隔焰隧道窑温度-温度串级控制系统
隧道窑是对陶瓷制品进行预热、烧成、冷却的装置。制品在窑道的烧成带内按工艺规定的温度进行烧结，烧结温度一般为1300°C，偏差不得超过5°C。本文设计的隔焰式隧道窑烧成带系统是以窑道烧成带的温度作为被控变量，燃料的流量作为操纵变量的温度—温度串级控制系统。在设计中具体分析了系统各组成部分的选型与正反作用方式的确定及其系统的工作过程。本系统的硬件设计核心为单片机的和温度的检测变送两部分，同时给出了整体的软件设计流程。在本文的最后详细的叙述了参数整定的几种方法，各有优点。
关键字：串级控制温度控制单片机参数整定控制器
1 隔焰式隧道窑系统的分析及设计要求 (1)
1.1 隔焰式隧道窑系统概述 (1)
1.2 隔焰式隧道窑系统设计要求 (1)
2 隔焰式隧道窑串级控制系统设计 (2)
2.1 隔焰式隧道窑控制系统方案设计 (2)
2.2 系统控制量和被控量的选择 (4)
2.3 系统主副控制器的选择 (4)
2.4 系统各部分正反作用方式的确定 (4)
2.5 隔焰式隧道窑系统的调节过程 (5)
3 系统硬件电路设计 (8)
3.1 硬件设计总体思路 (8)
3.2 单片机系统的设计 (8)
3.3 传感器和变送器的选择 (9)
3.4 外围电路结构 (10)
4 系统软件设计 (12)
4.1软件设计流程图 (12)
5 控制器控制规律的实现以及参数整定 (14)
5.1控制规律的实现 (14)
5.2 控制规律参数的整定 (14)
6 心得体会 (16)
参考文献 (17)
隔焰式隧道窑温度－温度串级控制系统1 隔焰式隧道窑系统的分析及设计要求
1.1 隔焰式隧道窑系统概述
隧道窑是对陶瓷制品进行预热、烧成、冷却的装置。制品在窑道的烧成带内按工艺规定的温度进行烧结，烧结温度一般为1300°C，偏差不得超过5°C。所以烧成带的烧结温度是影响产品质量的重要控制指标之一，因此将窑道烧成带的温度作为被控变量，将燃料的流量作为操纵变量。如果火焰直接在窑道烧成带燃烧，燃烧气体中的有害物质将会影响产品的光泽和颜色，所以就出现了隔焰式式隧道窑。火焰在燃烧室中燃烧，热量经过隔焰式板辐射加热烧成带。
1.2 隔焰式隧道窑系统设计要求
1）分析被控对象特性，设计一种串级控制系统，绘制系统的结构示意图和原理方框图，说明其工作原理和工艺流程。
2）系统调节过程，控制量和被控量的选择
3）系统各组成部分的选型与正反作用方式的确定。
4）系统硬件电路与软件设计
5）控制器控制规律的实现以及参数整定
2 隔焰式隧道窑串级控制系统设计
2.1 隔焰式隧道窑控制系统方案设计
（1）隔焰式隧道窑烧成带温度简单控制系统
隔焰式隧道窑烧成带温度简单控制系统工艺流程图如图1所示，原理方框图如图2所示。
按照简单控制系统，影响烧成带温度θ1的各种干扰因素都被包括在控制回路当中，只要干扰造成θ1偏离设定值，控制器就会根据偏差的情况，通过控制阀改变燃料的流量，从而把变化了的θ1重新调回到设定值。
图1 隔焰式隧道窑烧成带温度简单控制系统工艺流程图
图2 隔焰式隧道窑烧成带温度简单控制系统原理方框图
但由于从控制阀到窑道烧成带滞后时间太大，如果燃料的压力发生波动，尽管控制
阀门开度没变，但燃料流量将使图2隔焰式隧道窑温度简单控制系统方框图生变化，必将引起燃烧室温度的波动，再经过隔焰式板的传热、辐射，引起烧成带温度的变化。因为只有烧成带温度出现偏差时，才能发现干扰的存在，所以对于燃料压力的干扰不能够及时发现。烧成带温度出现偏差后，控制器根据偏差的性质立即改变控制阀的开度，改变燃料流量，对烧成带温度加以调节。可是这个调节作用同样要经历燃烧室的燃烧、隔焰式板的传热以及烧成带温度的变化这个时间滞后很长的通道，当调节过程起作用时，烧控制器烧成带燃烧室控制阀检测、变送
D 2D 1设定值+-θ1
成带的温度已偏离设定值很远了。也就是说，即使发现了偏差，也得不到及时调节，造成超调量增大，稳定性下降。如果燃料压力干扰频繁出现，对于单回路控制系统，不论控制器采用PID的什么控制作用，还是参数如何整定，都得不到满意的控制效果。（2）隔焰式隧道窑串级控制系统
控制燃烧室的温度θ2并不是目的，真正的目的是烧成带θ1的温度稳定不变，所以烧成带温度控制器应该是定值控制，起主导作用。而燃烧室温度控制器则起辅助作用，它在克服干扰D2的同时，应该受烧成带温度控制器的操纵，操纵方法就是烧成带温度控制器的输出作为燃烧室温度控制器的设定值，从而就形成了图3所示的串级控制系统。
图3隔焰式隧道窑温度-温度串联控制工艺流程图
所谓串级控制系统，就是采用两个控制器串联工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，由副控制器的输出去操纵控制阀，从而对主被控变量具有更好的控制效果，这样的控制系统被称为串级控制系统，隔焰式隧道窑温度-温度串联控制原理方框图如图4所示。
图4隔焰式隧道窑温度-温度串联控制原理方框图
串级系统和简单系统有一个显著的区别，即其在结构上形成了两个闭环。一个闭环在里面，被称为副环或者副回路，在控制过程中起着“粗调”的作用；一个环在外面，被称主控制器
副检测变送
烧成带
燃烧室
控制阀
副控制器
主检测变送
设
定
值
+
-
+
-
D2D1
θ2θ
1
为主环或主回路，用来完成“细调”任务，以最终保证被调量满足工艺要求。无论主环或副环都有各自的调节对象、测量变送元件和调节器。
2.2 系统控制量和被控量的选择
制品在窑道的烧成带内按工艺规定的温度进行烧结，烧结温度一般为1300°C，偏差不得超过5°C。所以烧成带的烧结温度是影响产品质量的重要控制指标之一，因此将窑道烧成带的温度作为被控变量，将燃料的流量作为操纵变量。
2.3 系统主副控制器的选择
在串级控制系统中，主调节器和副调节器的任务不同，对于它们的选型即调节动作规律的选择也有不同考虑。
