加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告題目名稱 加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院（系） 電氣工程及其自動(dòng)化 課程名稱 過(guò)程控制工程課程設(shè)計(jì) 班 級(jí) 電氣13-1 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 起止日期 2016.6.20-2016.7.1 成 績(jī) 目 錄摘要 ABSTRACT 第1章 緒論11.1 設(shè)計(jì)目的11.2 設(shè)計(jì)任務(wù)11.3 加熱爐溫度控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 11.4 加熱爐溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展2第2章 對(duì)象模型建立4 21 建立數(shù)學(xué)模型422 控制系統(tǒng)分析5第3章 系統(tǒng)設(shè)備選型63.1 測(cè)量變送器和傳感器的選擇63.2 執(zhí)行器的選擇63.3 控制器的選擇6第4章 控制器參數(shù)整定及Simulin

2、k仿真94.1 控制器參數(shù)整定 94.2 Simulink仿真11結(jié)論12致謝 13參考文獻(xiàn) 14 摘 要隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，加熱爐的使用范圍越來(lái)越廣泛。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和整個(gè)工廠完全實(shí)現(xiàn)兩級(jí)自動(dòng)化管理，在過(guò)程級(jí)上通過(guò)相應(yīng)的終端了解任何一個(gè)設(shè)備或任何一個(gè)裝置的控制情況以及生產(chǎn)情況。過(guò)程控制系統(tǒng)在加熱爐系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，它是加熱爐控制系統(tǒng)的重要部分，是對(duì)以及控制系統(tǒng)的一個(gè)總領(lǐng)和擴(kuò)充?，F(xiàn)代加熱爐的生產(chǎn)過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)高度的過(guò)程控制，以保證在加熱過(guò)程中溫度的準(zhǔn)確控制，這就為工業(yè)生產(chǎn)提供了有利條件。加熱爐是工業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)重要裝置，它的任務(wù)是把原料加熱到一定溫度，以保證下道工序的順利進(jìn)行。因

3、此加熱爐的溫度控制起著舉足輕重的作用。關(guān)鍵詞：加熱爐；過(guò)程控制系統(tǒng)；溫度控制 ABSTRACTWith the rapid development of Chinas national economy, the use of heating furnace is more and more extensive. With the development of network technology and the whole factory to achieve two level of automation management, in the process level through th

4、e corresponding terminal to understand any equipment or any one of the control of the device and the production situation. Process control system has been widely used in the heating furnace system, it is heating furnace control system is an important part of, and the control system of a consul gener

5、al and expand. The production process of modern heating furnace can realize high process control, so as to ensure the accurate temperature control during the heating process, which provides favorable conditions for industrial production. Heating furnace is an important device in industrial productio

6、n, it is the task of heating raw materials to a certain temperature, in order to ensure the smooth progress of the next process. So the temperature control of the heating furnace plays an important role.Keywords：Reheating furnace; process control system; temperature control第1章 緒論1.1設(shè)計(jì)目的通過(guò)過(guò)程控制工程課程設(shè)計(jì)能

7、從中學(xué)會(huì)從工程角度思考問(wèn)題，熟悉本專業(yè)領(lǐng)域的過(guò)程控制儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)過(guò)程控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)額的組合作用，學(xué)會(huì)對(duì)溫度控制儀表的正確接口、溫度信號(hào)調(diào)理、線性化、校準(zhǔn)及常用的控制方法。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)在工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常要對(duì)加熱爐出口溫度進(jìn)行控制，為了能夠精確控制溫度，保證正常生產(chǎn)，要求設(shè)計(jì)溫度閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，能抑制波動(dòng)，且系統(tǒng)無(wú)余差。要求設(shè)計(jì)一個(gè)加熱爐出口溫度閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，采用適合的控制算法，輸入設(shè)定溫度值，并實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度值。1.3加熱爐溫度控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介隨著節(jié)能技術(shù)不斷發(fā)展，加熱爐節(jié)能控制系統(tǒng)正日趨完善。以燃燒過(guò)程數(shù)學(xué)模型為依據(jù)建立的最佳燃燒過(guò)程計(jì)算機(jī)控制方案已進(jìn)入實(shí)用階段。例如，按燃燒過(guò)程穩(wěn)態(tài)

