定常系统的分析和设计问题。在线性控制系统中，常用的无源校正装置有无源超前网络和无源滞后网络，通过校正来改善系统的动态性能指标。系统的动态性能的改变可以由校正前后的奈奎斯特曲线和波特图看出。
1 无源滞后校正的原理 无源滞后网路电路图如下： 1 R C 图1-1无源滞后网络电路图 如果信号源的内部阻抗为零，负载阻抗为无穷大，则滞后网络的传递函数为 分度系数 时间常数 在设计中力求避免最大滞后角发生在已校系统开环截止频率''c ω附近。如图1-2所示， 选择滞后网络参数时，通常使网络的交接频率 T α1远小于''c ω一般取=T α1''c ω/10 T s T s Ts Ts s U s U s G c 1111)()()(12++ ?=++==αααC R R T R R R )(121212+=<+=α
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程设计说明书（论文） 课程名称：自动控制理论课程设计 设计题目：直线一级倒立摆控制器设计 院系：电气学院电气工程系 班级： 设计者： 学号： 指导教师： 设计时间：2016.6.6-2016.6.19 手机： 工业大学教务处
*注：此任务书由课程设计指导教师填写。
直线一级倒立摆控制器设计 摘要：采用牛顿—欧拉方法建立了直线一级倒立摆系统的数学模型。采用MATLAB 分析了系统开环时倒立摆的不稳定性，运用根轨迹法设计了控制器，增加了系统的零极点以保证系统稳定。采用固高科技所提供的控制器程序在MATLAB中进行仿真分析，将电脑与倒立摆连接进行实时控制。在MATLAB中分析了系统的动态响应与稳态指标，检验了自动控制理论的正确性和实用性。 0.引言 摆是进行控制理论研究的典型实验平台，可以分为倒立摆和顺摆。许多抽象的控制理论概念如系统稳定性、可控性和系统抗干扰能力等，都可以通过倒立摆系统实验直观的表现出来，通过倒立摆系统实验来验证我们所学的控制理论和算法，非常的直观、简便，在轻松的实验中对所学课程加深了理解。由于倒立摆系统本身所具有的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合特性，许多现代控制理论的研究人员一直将它视为典型的研究对象，不断从中发掘出新的控制策略和控制方法。 本次课程设计中以一阶倒立摆为被控对象，了解了用古典控制理论设计控制器(如PID控制器)的设计方法和用现代控制理论设计控制器(极点配置)的设计方法，掌握MATLAB仿真软件的使用方法及控制系统的调试方法。 1.系统建模 一级倒立摆系统结构示意图和系统框图如下。其基本的工作过程是光电码盘1采集伺服小车的速度、位移信号并反馈给伺服和运动控制卡，光电码盘2采集摆杆的角度、角速度信号并反馈给运动控制卡，计算机从运动控制卡中读取实时数据，确定控制决策(小车运动方向、移动速度、加速度等)，并由运动控制卡来实现该控制决策，产生相应的控制量，使电机转动，通过皮带带动小车运动从而保持摆杆平衡。 图1 一级倒立摆结构示意图
现代工程控制理论实验报告学生姓名：任课老师： 学号：班级：
实验十二大迟延和复杂控制系统 摘要 本次试验主要研究了大迟延系统和串级双回路系统，每个部分所包含的内容如下。 基于大迟延系统主要研究对其的各种控制方法，使系统品质能够满足要求，具体内容于下： （1）研究大迟延系统PID控制器参数的选择方法； （2）研究基于微分先行的大迟延控制方法； （3）分析基于smith预估的控制策略，并与PI控制作对比。 其次要分析复杂控制系统。主要分析以下中系统的特性： （1）分析串级控制系统的各种特点并与单回路系统作对比； （2）研究基于多输入多输出系统的解耦方法； （3）研究机跟炉，炉跟机两种协调方式
目录 实验十二大迟延和复杂控制系统 (2) 摘要 (2) 1、大迟延控制系统 (4) 1.1大迟延环节 (4) 1.2对大迟延系统的几种控制策略 (4) 2、串级控制系统 (18) 2.1串级控制系统的组成 (18) 2.2串级控制系统的特点 (18) 2.3串级控制系统各种特点的实验验证与分析 (19) 3、多输入多输出系统的解耦 (24) 3.1解耦原理 (24) 3.2仿真实例 (26) 4、协调控制系统 (39) 4.1协调控制方式介绍 (39) 4.2协调控制方式的仿真 (39)