副调节器的任务是要快动作以迅速抵消落在副环内的二次扰动，面且副参数则并不要求无差，所以一般都选P调节器，也可以采用PD调节器，但这增加了系统的复杂性，而效果并不很大。在一般情况下，采用P调节器就足够了。如主、副环的频率相差很大，也可以考虑采用PI调节器。
隔焰式隧道窑串级控制系统中由于主、副对象都是对温度的采集，所以主、副环的频率相差不大，副调节器选用P调节器即可达到设计要求。
主调节器的任务是准确保持被调量符合生产要求。凡是需要采用串级调节的场合，工艺上对控制品质的要求总是很高的，不允许被调量存在偏差，因此，主调节器都必须具有积分作用，一般都采用PI调节器。如果副环外面的容积数目较多，同时有主要扰动落在副环外面的话，就可以考虑采用PID调节器。
隔焰式隧道窑串级控制系统中对烧成带的温度控制要求烧结温度一般为1300°C，偏差不得超过5°C，为了达到精准的控制，所以在系统本设计中主调节器选用PID调节器。
2.4 系统各部分正反作用方式的确定
与简单控制系统一样，一个串级控制系统要实现正常运行，其主、副回路都必须构成负反馈，因而必须正确选择主、副控制器的正、反作用方式。
(1)副控制器正、反作用的选择
串级控制系统中，副控制器作用方式的选择，是根据工艺安全等要求，在选定调节阀的气开、气关形式后，按照使副回路构成副反馈系统的原则来确定的。因此，副控制
器的作用方式与副对象特性及调节阀的气开、气关形式有关，其选择方法与简单控制系统中控制器正、反作用方式的选择方法相同。这时可不考虑主控制器的作用方式，只是将主控制器的输出作为副控制器的设定值即可。在假定副测量变送装置的增益为正的情况下，副控制器正反作用选择的判别式为
（副控制器±）×（调节阀±）×（副对象±）=（-）
其中，调节阀的“±”取决于它的“气开”还是“气关”作用方式，“气开”为“+”，“气关”为“-”；而副对象的“±”取决于控制变量和副被控变量的关系，控制变量增大，副被控变量也增大时称其为“+”，否则称其为“-”。
(2)主控制器正、反作用的选择
串级控制系统中，主控制器作用方式的选择完全由工艺情况确定，而与调节阀的气开、气关形式及副控制器的作用方式完全无关，即只需根据主对象的特性，选择与其作用方向相反的主控制器就行了。
由于副回路是一个随动控制系统，在选择主控制器的作用方式时，首先把整个副回路简化为一个环节，该环节的输入信号是主控制器的输出信号（即副回路的设定值），而输出信号就是副变量，其副回路的输入信号与输出信号之间总是正作用，即输入增加，输出亦增加。因此，整个副回路可看成为一个增益为正的环节。
这样，在假定主测量变送装置的增益为正的情况下，主控制器正、反作用的选择实际上只取决于主对象的增益符号，主控制器正反作用方式选择的判别式为
（主控制器±）× (主对象±）=（-）
由这个判别式也可看出，主控制器的作用方向与主对象的特性相反。即当主对象为正作用时，主控制器选反作用；而当主对象为负作用时，主控制器选正作用。
在隔焰式隧道窑串级控制系统中，考虑到生产的安全，控制阀选择“气开”工作方式，根据主、副控制器的正反选择规律分析，两个控制器都选择“反”作用方式。
2.5 隔焰式隧道窑系统的调节过程
（1)只存在二次干扰
假定系统只受到来自燃料压力波动的干扰。由于它进入副回路，所以属于二次干扰D2。例如整个系统处于稳定状态下，突然燃料压力升高，这时尽管控制阀门开度没变，可燃料的流量增大了，首先将引起燃烧室温度θ2升高，经副温度检测变送器后，副控制
器接受的测量值增大。由于燃料流量的变化，并不能立即引起烧成带温度θ1的变化。所以此时主控制器的输出暂时还没有变化，因此副控制器处于定值控制状态。根据副控制器的“反”作用，其输出将减小，“气开”式的控制阀门将被关小，燃料流量将被调节回稳定状态时的大小。
(2)只存在一次干扰
假定串级控制系统只受到来自窑车速度的干扰，比如窑车的速度加快，必然导致窑道中烧成带温度θ1的降低。对于定值控制的主控制器来说，其测量值减小，由于主控制器的“反”作用，它的输出必然增大，也就是说副控制器的设定值增大了。因为窑车的速度属于一次干扰，它对副变量（燃烧室的温度θ2）没有影响，所以这时副控制器的测量值暂时还没有改变。对于副控制器来说，设定值增大而测量值没变，可以等效为其设定值不变而测量值减小。根据副控制器的“反”作用，其输出将增大，“气开”式的控制阀门开度增大，从而加大燃料的流量，使燃烧室温度θ2升高，进而使窑道烧成带温度回升至设定值。
(3)一次干扰和二次干扰同时存在
两种干扰同时存在又可分为两种不同情况。
①一次干扰和二次干扰引起主变量和副变量同方向变化，即同时增大或同时减小。
假定一次干扰为窑车的前进速度减小，将引起主变量（烧成带温度）θ1升高；二次干扰为燃料压力增大，导致副变量（燃烧室温度）θ2也升高。对于主控制器来讲，由于它的测量值升高，根据它的“反’作用关系，它的输出将在稳态时的基础上减小，也就是副控制器的设定值将减小。而对于副控制器来讲，由于它的测量值增大，其输出的变化应该根据它的“反”作用以及设定值和测量值的变化方向共同决定。不妨将设定值的变化等效为设定值不变而测量值变化的情况，设定值减小可以等效为设定值不变而测量值增大。根据副控制器的“反”作用关系，上述两种干扰都将使副控制器的输出减小，都要求阀门开度关小。
②一次干扰和二次干扰引起主、副变量反方向变化，即一个增大而另一个减小。
假定一次干扰为窑车前进速度增大，引起主变量（烧成带温度）θ1下降；二次干扰为燃料压力增大，导致副变量（燃烧室温度）θ2升高。对主控制器来说，由于其测量值减小，根据其“反”作用关系，它的输出将增大，也将使副控制器的设定值增大。对副控制器来说，由于其测量值增大，设定值也增大，如果它们同步增大，幅度相同，即副控制器
的输入信号——偏差没有改变，控制器的输出当然也就不变，控制阀开度不变。实际上就是用二次干扰补偿了一次干扰，阀门无需调节。
如果两个干扰引起副控制器的设定值和测量值的同向变化不相同，也就是说二次干扰还不足以补偿一次干扰时，副控制器再根据偏差的性质作小范围调节即可将主变量稳定在设定值上。
75米日用瓷轻型装配式环保节能气烧隧道窑 操 作 说 明 书