8、數(shù)學(xué)模型組成的微機(jī)控制系統(tǒng)已開(kāi)始在煉油廠成功使用。有時(shí)利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)約束控制，使加熱爐經(jīng)常維持在約束條件邊界附近工作，以保證最佳燃燒。隨著建立燃燒模型工作的進(jìn)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，加熱爐燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)將得到進(jìn)一步的完善。影響加熱爐出口溫度的干擾因素很多，爐子的動(dòng)態(tài)響應(yīng)一般都比較遲緩，因此加熱爐溫度控制系統(tǒng)多選擇串級(jí)和前饋控制方案。根據(jù)干擾施加點(diǎn)位置的不同，可組成多參數(shù)的串級(jí)控制。使用氣體燃料時(shí)，可以采用浮動(dòng)閥代替串級(jí)控制中的副調(diào)節(jié)器，還可以預(yù)先克服燃料氣的壓力波動(dòng)對(duì)出口溫度的影響。這種方案比較簡(jiǎn)單，在煉油廠中應(yīng)用廣泛。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，自動(dòng)控制技術(shù)在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中的應(yīng)用已日漸廣泛，不但使得

9、生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，改善了勞動(dòng)條件，還在人類征服大自然，改善居住條件等方面發(fā)揮了非常重要的作用。自動(dòng)控制（automaticcontrol）是指在沒(méi)有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置，使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。自動(dòng)控制是相對(duì)人工控制概念而言的。指的是在沒(méi)人參與的情況下，利用控制裝置使被控對(duì)象或過(guò)程自動(dòng)地按預(yù)定規(guī)律運(yùn)行。1.4加熱爐溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展自動(dòng)控制理論是研究自動(dòng)控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)，是分析和設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的理論的基礎(chǔ)。它的發(fā)展初期，是以反饋理論為基礎(chǔ)的自動(dòng)調(diào)節(jié)原理，主要用于工業(yè)控制，二戰(zhàn)期間

10、為了設(shè)計(jì)和制造飛機(jī)及船用自動(dòng)駕駛儀，火炮定位系統(tǒng)，雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)以及其他基于反饋原理的軍用設(shè)備，進(jìn)一步促進(jìn)并完善了自動(dòng)控制理論的發(fā)展。自動(dòng)控制理論是研究自動(dòng)控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)，是分析和設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的理論的基礎(chǔ)。到戰(zhàn)后，已形成完整的自動(dòng)控制理論體系，這就是以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)的經(jīng)典控制理論，它主要研究單輸入-單輸出，線形定常系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問(wèn)題。自動(dòng)控制理論的發(fā)展歷程如下：140年代-60年代初需求動(dòng)力：市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),資源利用，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，適應(yīng)批量生產(chǎn)需要。主要特點(diǎn)：此階段主要為單機(jī)自動(dòng)化階段，主要特點(diǎn)是:各種單機(jī)自動(dòng)化加工設(shè)備出現(xiàn)，并不斷擴(kuò)大應(yīng)用和向縱深方向發(fā)展。典型成果和產(chǎn)品：

11、硬件數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床。260年代中-70年代初期需求動(dòng)力：市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇，要求產(chǎn)品更新快，產(chǎn)品質(zhì)量高，并適應(yīng)大中批量生產(chǎn)需要和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。主要特點(diǎn)：此階段主要以自動(dòng)生產(chǎn)線為標(biāo)志，其主要特點(diǎn)是：在單機(jī)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，各種組合機(jī)床、組合生產(chǎn)線出現(xiàn)，同時(shí)軟件數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)并用于機(jī)床，CAD、CAM等軟件開(kāi)始用于實(shí)際工程的設(shè)計(jì)和制造中，此階段硬件加工設(shè)備適合于大中批量的生產(chǎn)和加工。典型成果和產(chǎn)品：用于鉆、鏜、銑等加工的自動(dòng)生產(chǎn)線。370年代中期-至今需求動(dòng)力：市場(chǎng)環(huán)境的變化，使多品種、中小批量生產(chǎn)中普遍性問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)重，要求自動(dòng)化技術(shù)向其廣度和深度發(fā)展，使其各相關(guān)技術(shù)高度綜合，發(fā)揮整體最佳效能。自動(dòng)控制