1、大迟延控制系统 1.1大迟延环节 控制领域中称传递函数为s eτ-的环节为纯迟延环节。当对象的传递函数中含有纯迟延项时，我们称这样的对象为迟延对象。 纯迟延环节虽然不会改变系统的增益，但会改变系统的时间特性和稳定性。 由于纯迟延环节的存在，系统的输出会滞后sτ，不仅会降低系统的反应时间，而且会导致反馈量不能表示当前系统的状态，直接影响控制器的控制效果，甚至导致破坏整个系统的稳定性。 设某一迟延对象的传递函数为 (1) s n k e Ts τ- +，当0.3 T τ >时我们称这 样的对象为大迟延对象。对于含有大迟延对象的系统，上述问题尤为严重。 因此针对大迟延对象，需要新的控制策略。常见的针对大迟延系统的控制方法有PI控制、微分先行、smith预估。 1.2对大迟延系统的几种控制策略 1.2.1PI控制与PID控制 1.2.1.1控制原理及方法 针对大迟延环节选择控制器时，以往的经验公式不能直接使用了，需要用到大迟延环节特有的整定方法。
《控制系统设计》 重点 一 1. 频谱概念 傅里叶级数的系数表示了各次谐波的幅值和相位，这些系数的集合成为频谱。 2. 线状谱，连续谱 周期信号对其求傅里叶级数，可得到其频谱，周期信号的频谱是离散的； 非周期信号一般可视为T →∞的周期信号，对其取傅氏变换得到频谱，一般来说，其频谱是连续的。非周期信号可以进行周期延拓，这时它的频谱就是对应周期信号的频谱的包络线，但幅值有可能不同。 3. 典型频谱特性（阶跃谱，常值谱，脉冲谱，余弦谱） 脉冲信号的频谱是一常值A 且包含所有的频率，频谱丰富。 余弦谱若输入为t A 1cos ω，则其线谱为 -1δ处的两个f f ±=函数（脉冲函数） 构成，脉冲函数的面积为2A ，即幅值是2A 。 常值谱在所有的频段上均为零，仅在零频率（直流）上有一个-δ函数。 阶跃谱有一个连续变化的部分和一个-δ函数，-δ函数代表直流分量，其他各次谐波构成以连续谱，连续谱随频率增加很快衰减。（P18） 4. 离散，快速傅里叶变换的区别 ①DFT 为离散傅里叶变换，是用数值计算的方法求信号的频谱。其一般公式为： ()()1 -1,0,/2-1 -0 * N k e n f k F N jnk p N n ?==∑=π 对一段给定的信号，在一个周期内取N 个采样点，求其离散傅里叶变换，再除以N 就可得对应的线谱。 求频谱 ：将其乘上?t就可以得到所求频谱的值 求线谱 ：在一个周期内取N 个采样值，求其离散傅立叶变换，再除以N ②FFT 为快速傅里叶变换，它是为了提高DFT 的计算效率而提出的。对FFT 而言，一般要求时间点数为2的整数次方，即r N 2=。
题 目: 温度控制系统的滞后校正 初始条件：某温箱的开环传递函数为3()(41) s p e G s s s -=+ 要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、 试用Matlab 绘制其波特图和奈奎斯特图，计算相角裕度和幅值裕度； 2、 试设计滞后校正装置，使系统的相角裕度增加15度。 3、 用Matlab 对校正后的系统进行仿真，画出阶跃相应曲线 时间安排： 指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日
温度控制系统的滞后校正 1 系统传递函数分析 该传递函数由比例环节，延迟环节，积分环节，惯性环节组成。 1.1比例环节 比例环节的传递函数和频率特性: 1)(=s G 1)(=ωj G 幅值特性和相频特性: 。 )()( 1|)G(j |)A (=∠===ωω?ωωj G 对数幅频特性和对数相频特性: 。 )(0 20lg1)20lgA()(L ====ω?ωω 所以对数幅频特性L (ω)是ω轴线。 1.2延迟环节 延迟环节的传递函数和频率特性: s e s G 3)(-= ωωj e j G 3)(-= 幅频特性和相频特性: 1|e *1||)G (j |)A(-3j ===ωωω ?ωωωωω33.57)(3)()(3*-=-=∠=∠=-rad e j G j 对数幅频特性和对数相频特性: ω ω?ωω3*-57.3)(0 20lg1)20lgA()L(==== 由以上可知延迟环节不影响系统的幅频特性，只影响系统的相频特性。 1.3积分环节 积分环节的传递函数和频率特性: s s G 1)(=
大学生电子设计竞赛 风力摆控制系统 学院: 计算机学院 项目：风力摆控制系统 负责人：王贤朝 指导老师：张保定 时间： 2017年5月20日
