加热器温度控制.doc

天津城建大学课程设计任务书2014-2015学年第2学期控制与机械工程学院电气工程及其自动化专业班级姓名学号课程设计名称：过程控制设计题目：加热器温度控制完成期限：自2015年7月13日至2015年7月17日共1周设计依据、要求及主要内容：一、设计任务加热器出口温度在阶跃扰动DC作用下，其输出响应数据如下：t/s012345678y4.04.04.24.54.85.15.45.75.8t/s91011y5.855.96.06.0试根据实验数据设计一个超调量的无差控制系统。具体要求如下：根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型；根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）；根据设计方案选择相应的控制仪表；对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。二、设计要求采用MATLAB仿真；需要做出以下结果：超调量峰值时间过渡过程时间余差第一个波峰值第二个波峰值衰减比衰减率振荡频率全部P、I、D的参数PID的模型设计思路三、设计报告课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求”。四、参考资料[1]何衍庆．工业生产过程控制（1版）．北京：化学工业出版社，2004[2]邵裕森．过程控制工程．北京：机械工业出版社2000[3]过程控制教材指导教师（签字）：教研室主任（签字）：批准日期：年月日目录绪论4一、设计内容41.1总体思路41.2设计要求4二、数学模型的建立42.1PID参数K、T、τ的确定42.2传递函数的确定6三、控制系统的设计73.1原系统方框图73.2PID温度控制器原理73.3控制规律与控制变量的确定83.4过程控制系统设备的选择8四、系统仿真及其分析104.1仿真波形图104.2系统的性能指标10五、课程设计心得体会11六、参考文献12绪论过程控制课程是自动化专业最主要的一门课程，它是在自动控制理论的基础上发展起来的应用课程，既有理论又有工程实践。以表征生产过程的参数为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统。这里“过程”是指在生产装置或设备中进行的物质和能量的相互作用和转换过程。例如，锅炉中蒸汽的产生、分馏塔中原油的分离等。表征过程的主要参数有温度、压力、流量、液位、成分、浓度等。通过对过程参数的控制，可使生产过程中产品的产量增加、质量提高和能耗减少同时本次课程设计还综合应用了多款软件如MATLAB,VISIO绘图软件。供水系统是一个普遍存在的实际问题，有一个水箱需要维持一定的水位，该水塔里的水以变化的速度流出。这就需要有一个输入控制液体阀以不同的速度给水塔供水，以维持水位的变化，这样才能使水塔不断水。利用过程控制课程中所学的PID控制可以实现水塔水位的精确控制，建立的水塔液位闭环控制系统，实现了水塔中的进、出水的水位自动控制。一、设计内容1.1总体思路在课程设计过程中，可初步体验过程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。根据任务书中要求，对表格中数据进行分析计算，得到相应的传递函数，用MATLAN进行仿真实验，最后得到相应的符合要求的PID参数。对修正后的波形进行仿真，得到任务书中要求的未知量。1.2设计要求试根据实验数据设计一个超调量的无差控制系统。具体要求如下：1、根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型；2、根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）；3、根据设计方案选择相应的控制仪表；4、对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。二、数学模型的建立2.1PID参数K、T、τ的确定静态放大系数t=[01234567891011];h=[4.04.04.24.54.85.15.45.75.85.855.96.0];plot(t,h);图2-1传递函数响应曲线图2-2取y（t）=0.39是的响应曲线图2-3取y（t）=0.63时的响应曲线取t1=3.9，t2=6.3故Y1=4.77，Y2=5.49由MATLAB仿真可得t1=3.9，t2=6.3T=2(t2-t1)=4.8=2t1-t2=1.5（0.2<0.31<1）=4.17=2.12.2传递函数的确定其中所以该系统的数学模型为：三、控制系统的设计3.1原系统方框图图3-1系统方框图3.2PID温度控制器原理电脑控制温度控制器：采用PID模糊控制技术，用先进的数码技术通过Pvar、Ivar、Dvar（比例、积分、微分）三方面的结合调整形成一个模糊控制来解决惯性温度误差问题。采用了PID模糊控制技术，