12、理論是研究自動(dòng)控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)，是分析和設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的理論的基礎(chǔ)。主要特點(diǎn)：自70年代初期美國(guó)學(xué)者首次提出CIM概念至今，自動(dòng)化領(lǐng)域已發(fā)生了巨大變化，其主要特點(diǎn)是：CIM已作為一種哲理、一種方法逐步為人們所接受；CIM也是一種實(shí)現(xiàn)集成的相應(yīng)技術(shù)，把分散獨(dú)立的單元自動(dòng)化技術(shù)集成為一個(gè)優(yōu)化的整體。所謂哲理，就是企業(yè)應(yīng)根據(jù)需求來(lái)分析并克服現(xiàn)存的“瓶頸”，從而實(shí)現(xiàn)不斷提高實(shí)力、競(jìng)爭(zhēng)力的思想策略；而作為實(shí)現(xiàn)集成的相應(yīng)技術(shù)，一般認(rèn)為是:數(shù)據(jù)獲取、分配、共享；網(wǎng)絡(luò)和通信；車間層設(shè)備控制器；計(jì)算機(jī)硬、軟件的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)等。同時(shí)，并行工程作為一種經(jīng)營(yíng)哲理和工作模式自80年代末期開(kāi)始應(yīng)用和活躍于自動(dòng)化技術(shù)

13、領(lǐng)域，并將進(jìn)一步促進(jìn)單元自動(dòng)化技術(shù)的集成。典型成果和產(chǎn)品：CIMS工廠，柔性制造系統(tǒng)(FMS)。隨著現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)新成果的推出和電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，為適應(yīng)自動(dòng)控制、宇航技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)控制理論跨入了一個(gè)新階段現(xiàn)代控制理論。主要研究具有高性能，高精度的多變量多參數(shù)的最優(yōu)控制問(wèn)題，主要采用的方法是以狀態(tài)為基礎(chǔ)的狀態(tài)空間法。目前，自動(dòng)控制理論還在繼續(xù)發(fā)展，正向以控制論，信息論，仿生學(xué)為基礎(chǔ)的智能控制理論深入。為了實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制任務(wù)，首先要將被控制對(duì)象和控制裝置按照一定的方式連接起來(lái)，組成一個(gè)有機(jī)的總體，這就是自動(dòng)控制系統(tǒng)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，被控對(duì)象的輸出量即被控量是要求嚴(yán)格加以控制的物理量，它可以要

14、求保持為某一恒定值，例如溫度，壓力或飛行航跡等；自動(dòng)控制理論是研究自動(dòng)控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)，是分析和設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的理論的基礎(chǔ)。而控制裝置則是對(duì)被控對(duì)象施加控制作用的機(jī)構(gòu)的總體，它可以采用不同的原理和方式對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，但最基本的一種是基于反饋控制原理的反饋控制系統(tǒng)。在反饋控制系統(tǒng)中，控制裝置對(duì)被控裝置施加的控制作用，是取自被控量的反饋信息，用來(lái)不斷修正被控量和控制量之間的偏差從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被控量進(jìn)行控制的任務(wù)，這就是反饋控制的原理。第2章 對(duì)象模型建立2.1建立數(shù)學(xué)模型 我們用系統(tǒng)辨識(shí)法響應(yīng)曲線法對(duì)加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型。根據(jù)表2-1確定響應(yīng)曲線，并計(jì)算出被控對(duì)象的傳遞函數(shù)。

15、t/min024681012270.0270.0267.0264.7262.7261.0259.5t/min14161820222426258.4257.8257.0256.5256.0255.7255.4t/min28303234363840255.2255.1255.0255.0255.0255.0255.0表2-1 由輸出溫度變化圖2-1 響應(yīng)曲線由階躍響應(yīng)曲線確定控制系統(tǒng)為一階，則加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)為單回路控制系統(tǒng)，并由此確定一階純滯后慣性環(huán)節(jié)的參數(shù)：滯后常數(shù)：；時(shí)間常數(shù)：；放大系數(shù)：；被控過(guò)程數(shù)學(xué)模型：。2.2控制系統(tǒng)分析 根據(jù)圖2-2所示，據(jù)此進(jìn)行單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。圖2-2

16、加熱爐溫度控制系統(tǒng) 被控參數(shù)：出口熱物料溫度 控制參數(shù)：燃料 干擾量：冷物料 由上面參數(shù)確定加熱爐溫度控制系統(tǒng)方框圖如圖2-3。圖2-3 系統(tǒng)方框圖第3章 系統(tǒng)設(shè)備選型3.1 測(cè)量變送器與傳感器選擇變送器是把傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀豢刂破髯R(shí)別的信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。至于有時(shí)候與傳感器通用是因?yàn)楝F(xiàn)代的多數(shù)傳感器的輸出信號(hào)已經(jīng)是通用的控制器可以接收的信號(hào)，此信號(hào)可以不經(jīng)過(guò)變送器的轉(zhuǎn)換直接為控制器所識(shí)別。所以，傳統(tǒng)意義上的“變送器”意義應(yīng)該是：“把傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為可以被控制器或者測(cè)量?jī)x表所接受標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的儀器”。在自控中：信號(hào)源-傳感器-變送器-運(yùn)算器控制器-執(zhí)行機(jī)構(gòu)-控制輸出。本系統(tǒng)采用典型模擬式溫