摘要 本系统采用K60开发板作为控制中心，与万向节、摆杆、直流风机（无刷 电机+扇叶）、激光头、反馈装置一起构成摆杆运动状态与风机速度分配的双闭 环调速系统。单片机输出可变的PWM波给电机调速器，控制4个方向上风机的风速，从而产生大小不同的力。利用加速度计模块MPU6050，准确测出摆杆移动的位置与中心点位置之间的关系，采样后反馈给单片机，使风机及时矫正，防止脱离运动轨迹。使用指南针模块判别方向，控制系统向指定方向偏移。控制方式采用PID算法，比例环节进行快速响应，积分环节实现无静差，微分环节减小超调，加快动态响应。从而使该系统具有良好的性能，能很好地实现自由摆运动、快速制动静止、画圆、指定方向偏移，具有很好地稳定性。 关键词：K60、空心杯电机、MPU6050、PID、无线蓝牙 目录 一、系统方案.............................................. 1.1 系统基本方案...................................... 1.1.1 控制方案设计................................ 1.1.2 机械结构方案设计............................ 1.2 各部分方案选择与论证 (1) 1.2.1电机选择 (1) 1.2.2 电机驱动的选择.............................. 1.2.3 摆杆与横杆的连接选择........................
单元机组协调控制系统设计 摘要 在单元制机组的不断发展，协调控制系统作为单元制机组的控制核心，已然成为电厂自动化系统中最为关键的组成单元。随着机组类型的不同，各个机组的参数也越来越高，容量也在逐渐增进，机组的动态特征和控制难度也随机组型号的不同而改动，因此不同机组的协调控制系统也是不同的。所以在设计协调控制系统时，应该综合考虑所研究机组的动态特征和生产流程，针对不同类型机组的进行相应的方略。在火电厂现场中，单元机组协调控制系统是一个具有强耦合、大时滞、大迟延、非线性等特征的一个多变量系统。所以，这些复杂的动态特征，使得创建单元机组的非线性动态模型成为一个难点，而且使协调控制及其参数整定变得复杂起来，往往使调节品质下降，不能得到令人中意的控制品质。 本文首先阐述了单元机组协调控制系统的结构和功能，并对机组的动态特征和负荷指令管理系统进行了描述。然后以一个300MW机组为研究对象，由分析得出该机组的模型结构，再对辨识出的协调系统的对象进行静态解耦控制，用工程正定法对解耦控制器参数进行整定，并用Matlab软件做了系统仿真。仿真结果表明，解耦后的协调控制系统可以达到令人满意的控制品质和效果。 关键词：协调控制；解耦控制；Matlab仿真；PID整定；300MW机组
Design of Coordinated Control System for Unit Abstract In the continuous development of unit system, coordinated control system as a unit system control core, has become the power plant automation system, the most critical component. With the different types of units, the parameters of each unit are getting higher and higher, the capacity is gradually increasing, the dynamic characteristics of the unit and the difficulty of control are also different types of change, so different units of the coordinated control system is different. Therefore, in the design of coordinated control system, should consider the selected units of the dynamic characteristics and process, for different types of units for the corresponding design. In the field of thermal power plant, the unit control system is a multivariable system with strong coupling, time variability, large delay and non-linearity. Therefore, these complex dynamic characteristics