第一章窑炉设计说明 一、一般说明 ㈠用途 本系列新型节能隧道窑主要用于日用陶瓷行业的盘、蝶、杯、碗类制品的烧成。 ㈡工作原理 本系列隧道窑是连续性工作的陶瓷烧成热工设备，配备全套自动控制。 燃料、助燃空气和雾化空气（以液体燃料工作时），通过各自的管路系统，受调节阀门控制，以所需的压力、流量进入烧嘴内均匀混合燃烧，高速喷入窑道内并在那里进一步进行充分燃烧。窑道内高温燃烧产物与制品直接接触从而高效地加热制品，然后以与制品前进相反的方向自烧成带向窑头流动，并继续加热低温区的坯体，最终在窑头集中经由排烟管路系统排出窑外。坯体分层装载于窑车上，由液压顶车机推动窑道内的窑车运行，将坯体匀速、平稳地自窑头向窑尾输送。在坯体前进过程中经历自低温预热到高温烧成各个温度带，不断与燃烧产物直接进行热交换而受到加热升温，伴随着水份蒸发、结构水脱离、氧化物分解、新的晶相形成和玻璃相熔化等一系列复杂的物理化学反应，烧制成为陶瓷制品进入急冷带、冷却带。然后受合理直接冷却、缓慢冷却一整套冷却工作系统，安全、有效地冷却产品出窑。 在配有自动、进出窑机衔接的情况下，上述整个过程完全脱离人工操作而自动完成。 ㈢燃料 本系列窑仅适用于洁净气体燃料和液体燃料。在为用户提供窑炉时，是以其中某种燃料为特定条件设计、制造的。当以后燃料供应条件发生变化时，需改换燃料供应管路、阀门及燃料系统，可供选择互换的燃料有：
㈣特点 本系列隧道窑经广泛吸收八十年代末国外先进的设计制造技术，结合中国具体国情进行优化设计制造。具有如下一些特点： 1、采用明焰裸烧工艺，燃烧产物与被烧制品直接接触，热交换效率高，制品受热均匀，可以实现低温快烧。 2、耐火保温材料全部采用高热阻、低蓄热的轻质隔热材料，因而，升温降温速度快，保温性能极好；窑外表面温度低，散热小。以上两大特点使得本系列隧道窑能耗接近了理论烧成能耗。 3、工作系统灵活，调整余地大，通过调节控制各温度点，可以灵活地改变烧成曲线，实现一条窑烧制不同产品之目的。 4、施工周期短，可在工厂内制造标准单元，运到现场快速装配而成，当客户需扩大产量时，增加一定数量的标准装配单元进行改造即可实现。 5、可通过改换燃料供应系统、烧嘴来适应燃料供应条件有可能发生变化的情况。 二、ZBRQS75-1.26装配式高温隧道窑主要技术经济指标 1、窑型轻型装配式环保节能气烧隧道窑 2、窑有效长75M 3、窑内宽预热带、冷却带1260mm 烧成带1340mm 其中有效内宽1110mm 4、窑内有效高820～840mm（普通杯装6层） 5、产品类型日用瓷（高温白瓷、镁质瓷、新骨质瓷等） 6、窑车规格1660×1350mm（长×宽） 7、推车速度13.3～21.2分钟/车 8、进车量67.9～108.2车/天
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。
温度控制系统设计 题目: 基于51单片机的温度控制系统设计姓名: 学院: 电气工程与自动化学院 专业: 电气工程及其自动化 班级: 学号: 指导教师:
2015年5月31日 摘要： (3) 一、系统设计 (3) 1.1 项目概要 (3) 1.2设计任务和要求： (4) 二、硬件设计 (4) 2.1 硬件设计概要 (4) 2.2 信息处理模块 (4) 2.3 温度采集模块 (5) 2.3.1传感器DS18b20简介 (5) 2.3.2实验模拟电路图 (7) 2.3.3程序流程图 (6) 2.4控制调节模块 (9) 2.4.1升温调节系统 (9) 2.4.2温度上下限调节系统 (8) 2.43报警电路系统 (9) 2.5显示模块 (12) 三、两周实习总结 (13) 四、参考文献 (13) 五、附录 (15)
5.1原理图 (15) 摘要： 在现代工业生产中，温度是常用的测量被控因素。本设计是基于51单片机控制，将DS18B20温度传感器实时温度转化，并通过1602液晶对温度实行实时显示，并通过加热片（PWM波，改变其占空比）加热与步进电机降温逐次逼近的方式，将温度保持在设定温度，通过按键调节温度报警区域，实现对温度在0℃-99℃控制的自动化。实验结果表明此结构完全可行，温度偏差可达0.1℃以内。 关键字：AT89C51单片机；温控；DS18b20 一、系统设计 1.1 项目概要 温度控制系统无论是工业生产过程，还是日常生活都起着非常重要的作用，过低或过高的温度环境不仅是一种资源的浪费，同时也会对机器和工作人员的寿命产生严重影响，极有可能造成严重的经济财产损失，给生活生产带来许多利的因素，基于AT89C51的单片机温度控制系统与传统的温度控制相比具有操作方便、价价格便宜、精确度高和开展容易等优点，因此市场前景好。
隧道窑课程设计说明 书最终版
《无机非金属材料》 课程设计 学生姓名： 学号： 181000435 专业班级：材料10级（4）班 指导教师： 二○一三年九月四日
目录 一、前言..................................................... - 1 - 二、设计任务和原始数据........................................ - 2 - 2.1设计任务................................................ - 2 - 2.2课程设计原始数据........................................ - 2 - 三、窑体主要尺寸的确定........................................ - 3 - 3.1隧道窑容积的计算........................................ - 3 - 3.2隧道窑内高、内宽、长度及各带长度计算.................... - 3 - 四、工作系统的安排............................................ - 5 - 4.1预热带工作系统.......................................... - 5 - 4.2烧成带工作系统.......................................... - 5 - 4.3冷却带工作系统.......................................... - 6 - 五、窑体材料以及厚度的确定.................................... - 7 - 六、燃料燃烧计算.............................................. - 8 - 6.1燃烧所需空气量计算...................................... - 8 - 6.2燃烧产生烟气量计算...................................... - 8 - 6.3燃烧温度计算............................................ - 8 - 七、预热带和烧成带热平衡计算................................. - 10 - 7.1热平衡计算基准及范围................................... - 10 - 7.2预热、烧成带热收入项目：............................... - 10 - 7.3预热、烧成带热支出项目: ................................ - 13 - 7.4预热、烧成带平衡热计算................................. - 14 - 7.5预热、烧成带热平衡表................................... - 14 - 八、冷却带热平衡计算......................................... - 15 - 8.1冷却带热收入项目：..................................... - 15 - 8.2冷却带热支出项目：..................................... - 15 - 8.4冷却带热平衡表......................................... - 17 - 九、选用烧嘴及燃烧室计算..................................... - 17 - 十、排烟系统的计算及排烟机的选型 ............................. - 18 - 10.1排烟系统的设计........................................ - 18 - 10.2 阻力计算............................................. - 19 - 10.3 风机选型............................................. - 21 - 十一、结束语................................................. - 23 - 十二、参考文献............................................... - 23 -
目录 1.原理电路的设计 (1) 1.1总体方案设计 (1) 1.1.1简单原理叙述 (1) 1.1.2设计方案选择 (1) 1.2单元电路的设计 (3) 1.2.1温度信号的采集与转化单元——温度传感器 (3) 1.2.2电压信号的处理单元——运算放大器 (4) 1.2.3电压表征温度单元 (5) 1.2.4电压控制单元——迟滞比较器 (6) 1.2.5驱动单元——继电器 (7) 1.2.6 制冷部分——Tec半导体制冷片 (8) 1.3完整电路图 (10) 2.仿真结果分析 (11) 3 实物展示 (13) 3.1 实物焊接效果图 (13) 3.2 实物性能测试数据 (14) 3.2.1制冷测试 (14) 3.2.2制热测试 (18) 3.3.3性能测试数据分析 (20) 4总结、收获与体会 (21) 附录一元件清单 (22) 附录二参考文献. (23)
摘要 本课程设计以温度传感器LM35、运算放大器UA741、NE5532P及电压比较器LM339N 为电路系统的主要组成元件，扩展适当的接口电路，制作一个温度控制系统，通过室温的变化和改变设定的温度，来改变电压传感器上两个输入端电压的大小，通过三极管开关电路控制继电器的通断，来控制Tec制冷片的工作。这样循环往复执行这样一个周期性的动作，从而把温度控制在一定范围内。学会查询文献资料，撰写论文的方法，并提交课程设计报告和实验成品。 关键词：温度；测量；控制。
Abstract This course is designed to a temperature sensor LM35, an operational amplifier UA741， NE5532P and a voltage comparator LM339N circuit system of the main components. Extending the appropriate interface circuit, make a temperature control system. By changing the temperature changes and set the temperature to change the size of the two input ends of the voltage on the voltage sensor, an audion tube switch circuit to control the on-off relay to control Tec cooling piece work. This cycle of performing such a periodic motion, thus controlling the temperature in a certain range. Learn to query the literature, writing papers, and submitted to the curriculum design report and experimental products. Key words: temperature ; measure ;control