17、度變送器中的DDZ-III型熱電偶溫度變送器，屬安全火花型防暴儀表，還可以與作為檢測(cè)元件的熱電偶相配合，將溫度信號(hào)線性的轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。DDZ-III類儀表相對(duì)于DDZ-II類儀表的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是電流范圍不是從零開(kāi)始，這樣就避免了把儀表不能正常工作誤認(rèn)為是輸出為零，所以應(yīng)選擇DDZ-III型K型熱電偶溫度變送器。本系統(tǒng)選擇接觸式測(cè)溫元件。其中較為常用的有熱電偶、熱電阻和集成溫度傳感器三種，由于系統(tǒng)對(duì)溫度的要求不是很高，一般的測(cè)溫元件即可滿足要求，故選擇K型熱電偶作為測(cè)溫元件。3.2 執(zhí)行器的選擇執(zhí)行器是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制閥組合體。它在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的作用是接受來(lái)自調(diào)節(jié)器發(fā)出的信號(hào)，

18、以其在工藝管路的位置和特性，調(diào)節(jié)工藝介質(zhì)的流量，從而將被控?cái)?shù)控制在生產(chǎn)過(guò)程所要求的范圍內(nèi)。執(zhí)行器在結(jié)構(gòu)上分為執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。其中執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括氣動(dòng)、電動(dòng)和液動(dòng)三大類，而液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用甚少，同時(shí)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中使用最廣泛的是氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因此執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇主要是指對(duì)氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇，由于氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作溫度范圍較大，防爆性能較好，故本系統(tǒng)選擇氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)并配上電/氣閥門定位器。3.3 控制器選擇 最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)

19、和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、 積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。PID 控制公式如下u(t) = Kp*e(t) + Kie(t) + Kde(t) e(t-1)+u0比例（P）控制比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信 號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在

20、穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-state error）。積分（I）控制在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。 對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的 或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)（System with Steady-state Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積 分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn) 態(tài)誤差。 微分（D）控制在微分控制中

21、，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變 化率）成正比關(guān)系。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用， 其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō)，在控制器中僅引入 “比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分的控制器，就能 夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后

22、的被控對(duì)象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在 調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。 PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被 控過(guò)程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來(lái)有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過(guò)工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)

23、，其共同點(diǎn)都是通過(guò)試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無(wú)論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：（1）首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；（2）僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；（3）在一定的控制度下通過(guò)公式計(jì)算得到PID控制器的參數(shù)。第4章 控制器參數(shù)整定及Simulink仿真4.1控制器參數(shù)整定在模擬PID算法控制規(guī)律為：則算法的傳遞函數(shù)為：其中:KP為調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)；TI為積分時(shí)間常數(shù)；TD微分時(shí)間

24、常數(shù)；積分系數(shù)；微分系數(shù)：;比例度： 整定思路： 1.理論根據(jù)由于主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)相差很大，則主、副回路的工作頻率差別很大，當(dāng)副回路整定好以后，將副回路視作主回路的一個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)整定主回路時(shí)，可認(rèn)為對(duì)副回路的影響很小，甚至可以忽略。 2.另一方面，工藝上對(duì)主變量的控制要求較高，而對(duì)副變量的控制要求較低。整定順序：先整定副調(diào)節(jié)器，再去整定主調(diào)節(jié)器。整定步驟： (1)在生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，主、副調(diào)節(jié)器均設(shè)置為純比例控制作用。 (2)具體做法，將主調(diào)節(jié)器的比例度置于100%,。 (3)按簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的衰減曲線法整定副回路將副調(diào)節(jié)器的比例度由大到小調(diào)整，直到副變量的過(guò)渡過(guò)程曲線呈4:1衰減振蕩為止。 (4)

25、記下此時(shí)的比例度，量得此時(shí)的衰減振蕩周期。 (5)置副調(diào)節(jié)器的比例度為,將副回路看作是主回路的一個(gè)環(huán)節(jié),主副環(huán)仍閉合,用同樣的方法整定主調(diào)節(jié)器將主調(diào)節(jié)器的比例度由大到小調(diào)節(jié)，直到主變量的過(guò)渡過(guò)程曲線呈4:1衰減振蕩為止。 (6)記下此時(shí)主調(diào)節(jié)器的比例度,量出主變量振蕩周期。 (7)由已求得的、的值，結(jié)合主、副調(diào)節(jié)器的選型，按照簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的衰減曲線法整定參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式，分別計(jì)算主、副調(diào)節(jié)器的最佳參數(shù)值。(8)按照“先副后主”、“先P再I后D”的順序，將計(jì)算出的參數(shù)設(shè)置到調(diào)節(jié)器上，作擾動(dòng)試驗(yàn)，觀察過(guò)渡過(guò)程曲線，作適當(dāng)?shù)膮?shù)調(diào)整，直到控制質(zhì)量最佳。表3-1衰減曲線法整定計(jì)算公式圖4-1衰減曲線法整