make the nonlinear dynamic model of the unit unit become a difficult point, and make the coordination control and its parameter setting become complicated, and the adjustment quality is often reduced, and the satisfactory control effect can not be obtained. In this paper, the structure and function of the unit control system are described, and the dynamic characteristics and load command management system of the unit are described. Then, a 300MW unit is taken as the object of study, and the model structure of the unit is obtained. The decoupling control of the identified coordinate system is carried out. The parameters of the decoupling controller are set by engineering positive definite method. Software to do the system simulation. The simulation results show that the coordinated control system can achieve satisfactory control quality and effect. Keywords:Coordination control system；Decoupling control；Matlab simulation；PID tuning ;300MW unit
过程控制系统论文关于过程控制的论文 高炉TRT过程控制系统的研究与应用 摘要：TRT为高炉煤气余压能量回收透平发电装置的简称，它是把高炉出口煤气中所蕴含的压力能和热能，通过透平膨胀机作功，驱动发电机发电的一种能量回收装置。从而达到节能、降噪、环保的目的，具有很好的经济效益和社会效益，是目前现代国际、国内钢铁企业公的节能环保装置。TRT机组运行的关键是：在任何时刻，都不能影响高炉的炉顶压力。 关键词：PLC；可靠性；PID；自动控制 1 概述 TRT为高炉煤气余压能量回收透平发电装置的简称，它是把高炉出口煤气中所蕴含的压力能和热能，通过透平膨胀机作功，驱动发电机发电的一种能量回收装置。从而达到节能、降噪、环保的目的，具有很好的经济效益和社会效益，是目前现代国际、国内钢铁企业公认的节能环保装置。 2 高炉TRT过程控制系统工艺简介 目前，作为我国高炉节能、降噪、环保的能量回收装置TRT，不可避免在运行过程中出现紧急停机现象。特别是目前高炉普遍的塌料现象，如果对于系统的过程控制方案采取不当，将会导致高炉炉顶压力迅间增大，以至“憋压”。当压力超上限，就迫使TRT紧急跳车，使机组及时的退出静叶对高炉顶压的自动调节。当快切阀门关闭以后，调节高炉顶压的控制权就交给两个液压伺服控制的旁通阀（快开阀）。在国内TRT的发展历史上，由于所选择的控制系统方案不当而导致了多次事故的发生，一般情况下很容易将透平止推瓦损坏，更为严重的是由于炉顶压力的迅间增大，给高炉造成了极大的危险和危害，以至被迫停炉，影响了生产。 3 关键技术 通过参照TRT工艺的要求，对机组紧急停机时的高炉顶压调节采取了前馈-反馈（FFC-FBC）控制方案。该控制方案综合了前馈控制与反馈控制的优点，将反馈控制不易克服的干扰（高炉煤气流量）进行前馈控制，快速打开旁通阀，使高炉煤气形成畅通。但是由于前馈控制属于开环控制，尽管可以消除这一不安全因素，但不能完全保证顶压稳定，如果顶压波动较大，势必影响高炉生产，因此就对该过程采取了前馈-反馈控制（也称为复合控制）。机组发电运行阶段，高炉顶压的控制权交给了透平静叶，具有一定的干扰。如果不选择合适的控制方案，则也将影响高炉炉顶压力。为了提高系统的抗干扰能力，我们对这一过程采取了串级控制通过静叶来调节高炉顶压，目前，在国内很多公司TRT控制设备通常在TRT自动投入的时候，通常采取顶压功率复合控制，他们把功率PID调节器输出与顶压PID调节器输出的最小值作为顶压功率复合调节的输出。