实验四 加热炉温度串级控制系统 （实验地点：程控实验室，崇实楼407） 一、实验目的 1、熟悉串级控制系统的结构与特点。 2、掌握串级控制系统临界比例度参数整定方法。 3、研究一次、二次阶跃扰动对系统被控量的影响。 二、实验设备 1、MATLAB 软件， 2、PC 机 三、实验原理 工业加热炉温度串级控制系统如图4-1所示，以加热炉出口温度为主控参数，以炉膛温度为副参数构成串级控制系统。 图4-1 加热炉温度串级控制系统工艺流程图 图4-1中，主、副对象，即加热炉出口温度和炉膛温度特性传递函数分别为 主对象：;)130)(130()(18001++=-s s e s G s 副对象：2 1802)1)(110()(++=-s s e s G s 主控制器的传递函数为PI 或PID ，副控制器的传递函数为P 。对PI 控制器有 221111)(),/(, 1 11)(c c I c I I c I c c K s G T K K s K K s T K s G ==+=???? ? ?+= 采用串级控制设计主、副PID 控制器参数，并给出整定后系统的阶跃响应曲线和阶跃扰动响应曲线，说明不同控制方案控制效果的区别。 四、实验过程 串级控制系统的设计需要反复调整调节器参数进行实验，利用MATLAB 中的Simulink 进行仿真，可以方便、快捷地确定出调节器的参数。 1．建立加热炉温度串级控制系统的Simulink 模型 （图4-2） 在MATLAB 环境中建立Simulink 模型如下：)(01s G 为主被控对象，)(02s G 为副被控对象，Step 为系统的输入，c 为系统的输出，q1为一次阶跃扰动，q2为二次阶跃扰动，可以用示波器观察输出波形。PID1为主控制器，双击PID 控制器可设置参数：（PID 模块在
陶瓷隧道窑微机温度控制系统 摘要 目前我国陶瓷隧道窑炉大多采用人工或简单仪表控制，要想使窑炉长期达到最佳工作状态是不可能的，造成产品合格率、一级品率一直处于较低的水平。陶瓷隧道窑炉是由预热带、烧成带和冷却带三个部分组成，瓷件烧成温度在1320℃左右，窑内温度场主要由烧成带12对喷嘴燃冷煤气产生，窑炉系统用8组风机来调节窑内的压力场。排烟风、助燃风将直接影响烧成带的温度场，急冷风会影响最终产品的质量。 温度控制系统将采集的各点温度值，经Ａ/Ｄ转换后与设定值进行比较，控制器输出经由Ｄ/Ａ变换，变成 4～20mA形式模拟量输出给电动执行器，驱动蝶形阀调节喷嘴的煤气进给量，从而控制烧成带的温度。12只温度传感器与12个喷嘴一一对应。 关键词：MSP430F149单片机、热电偶，变送器、大林算法、 I2C总线、多路开关
一.总体方案设计 1.对象的工艺过程 陶瓷隧道窑炉是由预热带、烧成带和冷却带三个部分组成，瓷件烧成温度在1320℃左右，窑内温度场主要由烧成带12对喷嘴燃冷煤气产生，窑炉系统用8组风机来调节窑内的压力场。排烟风、助燃风将直接影响烧成带的温度场，急冷风会影响最终产品的质量。 温度控制系统将采集的各点温度值，经Ａ/Ｄ转换后与设定值进行比较，控制器输出经由Ｄ/Ａ变换，变成 4～20mA形式模拟量输出给电动执行器，驱动蝶形阀调节喷嘴的煤气进给量，从而控制烧成带的温度。12只温度传感器与12个喷嘴一一对应。
窑温控制示意图 2.对象分析 被控过程传递函数s e s s G 403 o ) 251(25.2)(-+= 是一个大的延迟环节，而且温度的控制对系统的输出超调量有严格的限制，用最少拍无纹波数字控制器的设计，和PID 算法效果欠佳，所以本设计采用大林算法设计数字控制器。 3.控制系统设计要求 窑温控制在1320±10℃范围内。微机自动调节：正常工况下，系统投入自动。模拟手动操作：当系统发生异常，投入手动控制。 微机监控功能：显示当前被控量的设定值、实际值，控制量的输出值，参数报警时有灯光报警。 二、硬件的设计和实现 1.选择计算机机型和系统总线 本系统控制的回路12个，所以只需要一片微控制器即可实现，本设计采用TI 公司的MSP430系列单片机，MSP430 系列是一个 16 位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机，有较高的处理速度，在 8MHz 晶体驱动下指
一、隧道窑的工作原理及其优点 隧道窑一般是一条长的直线形通道，两侧及顶部有固定的窑墙及窑顶（顶部有平顶和拱顶之分），底部铺设的轨道上运行着窑车，窑车上装载着烧成产品，依次窑车进车，窑尾出车。窑体构成了固定的预热带，冷却带，通常称为隧道窑的“三带”。燃烧产生的高温烟气在隧道窑前端烟囱或在引风机的作用下，沿着隧道向窑头方向流动，同时逐步地预热进入窑内的制品，这一段构成了隧道窑的预热带。隧道窑的中间为烧成带，在隧道窑的窑尾鼓入冷风，冷却隧道窑内后一段制品，鼓入的冷风经制品而被加热后，再抽出送入干燥窑作为干燥生坯的热源，这一段便构成了隧道窑的冷却带。烧结砖隧道窑使用的燃料有固体、液体和气体3种不同的燃料。目前我国大部分隧道窑使用的是固体燃料，也就是煤。称作内燃烧结，有条件的地方也使用外烧结法，也就是油和气作为燃烧原料。 隧道窑是连续化生产，中间没有间断期，烧成周期短产量大，不受自然天气的影响，节约燃料。它主要是利用逆流原理工作，因此热利用率较高，与常规轮窑相比热利用率高达50%左右。