26、定計(jì)算公式 比例度：0.9 振蕩周期： ； 圖4-2參數(shù)模塊設(shè)定4.2仿真結(jié)果 1.加熱爐出口溫度單回路系統(tǒng)仿真原理圖圖4-3系統(tǒng)仿真原理圖 2.加熱爐出口溫度單回路系統(tǒng)仿真結(jié)果圖4-4系統(tǒng)仿真結(jié)果結(jié)論此次課程設(shè)計(jì)是加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使用到了過(guò)程控制系統(tǒng)很多方面的知識(shí)，包括串級(jí)控制系統(tǒng)分析、建模與仿真，串級(jí)控制系統(tǒng)整定方法，PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)工程整定，串級(jí)控制系統(tǒng)的性能分析等。在這次設(shè)計(jì)中我們還探討了有關(guān)單回路PID控制的設(shè)計(jì)、前饋反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等有關(guān)內(nèi)容。我還查閱了很多資料并且對(duì)以前學(xué)習(xí)的專業(yè)知識(shí)系統(tǒng)并有針對(duì)性的復(fù)習(xí)，設(shè)計(jì)出了自己滿意作品，進(jìn)而得到同學(xué)和老師的肯

27、定，也只有這樣才能起到此次課程設(shè)計(jì)的目的。致謝通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，我深刻的認(rèn)識(shí)到課程設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我明白了自己原來(lái)知識(shí)還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺(jué)得自己什么東西都會(huì)，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。 在此要感謝我的指導(dǎo)老師韓學(xué)輝老師的指導(dǎo)，感謝老師給我的幫助。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我通過(guò)查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整

28、個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹(shù)立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過(guò)程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的也不太好，但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中所學(xué)到的東西是這次課程設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。參考文獻(xiàn)1柏逢明，過(guò)程檢測(cè)及儀表技術(shù)M.北京:北京國(guó)防工業(yè)出版社,2010.22潘永湘等，過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表（第2版）M與.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,19933陳杰，傳感器與檢測(cè)技術(shù)M.北京:高等教育出版社,2007.94魏偉，檢測(cè)與控制實(shí)驗(yàn)教程M.北京:北京大學(xué)出版社,2009.85閻石，電子技

29、術(shù)基礎(chǔ)M.北京:高等教育出版社,20066付蔚，電子工藝基礎(chǔ)M.北京:航空航天大學(xué)出版社,2011.57趙曉安，MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用.天津大學(xué)出版社.2001.3吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)課程名稱 指導(dǎo)教師 起止日期 *課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)專業(yè)：*專業(yè)*級(jí)*班時(shí)間：教學(xué)周第*-*周一、設(shè)計(jì)題目*設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)目的要求及內(nèi)容（一）設(shè)計(jì)目的（二）設(shè)計(jì)任務(wù)（三）設(shè)計(jì)要求1、2、3、4、三、進(jìn)度計(jì)劃第一周 周一至周三 布置設(shè)計(jì)任務(wù)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求查閱資料第一周 周四至周五 設(shè)計(jì)電路并焊接電路第二周 周一至周三 調(diào)試電路板與參數(shù)測(cè)試第二周 周四至周五 撰寫(xiě)論文四、參考文獻(xiàn)1 趙繼文.傳感器與應(yīng)用電路設(shè)計(jì)M.北京：科學(xué)出版社，20022 郁有文.傳感器原理及工程應(yīng)用M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20013 周樂(lè)挺.傳感器與檢測(cè)技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20054 范晶彥.傳感器與檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005五、成績(jī)考核與評(píng)定課程設(shè)計(jì)結(jié)束后，學(xué)生應(yīng)提交教學(xué)大綱和設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)所規(guī)定完成的相關(guān)文件，由指導(dǎo)教師按大綱的要求批閱，并綜合課程設(shè)計(jì)過(guò)程中學(xué)生各方面的表現(xiàn)，評(píng)定學(xué)生的成績(jī)。一般分為五等：優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格。