这种控制方案的实施在抗干扰能力方面稍逊于串级控制思想方案的调节。因为一般在设备运行过程中，高炉煤气发生量随时变化，除此之外，煤气的温度及透平入口的压力也时刻在发生变化，这将会造成静叶的开度时刻的改变，这就是调节过程中产生的干扰因素。为此要克服对高炉顶压调节的干扰，采取串级控制回路调节是山东莱钢银前1000m3高炉TRT系统控制的一大亮点。这种调节方案的实施稳定的调节高炉的炉顶压力，设备运行稳定，也给操作人员带来了便利。从高炉TRT串级调节系统方框途中可以看出，该系统有两个环路，一个内环（副环）和一个外环（主环）。PID调节器是主调节器，伺服控制器是副调节器。主被控变量为高炉炉顶压力，透平静叶的开度为副变量。主控制器的输出是副控制器的给定，而副控制器的输出直接送到电液伺服阀。在该串级控制系统中，主环是一个定值控制系统，而副回路是一个随动系统。对于本系统采取串级控制思路有如下好处：首先，从TRT系统的串级调节方框图上可以看出，由于副回路的存在，改善了对象（高炉炉
过程控制系统综合设计报告 班级： 姓名： 学号： 学期：
一、实验目的与要求 1．掌握DDC控制特点； 2．熟悉CS4100实验装置，掌握液位控制系统和温度控制系统构成； 3．熟悉智能仪表参数调整方法及各参数含义； 4．掌握由CS4100实验装置设计流量比值控制、液位串接控制、液位前馈反馈控制及四水箱解耦控制等设计方法； 5．掌握实验测定法建模，并以纯滞后水箱温度控制系统作为工程案例，掌握纯滞后水箱温度控制系统的建模，并用DDC控制方案完成控制算法的设计及系统调试。 以水箱流量比值控制、水箱液位串接控制、水箱液位前馈反馈控制及四水箱解耦控制为被被控对象，完成系统管路设计、电气线路设计、控制方案确定、系统调试、调试结果分析等过程的训练。以纯滞后水箱作为被控对象，以第二个水箱长滞后温度作为被控量，完成从实验测定法模型建立、管路设计、线路设计、控制方案确定、系统调试、结果分析等过程的训练。 具体要求为： 1）检索资料，熟悉传感器、执行器机械结构及工作原理。 2）熟悉CS4100过控实验装置的机械结构，进行管路设计及硬件接线； 3）掌握纯滞后水箱温度控制系统数学模型的建立方法，并建立数学模型； 4）掌握智能仪表参数调节方法； 5）进行控制方案设计，结合具体数学模型，计算系统所能达到性能指标，并通过仿真掌握控制参数的整定方法； 6）掌握系统联调的步骤方法，调试参数的记录方法，动态曲线的测定记录方法。记录实验数据，采用数值处理方法和相关软件对实验数据进行处理并加以分析，记录实验曲线，与理论分析结果对比，得出有意义的结论。 7）撰写实验设计报告、实验报告，具体要求见：（五）实践报告的内容与要求。 二、实验仪器设备与器件 1.CS4100过程控制实验装置 2.PC机（组态软件） 3.P909智能仪表若干
第四章机电控制系统的总体设计 本章教学要点和要求 1、掌握机电控制系统的设计方法 2、掌握机电控制系统的总体设计内容 3、掌握机电控制系统的总体设计步骤 第一节机电控制系统总体设计的概念 一、总体设计的概念 机电控制工程是一门涉及光、机、电、液等综合技术的一项系统工程。机电控制系统设计是按照机电控制的思想、方法进行的机电控制产品设计，它需要综合应用各项共性关键技术才能完成。 随着大规模集成电路的出现，机电控制产品得到了迅速普及和发展，从家用电器到生产没备，从办公自动化设备到军事装备机与电紧密结合的程度都在迅速增强形成了一个纵深而广阔的市场。市场竞争规律要求产品不仅具有高性能．而且要有低价格这就给产品设计人员提出了越来越高的要求。另一方面，种类繁多、性能各异的集成电路、传感器和新材料等，给机电控制系统设计人员提供了众多的可选方案，使设计工作具有更大的灵活性。如何充分利用这些条件，应用机电控制技术开发出满足市场需求的机电控制产品，是机电控制总体设计的重要任务。 系统的总体设计概念： 机电控制系统的总体设计是应用系统总体技术，从整体目标出发，综合分析产品的功能要求和机电控制系统各组成模块的特性，选择最合理的模块组合方案，实现机电控制系统整体优化。 第二节机电控制工程总体设计的类型和方法 一机电控制工程总体设计的类型 机电控制产品设计一般可分为三种类型，即开发性设计、适应性设计和变异性设计。 开发性设计：是在没有参照产品的情况下进行的设计，仅仅是根据抽象的设计原理和要求，设计出在质量和性能方面满足目的要求的产品。例：最初的录像机、摄像机、电视机等的设计就属于开发性设计。开发性设计要求设计者具备敏锐的市场洞察力、丰富的想象力和广泛而扎实的基础理论知识。 例：料位器就是开发性设计 适应性设计：在总的方案原理基本保持不变的情况下，对现有产品进行局部更新，或用微电子技术代替原有的机械结构或成为了进行微电子控制对机械结构进行局部适应性设计，以使产品的性能和质量增加某些附加值。例：电子式照相机采用电子快门代替手动调