隧道窑生产可节省劳力，能改善劳动环境，可减少环境污染，操作简便，装卸产品便于实现机械化。减轻了工人的劳动强度。在提高产品质量上，与轮窑相比，减少了工人二次倒运，烧成温度可控可调。容易掌控其烧成规律，破碎率较低。隧道窑和窑体内配套设备比较耐用，因为隧道窑与轮窑相比窑内不受急冷急热的影响，所以窑体使用寿命较长，一般在5年内不大修。隧道窑在占地面积上与相同产量和规格的轮窑相比要少2|3。隧道窑与轮窑所用砌筑材料和配备设备不一样。因此，投资造价要高于轮窑，但后期生产成本低于轮窑。 二、隧道窑的种类与结构 隧道窑可按内宽、产量、结构、运转自动化程度等各项指标进行分类。 （一）按隧道窑的断面宽度分类 可分为3.0m，3.3m，3.6m，4.6m，4.8m，6.9m，7.3m，9,3m，10.3m等不同宽度的隧道窑。 （二）按窑炉结构分类 （1）按窑顶结构可分成拱顶隧道窑，吊平顶隧道窑两大结构。 （2）按窑体结构分类有全砖砌体结构窑体，有砖混结构加钢立柱，钢拉杆的窑体，也有钢筋砼框架结构的窑体 （3）组装式，全纤维，楷装结构窑体 （三）按窑型的单条产量分类 可分为年产标砖1.2亿块、8000万块、6000万块、5000万块、3000万块、2000万块等多种规格型号。 （四）按生产工艺方式分类
摘要 在日常生活及工农业生产中，对温度的检测及控制时常显得极其重要。因此，对数字显示温度计的设计有着实际意义和广泛的应用。本文介绍一种利用单片机实现对温度只能控制及显示方案。本毕业设计主要研究的是对高精度的数字温度计的设计，继而实现对对象的测温。测温系数主要包括供电电源，数字温度传感器的数据采集电路，LED显示电路，蜂鸣报警电路，继电器控制，按键电路，单片机主板电路。高精度数字温度计的测温过程，由数字温度传感器采集所测对象的温度，并将温度传输到单片机，最终由液晶显示器显示温度值。该数字温度计测温范围在-55℃~+125℃，精度误差在±0.5℃以内，然后通过LED数码管直接显示出温度值。数字温度计完全可代替传统的水银温度计，可以在家庭以及工业中都可以应用，实用价值很高。 关键词：单片机：ds18b20：LED显示：数字温度. Abstract In our daily life and industrial and agricultural production, the detection and control of the temperature, the digital thermometer has practical significance and a wide range of applications .This article describes a programmer which use a microcontroller to achieve and display the right temperature by intelligent control .This programmer mainly consists by temperature control sensors, MCU, LED display modules circuit. The main aim of this thesis is to design high-precision digital thermometer and then realize the object temperature measurement. Temperature measurement system includes power supply, data acquisition circuit, buzzer alarm circuit, keypad circuit, board with a microcontroller circuit is the key to the whole system. The temperature process of high-precision digital thermometer, from collecting the temperature of the object by the digital temperature sensor and the temperature transmit ted to the microcontroller, and ultimately display temperature by the LED. The digital thermometer requires the high degree is positive 125and the low degree is negative 55, the error is less than 0.5, LED can read the number. This digital thermometer could
实验一过程控制系统的组成认识实验 过程控制及检测装置硬件结构组成认识，控制方案的组成及控制系统连接 一、过程控制实验装置简介 过程控制是指自动控制系统中被控量为温度、压力、流量、液位等变量在工业生产过程中的自动化控制。本系统设计本着培养工程化、参数化、现代化、开放性、综合性人才为出发点。实验对象采用当今工业现场常用的对象，如水箱、锅炉等。仪表采用具有人工智能算法及通讯接口的智能调节仪，上位机监控软件采用MCGS工控组态软件。对象系统还留有扩展连接口，扩展信号接口便于控制系统二次开发，如PLC控制、DCS控制开发等。学生通过对该系统的了解和使用，进入企业后能很快地适应环境并进入角色。同时该系统也为教师和研究生提供一个高水平的学习和研究开发的平台。 二、过程控制实验装置组成 本实验装置由过程控制实验对象、智能仪表控制台及上位机PC三部分组成。 1、被控对象 由上、下二个有机玻璃水箱和不锈钢储水箱串接，4.5千瓦电加热锅炉（由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭外循环不锈钢锅炉夹套构成），压力容器组成。 