前馈反馈水箱控制系统.doc

课程设计

名称：前馈反馈水箱控制系统
系别：电气与电子工程系
专业：自动化
姓名：*******
学号：********
指导教师：*******

河南城建学院
2010年12月30日
·成绩评定·

指导教师评语：

课程设计成绩评定

班级姓名学号

综合成绩：

指导教师签字年月日

目录
一设计方案的介绍 4
二、工艺流程 5
三、前馈反馈控制的理论 5
四、设仪器仪表的选型 5
1、控制装置的选择 5

2、监测仪表 6

3、控制阀的选型 6

五、测量与控制端连接表 7
六、参数的整定 7
1、静态放大系数KF的整定 7

2、控制器参数的选择 8

七、总结 9
八、参考文献 10
九、附录

一设计方案的介绍
设计采用前馈反馈控制来实现水箱的液位控制。其中前馈控制可以补偿干扰对被控变量的扰动，前馈控制之后产生的余差则可以通过反馈控制进行修正，达到要求的控制精度。被控变量为水箱的液位，控制变量为水的流量。
采用两个支路，其中第一个支路为主回路，包括一个水泵（采用变频器变频控制电机模拟流量扰动），涡轮流量计；第二个支路为控制补偿回路，包括一个水泵（输出流量恒定），电动控制阀。除此之外在反馈回路中还需要一个液位测量仪表和PID控制仪表一台。前馈控制在不考虑控制通道与对象通道延迟，而且支路一流量可以准确的测量，需要一个PID控制仪表。前馈控制信号和反馈控制信号通过一个加法器连接，实现对控制阀的控制。
前馈反馈系统结构框图1

前馈反馈控制系统原理图2

二工艺流程
水箱液位的控制主要是控制水箱中的液位在要求的精度范围内。
一号水泵作为动力源给水的输送提供动力，进入水箱。并用变频器控制一号水泵用来模拟流量上产生的扰动。
二号水泵为补偿回路提供动力，为水箱提供水补偿。当扰动产生后，通过前馈控制调节阀对扰动产生补偿。补偿后产生的余差再通过反馈控制控制调节阀进行调节。
三前馈反馈控制的原理
前馈控制又称扰动补偿，它与反馈调节原理完全不同，是按照引起被调参数变化的干扰大小进行调节的。在这种调节系统中要直接测量负载干扰量的变化，当干扰刚刚出现并能被测出时，调节器就能发出调节信号使调节量作相应的变化，使两者在被调量发生偏差之前抵消。因此，前馈调节对干扰的客服比反馈调节及时。但是前馈控制是开环控制，其控制效果需要通过反馈加以检验。前馈控制器在测出扰动之后，按过程的某种物质或能量平衡条件计算出校正值。如果前馈支路出现扰动，经过流量计测量之后，测量得到干扰的大小，然后在反馈支路通过调整调节阀开度，直接进行补偿。而不需要经过调节器。
四仪器仪表的选型
1、控制装置的选择
由于不是大型生产过程，对自动化水平要求不高，所以选择采用常规仪表控制。考虑到价格、实用性等因素，选择数字化、智能化的国产电动控制仪表。如果考虑控制仪表要满足工艺对生产过程的监测、控制和安全保护等方面的要求，需要考虑安全栅的使用。此处选用白城市顺达仪表有限公司生产的SD-600型智能数显PID调节仪表，关于SD-600调节仪表的详细说明如下：
2.性能特点：
全功能信号输入；可为变送器提供DC24V馈电输出；高性能开关电源供电。；用户可以对参数进行自由设定；两路独立报警器，拥有多种基本报警方式。；具有掉电保护功能，用户设置的参数掉电后能长期保存。掉电时保存输出功率，上电时从仪表输出的功率为前一次掉电时保存的输出功率；全数字自动调校保证长期稳定性；自修正A/D转换器、高精度、低漂移、长期稳定性好；可实现手动/自动控制的切换，切换是无扰动的。
2、监测仪表
根据设计的需要的检测仪表类型为：流量测量仪表，液位测量仪表。
流量监测仪表的选择
设计中将选用涡轮流量计来测量流量。选用北京华德世纪科技发展有限公司生产的LWGY-15型涡轮流量传感器。LWGY型涡轮流量传感器是一种精密液体流量仪表，适用于测量低粘度的介质如水，柴油，汽油等，广泛用于石油、化工、冶金、供水、造纸、科研等领域的计量与控制。关于LWGY-15型涡轮流量传感器的详细介绍如下：高精度：0.5%FS，1%FS，部分产品最高可达0.2%FS；最小口径可达：2mm,测量准确稳定；有耐磨型和耐腐蚀型可供选择；耐压型：最高耐压可达35Mpa,解决工业过程中大压力的难题；标准产品适用于测量与不锈钢iCr18Ni9Ti、2Cr13及刚玉、硬质合金不起腐蚀作用，且无纤维、颗粒等杂质的液体；高粘度液体可现场进行实液标定后使用，以便保证最高精度；可根据要求定做非标准产品，如低温、高压、高温产品
2)液位测量仪表
在设计需要中，介质为水，所以选用差压式的测量仪表即可。其中差压式的测量仪表可分为投入式、法兰式、插入杆式三种。投入式的适用于非密闭场合液体液