过程控制仪表与系统 题目：工业含硫废气控制系统方案设计 学院：信息科学与工程学院 专业班级：测控技术与仪器1503班 学号： 7 学生姓名：王哲 教师：李飞
工业含硫废气控制系统方案设计 摘要：许多化工厂在厂区内燃料燃烧和生产工艺过程中都会产生各种含有污染的有害气体，其中含硫的气体对环境造成的污染尤为严重。因此对含硫废气正确合理的处理至关重要。在我国工业含硫废气一般多采用焚烧工艺，经焚烧炉焚烧，使污染性气体转换成安全物质。经方案论证后，本设计采用双闭环串级控制系统，控制目标温度在600-800℃设定尾气焚烧炉炉温波动范围不超过±30℃。该控制系统中运用PID算法，传感器将检测到的模拟信号送到变送器，变送器输出4～20mA的电流信号。将变送器输出的标准信号送入控制器中，控制器通过分析比较所测参数与预设参数之后输出控制信号，执行器根据传送过来的信号进行变化，最终达到对系统温度的控制。 关键词：双闭环串级控制系统；炉温控制；流量控制；变送器 1 引言 含硫废气与加氢反应器出口过程器被加热至270-320℃左右与外补富氢气混合后进入加氢反应器在加氢催化剂的作用下转化为H2S。加氢反应为放热反应，离开反应器的尾气-换热器换冷却后进入冷凝塔。 废气在冷凝塔中利用循环机冷水来降温。70℃冷凝水自冷凝塔底部流出，经济冷泵加压后经急冷水冷却器用循环水冷却至40℃，循环至冷却塔顶。部分急冷水经急冷水过滤器过滤后返回急冷水泵入口。尾气中的水蒸气被冷凝，产生的酸性水由急冷水泵送至酸性水处理处。为防止酸性水对设备的腐蚀，需向急冷水中注入氨根据ph值大小决定注入氨的量。 冷凝后的尾气离开冷凝塔进入回收塔，用30%的甲基二乙醇胺溶液吸收废气中的硫化氢，同时吸收部分二氧化碳。吸收塔底富液用富液泵送至溶剂再生部分统一处理。从塔顶出来的净化气经尾气分液罐分液后进入焚烧炉燃烧，有燃料气流量控制炉膛温度；废气中残留的硫化氢几乎全转化成二氧化硫，最后再对二氧化硫进行处理。 焚烧炉要控制温度在600-800℃，保证尾气可以充分燃烧，对环境和人的健康都没有危害。 温度控制系统可采用的方法有双闭环串级控制系统、前馈控制系统、比值控制系统、前馈-反馈控制系统、分程控制系统等。
锅炉温度定值控制系统模式识别及仿真专业：电气工程及其自动化姓名：郭光普指导教师：马安仁 摘要本文首先简要介绍了锅炉内胆温度控制系统的控制原理和参数辨识的概念及切线近似法模式识别的基本原理，然后对该系统的温控曲线进行模式识别，而后着重介绍了用串级控制和Smith预估器设计一个新的温度控制系统，并在MATLAB的Simulink中搭建仿真模型进行仿真。 关键词温度控制，模式识别，串级控制，Smith预测控制 ABSTRACT This article first briefly introduced in the boiler the gallbladder temperature control system's control principle and the parameter identification concept and the tangent approximate method pattern recognition basic principle, then controls the curve to this system to carry on the pattern recognition warm, then emphatically introduced designs a new temperature control system with the cascade control and the Smith estimator, and carries on the simulation in the Simulink of MATLAB build simulation model. Key Words:Temperature control, Pattern recognition, Cascade control, Smith predictive control