水箱：包括上、下水箱和储水箱。上、下水箱采用透明长方体有机玻璃，坚实耐用，透明度高，有利于学生直接观察液位的变化和记录结果。水箱结构新颖，内有三个槽，分别是缓冲槽、工作槽、出水槽，还设有溢流口。二个水箱可以组成一阶、二阶单回路液位控制实验和双闭环液位定值控制等实验。 模拟锅炉：锅炉采用不锈钢精致而成，由两层组成：加热层（内胆）和冷却层（夹套）。做温度定值实验时，可用冷却循环水帮助散热。加热层和冷却层都有温度传感器检测其温度，可做温度串级控制、前馈－反馈控制、比值控制、解耦控制等实验。 压力容器：采用不锈钢做成，一大一小两个连通的容器，可以组成一阶、二阶单回路压力控制实验和双闭环串级定值控制等实验。 管道：整个系统管道采用不锈钢管连接而成，彻底避免了管道生锈的可能性。为了提高实验装置的使用年限，储水箱换水可用箱底的出水阀进行。 2、检测装置 （液位）差压变送器：检测上、下二个水箱的液位。其型号：FB0803BAEIR，测量范围：0～1.6KPa，精度：0.5。输出信号：4～20mA DC。 涡轮流量传感器：测量电动调节阀支路的水流量。其型号：LWGY－6A，公称压力：6.3MPa，精度：1.0％，输出信号：4～20mA DC 温度传感器：本装置采用了两个铜电阻温度传感器，分别测量锅炉内胆、锅炉夹套的温度。经过温度传感器，可将温度信号转换为4～20mA DC电流信号。 （气体）扩散硅压力变送器：用来检测压力容器内气体的压力大小。其型号：DBYG-4000A/ST2X1，测量范围：0.6～3.5Mpa连续可调，精度：0.2，输出信号为4～20mA DC。 3、执行机构 电气转换器：型号为QZD-1000，输入信号为4～20mA DC，输出信号：20～100Ka气压信号，输出用来驱动气动调节阀。 气动薄膜小流量调节阀：用来控制压力回路流量的调节。型号为ZMAP－100，输入信号为4～20mA DC或0～5V DC，反馈信号为4～20mA DC。气源信号 压力：20~100Kpa，流通能力：0.0032。阀门控制精度：0.1％～0.3％，环境温度：－4～＋200℃。 SCR移相调压模块：采用可控硅移相触发装置，输入控制信号0～5V DC或4～20mA DC 或10K电位器，输出电压变化范围：0～220V AC，用来控制电加热管加热。 水泵：型号为UPA90，流量为30升／分，扬程为8米，功率为180W。
基于单片机的温度控制系统设计 1.设计要求 要求设计一个温度测量系统，在超过限制值的时候能进行声光报警。具体设计要求如下： ①数码管或液晶显示屏显示室内当前的温度； ②在不超过最高温度的情况下，能够通过按键设置想要的温度并显示；设有四个按键，分别是设置键、加1键、减1键和启动/复位键； ③DS18B20温度采集； ④超过设置值的±5℃时发出超限报警，采用声光报警，上限报警用红灯指示，下限报警用黄灯指示，正常用绿灯指示。 2.方案论证 根据设计要求，本次设计是基于单片机的课程设计，由于实现功能比较简单，我们学习中接触到的51系列单片机完全可以实现上述功能，因此可以选用AT89C51单片机。温度采集直接可以用设计要求中所要求的DS18B20。报警和指示模块中，可以选用3种不同颜色的LED灯作为指示灯，报警鸣笛采用蜂鸣器。显示模块有两种方案可供选择。 方案一：使用LED数码管显示采集温度和设定温度； 方案二：使用LCD液晶显示屏来显示采集温度和设定温度。 LED数码管结构简单，使用方便，但在使用时，若用动态显示则需要不断更改位选和段选信号，且显示时数码管不断闪动，使人眼容易疲劳；若采用静态显示则又需要更多硬件支持。LCD显示屏可识别性较好，背光亮度可调，而且比LED 数码管显示更多字符，但是编程要求比LED数码管要高。综合考虑之后，我选用了LCD显示屏作为温度显示器件，由于显示字符多，在进行上下限警戒值设定时同样可以采集并显示当前温度，可以直观的看到实际温度与警戒温度的对比。LCD 显示模块可以选用RT1602C。
3.硬件设计 根据设计要求，硬件系统主要包含6个部分，即单片机时钟电路、复位电路、键盘接口模块、温度采集模块、LCD 显示模块、报警与指示模块。其相互联系如下图1所示： 图1 硬件电路设计框图 单片机时钟电路 形成单片机时钟信号的方式有内部时钟方式和外部时钟方式。本次设计采用内部时钟方式，如图2所示。 单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别为此放大器的输入端和输出端，其频率范围为~12MHz ，经由片外晶体振荡器或陶瓷振荡器与两个匹配电容一 起形成了一个自激振荡电路，为单片机提供时钟源。 复位电路 复位是单片机的初始化操作，其作用是使CPU 和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，以防止电源系统不稳定造成CPU 工作不正常。在系统中，有时会出现工作不正常的情况，为了从异常状态中恢复，同时也为了系统调试方便，需要设计一个复位电路。 单片机的复位电路有上电复位和按键复位两种形式，因为本次设计要求需要有启动/复位键，因此本次设计采用按键复位，如图3。复位电路主要完成系统 图2 单片机内部时钟方式电路 图3 单片机按键复位电路
过程控制 实验报告实验名称：串级控制班级： 姓名： 学号：