PLC控制系统总体设计 在控制系统设计之前，需要对系统的方案进行论证。主要是对整个系统的可行性作一个预测性的估计。在此阶段一定要全面地考虑到设计和实施此系统将会遇到的各种问题。如果没有做过相关项目的经验，应当在实地仔细考察，并详细地论证设计此系统中的每一个步骤的可行性。特别是在硬件实施阶段中，稍有不慎，就会造成很大的麻烦，轻则系统不成功，重则会造成严重的人员和财产的损失。工程实施的过程中的阻碍，往往都是由于这一步没有做足工夫而导致的。 系统的总体设计关系到整个系统的总体构架，每个细节都必须经过反复斟酌。首先要能够满足用户提出的基本要求；其次是确保系统的可靠性，不可以经常出现故障，就算出现故障也不会造成大的损失；然后在经济性等方面予以考虑。 一般来说，在系统总体设计时，需要考虑下面几个问题： （1）确定系统是用plc单机控制，还是PLC联网控制；确定系统是采用远程I/O还是本地I/O。主要根据系统的大小及用户要求的功能来选择。对于一般的中小型过程控制系统来说，PLC单机控制已基本能够满足功能要求。但也可借鉴集散控制系统的理念，即将危险和控制分散，管理与监控集中。这样可以大大提高系统的可靠性。 （2）是否需要与其它部分通信。一个完整的控制系统，至少
会包括三个部分：控制器、被控对象和监控系统。所以对于控制器来说，至少要跟监控系统之间进行通讯。至于是否跟另外的控制单元或部门通讯要根据用户的要求来决定。一般来说，如果用户没有要求，也都会留有这样的通讯接口。 （3）采用何种通信方式。一般来说，在现场控制层级用PROFIBUS DP；而从现场控制层级到监控系统的通讯用PROFINET。但有时候也可互相通用，根据具体情况选择合适的通信方式。 （4）是否需要冗余备份系统。根据系统的所要求的安全等级，选择不同的办法。在数据归档时，为了让归档数据不丢失，可以使用OS服务器冗余；在自动化站（Automation Station，AS），为了使系统不会因故障而导致停机或不可预知的结果，可以使用控制器冗余备份系统。选择适当的冗余备份，可以使系统的可靠性得到大幅提高。 在进行控制系统选型之前，首先考虑系统的网络结构是怎样搭建的。 确定系统的操作站、过程控制站的数目和位置，相互之间是怎样连接的。是否需要工业以太网交换机。 一般情况下，现场控制室和主控制室与电气控制柜分别安放在两个地方，且距离较远，为保证信号的稳定可靠，会考虑用光缆来连接各自的交换机。同时，为了通讯线路的冗余，会考虑选用带荣誉管理功能的工业以太网交换机，将现场操作站和过程控制站组成一个光纤环网。这样，即使有一个方向的通讯断开，也可通过另一个方向继续通讯。
2015 全国大学生电子设计竞赛 风力摆控制系统（B题） 【本科组】 2015年8月15日
摘要：本设计是基于STM32F103VE单片机为核心的简易风力摆控制系统，该系统由电源供电模块，直流风机及驱动模块、角度检测模块、信息处理模块、继电器及驱动模块、蜂鸣指示模块和液晶显示模块构成。STM32F103VE通过改变PWM占空比来实现对直流风机速度及方向的控制，该风力摆控制系统能够实现题目要求，简单做直线运动、复杂做圆周运动。 关键字：风力摆角度传感器单片机自动控制系统 一．方案论证： 1.系统结构 1）机械结构如图1所示。 一长约67cm的吸管上端用万向节固定在支架上，下方悬挂4只直流风机，中间安装陀螺仪，构成一风力摆。风力摆下安装一向下的激光笔，静止时，激光笔下端距离地面18cm。 图 1 2）测控电路结构 测控电路结构如图2所示。 编码器按键
图2 2.方案比较与选择 其实整体电路架构上图已经给定，主要是几个关键部分————直流风机选型及架构、直流风机驱动电路、传感器、主控芯片选择，我们分析如下： 1）直流风机的选型 方案一：采样大电流成品直流风机，虽然风力够大，但驱动多个风机所需电流过大，单个电源难以满足要求，而且比较重，多个电机使得惯性过大难以控制。鉴于以上两点，弃用。 方案二：采用小型高速电机加螺旋桨自制直流风机，风力大，体积小，质量轻，而且性价比高。 风力摆控制系统风机质量轻，减小惯性，容易起摆；风力大，风速控制范围大，摆动角度大；体积小，减少外部的干扰；鉴于以上几点，本设计采用方案二。 STM32微处理器 角度传感器 直流风机 电机驱动电路 风机供电 OLED 液晶显示 蜂鸣器
毕业设计说明书(论文) 作者：张继超学号：0807240636 学院：自动化工程学院班级：自动086 专业：□∨自动化□测控技术与仪器 ∨控制科学与工程□仪器科学与技术 所在系：□ 题目：热工系统纯迟延过程的控制策略研究 指导者：顾大可副教授签字： 评阅者： 2012 年6 月吉林
摘要 摘要 工业生产过程中的大多数被控对象都具有较大的纯滞后性质。被控对象的这种纯滞后性质经常引起超调和持续的振荡。在20世纪50年代，国外就对工业生产过程中纯滞后现象进行了深入的研究，史密斯提出了一种纯滞后补偿模型，由于当时模拟仪表不能实现这种补偿，致使这种方法在工业实际中无法实现。随着计算机技术的飞速发展，现在人们可以利用计算机方便地实现纯滞后补偿。这些系统由于能量或物料在介质中的传输，使被控参数惯性大，不能及时反映扰动量或控制量的变化。在应用于某些时滞大的对象时，还可能出现系统闭环稳定性降低、动态过程变差、调节品质恶化的现象。所以，大惯性的纯迟延过程在传统控制领域是公认的控制难题。针对工业过程中广泛存在的大时滞过程，这样的过程必然会产生较明显的超调量，使控制系统的稳定性变差，调节时间延长，本文叙述了双闭环控制器和先进的控制策略。文中具体研究了双控制器设计方案，文中将两个控制器设计为比例加积分(PI)类型，给出了具体的参数整定方法。该方案含两个独立的控制器，即跟踪控制器和扰动控制器，使设定值响应得以与扰动响应分离，从而可同时获得良好的设定值跟踪性能和抗干扰能力，同时系统的鲁棒性也比现有控制方案大为增加，进一步显示了双控制器优越的性能。 关键词：时滞；过程控制；双控制器；鲁棒稳定性
步进式加热炉控制系统设计 一、步进式加热炉工艺流程 1. 步进式加热炉简介 ⑴步进式加热炉步进式加热炉是一种靠炉底或水冷金属梁的上升、前进、下降、后退的动作 把料坯一步一步地移送前进的连续加热炉。 炉子有固定炉底和步进炉底，或者有固定梁和步进梁。前者叫做步进底式炉，后者叫做步进梁式炉。轧钢用加热炉的步进梁通常由水冷管组成。步进梁式炉可对料坯实现上下双面加热。 （2）步进式炉的几种类型 步进式炉从炉子构造上分目前有：单面供热步进式炉、两面供热步进式炉、钢料可以翻转的步进式炉、交替步进式炉、炉底分段的步进式炉等等。 单面供热步进式炉也称步进底式炉，钢料放置在耐火材料炉底或铺设在炉底上的钢枕上。钢坯吸热主要来自上部炉膛，由于一面受热，这种炉子的炉底强度较低。它适用于加热薄板坯、小断面方坯或有特殊要求的场合。 两面供热步进式炉也称步进梁式炉，活动梁和固定梁上都安设有能将钢坏架空的炉底水管。在钢坯的上部炉膛和下部炉膛都设置烧嘴，因此炉底强度较高，适用于产量很高的板坯或带钢轧前加热。 钢坯可以翻转的步进式炉是每走一步炉内钢料可以翻转某一角度，步进梁和固定梁都带有锯齿形耐热钢钢枕，这是加热钢管的步进式炉，每走一步钢管可以在锯齿形钢枕上滚动一小段距离，使受热条件较差的底面逐步翻转到上面，以求加热均匀。 交替步进式炉则有两套步进机构交替动作。运送过程中，钢坯不必上升和下降，振动较小，底面不会被划伤，表面质量较好 炉底分段的步进式炉的加热段和预热段可以分开动作。例如预热段每走一步，加热段可以
走两步或两步以上。这种构造是专门为易脱碳钢的加热而设计的。钢坯在预热段放置较密，可以得到正常的预热作用，在加热段钢坯前进较快，达到快速加热，以减少脱碳。 （3）步进式炉的优缺点 步进式炉是借机械将炉内钢坯托着一步一步前进，因此钢坯与钢坯还不必紧挨着，其间距可根据需要加以改变。 原始的步进式炉只用于加热推钢机无法推进的落板坯或异形坯，随着轧机的大型化和连续化，推钢式炉已不能满足轧机产量和质量的要求。在这种情况下，近十年来造价较高的步进式炉得到了快速发展，其结构也日趋完善。 步进式炉具有以下特点：（1）炉子长度不受钢坯厚度的限制，不会拱钢，炉子可以建得很长，目前有些炉子已接近60 米长，一个步进式炉可以代替1.5—2 个推钢式炉。（2）操作上灵活性较大，可以通过改变装料间隙调节钢坯加热时间，且更换品种方便。（3）炉内钢料易于清空，减少停炉时清除炉内钢料的时间。（4）钢坯在炉内不与水管摩擦，不会造成通过轧制还不能消除的伤痕。（5）水管黑印小，即能得到尺寸准确的轧材。（6）两面加热步进式炉可以不要实底均热段，因此加热能力比推钢式炉稍大。（7）没有出料滑坡，减少了由于滑坡高差作用而吸入炉内的冷空气。（8）钢坯有侧面加热，这样可实现三面或四面加热，因此加热时间短，钢坯氧化少。（ 9）生产能耗大幅度降低,从炼钢连铸后开始全连续的直接生产。（ 10）产量大幅度提高,在100* 104t/a 以上。（ 11）生产自动化水平非常高，原加热炉的控制系统大都是单回路仪表和继电器逻辑控制系统，传动系统也大多是模拟量控制式供电装置，现在的加热炉的控制系统大多数都具有二级过程控制系统和三级生产管理系统，传动系统都是全数字化的直流或交流供电装置。 步进式炉的缺点是炉底机械设备庞大，维护和检修都较复杂，炉子造价太高。两面供热的步进式炉炉底水管较多，热损失大。单面供热的步进式炉虽然无水冷热损失，但产量较低。因此，尽管步进式炉有很多优点，仅由于它造价太高，目前在中小型厂全面推广还不适宜。