实验二 串级控制系统 一、实验目的 1) 通过本实验，了解串级控制系统的基本结构以及主、副回路的性能特点。 2) 掌握串级控制系统的设计思想和主、副回路控制器的参数整定方法。 二、 实验原理 串级控制系统由两个或两个以上的控制器、相应数量的检测变送器和一个执行器组成。控制器相串联，副控制器的输入由主控制器的输出设定。主回路是恒值控制系统，对主控制器的输出而言，副回路是随动系统，对二次扰动而言，副回路是恒值控制系统。 串级控制的主要优点可概括如下: 1) 由于副回路的存在，改善了对象的部分特性，使系统的工作频率提高，加快了调节过程。 2) 由于副回路的存在，串级控制系统对二次扰动具有较强的克服能力。 3) 串级控制系统提高了克服一次扰动的能力和回路参数变化的自适应能力。 串级控制系统副回路的设计原则： 1) 副回路应尽量包含生产过程中主要的、变化剧烈、频繁和幅度大的扰动。在可能的情况下力求包含尽可能多的扰动。 2) 当对象具有较大纯滞后时，在设计时应使副回路尽量少包括或不包括纯滞后。 3) 当对象具有非线性环节时，在设计时应使非线性环节于副环之中。 4) 副回路设计时应考虑主、副对象时间常数的匹配，以防共振。 5) 所设计的副回路需考虑到方案的经济性和工艺的合理性。 串级控制系统常用的控制器参数整定方法有逐步逼近法、两步法、一步法等。 ? 逐步逼近法 1) 在主回路断开的情况下，求取副控制器的整定参数； 2) 将副控制器的参数设置在所求的数值上，使串级控制系统主回路闭合，以求取主调节器的整定参数值； 3) 将主调节器参数设置在所求值上，再次整定副控制器的参数值。 4) 如控制品质未达到指标，返回2)继续。 三、实验内容 某系统的主、副对象传递函数分别为： 122 11 (),()301(101)(1)P P G s G s s s s = = +++
温度控制系统设计 目录 第一章系统方案论证错误！未指定书签。 总体方案设计错误！未指定书签。 温度传感系统错误！未指定书签。 温度控制系统及系统电源错误！未指定书签。 单片机处理系统（包括数字部分）及温控箱设计错误！未指定书签。 算法原理错误！未指定书签。 第二章重要电路设计错误！未指定书签。 温度采集错误！未指定书签。 温度控制错误！未指定书签。 第三章软件流程错误！未指定书签。 基本控制错误！未指定书签。 控制错误！未指定书签。 时间最优的控制流程图错误！未指定书签。 第四章系统功能及使用方法错误！未指定书签。 温度控制系统的功能错误！未指定书签。 温度控制系统的使用方法错误！未指定书签。 第五章系统测试及结果分析错误！未指定书签。 硬件测试错误！未指定书签。 软件调试错误！未指定书签。 第六章进一步讨论错误！未指定书签。 参考文献错误！未指定书签。 致谢错误！未指定书签。 摘要：本文介绍了以单片机为核心的温度控制器的设计，文章结合课题《温度控制系统》，从硬件和软件设计两方面做了较为详尽的阐述。 关键词：温度控制系统控制单片机 : . : 引言： 温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。本文设计了以单片机为检测控制中心的温度控制系统。温度控制采用改进的数字控制算法，显示采用静态显示。该系统设计结构简单，按要求有以下功能： ()温度控制范围为°; ()有加热和制冷两种功能 ()指标要求： 超调量小于°；过渡时间小于；静差小于℃；温控精度℃ ()实时显示当前温度值，设定温度值，二者差值和控制量的值。 第一章系统方案论证 总体方案设计 薄膜铂电阻将温度转换成电压，经温度采集电路放大、滤波后，送转换器采样、量化，量化后的数据送单片机做进一步处理；
隧道窑是对陶瓷制品进行预热、烧成、冷却的装置。制品在窑道的烧成带内按工艺规定的温度进行烧结，烧结温度一般为1300°C，偏差不得超过5°C。本文设计的隔焰式隧道窑烧成带系统是以窑道烧成带的温度作为被控变量，燃料的流量作为操纵变量的温度—温度串级控制系统。在设计中具体分析了系统各组成部分的选型与正反作用方式的确定及其系统的工作过程。本系统的硬件设计核心为单片机的和温度的检测变送两部分，同时给出了整体的软件设计流程。在本文的最后详细的叙述了参数整定的几种方法，各有优点。 关键字：串级控制温度控制单片机参数整定控制器
1 隔焰式隧道窑系统的分析及设计要求 (1) 1.1 隔焰式隧道窑系统概述 (1) 1.2 隔焰式隧道窑系统设计要求 (1) 2 隔焰式隧道窑串级控制系统设计 (2) 2.1 隔焰式隧道窑控制系统方案设计 (2) 2.2 系统控制量和被控量的选择 (4) 2.3 系统主副控制器的选择 (4) 2.4 系统各部分正反作用方式的确定 (4) 2.5 隔焰式隧道窑系统的调节过程 (5) 3 系统硬件电路设计 (8) 3.1 硬件设计总体思路 (8) 3.2 单片机系统的设计 (8) 3.3 传感器和变送器的选择 (9) 3.4 外围电路结构 (10) 4 系统软件设计 (11) 4.1软件设计流程图 (11) 5 控制器控制规律的实现以及参数整定 (12) 5.1控制规律的实现 (12) 5.2 控制规律参数的整定 (12) 6 心得体会 (14) 参考文献 (15)
隔焰式隧道窑温度－温度串级控制系统1 隔焰式隧道窑系统的分析及设计要求 1.1 隔焰式隧道窑系统概述 隧道窑是对陶瓷制品进行预热、烧成、冷却的装置。制品在窑道的烧成带内按工艺规定的温度进行烧结，烧结温度一般为1300°C，偏差不得超过5°C。所以烧成带的烧结温度是影响产品质量的重要控制指标之一，因此将窑道烧成带的温度作为被控变量，将燃料的流量作为操纵变量。如果火焰直接在窑道烧成带燃烧，燃烧气体中的有害物质将会影响产品的光泽和颜色，所以就出现了隔焰式式隧道窑。火焰在燃烧室中燃烧，热量经过隔焰式板辐射加热烧成带。 1.2 隔焰式隧道窑系统设计要求 1）分析被控对象特性，设计一种串级控制系统，绘制系统的结构示意图和原理方框图，说明其工作原理和工艺流程。 2）系统调节过程，控制量和被控量的选择 3）系统各组成部分的选型与正反作用方式的确定。 4）系统硬件电路与软件设计 5）控制器控制规律的实现以及参数整定
湖南科技大学潇湘学院 毕业设计（论文） 题目单片机温度控制系统 作者 系部信息与电气工程系 专业电气工程及其自动化 学号 指导教师 二〇一年月日
湖南科技大学学院 毕业设计（论文）任务书 信息与电气工程系电气工程及其自动化教研室 教研室主任:（签名）年月日 学生姓名: 学号: 专业: 电气工程及其自动化 1 设计（论文）题目及专题：单片机温度控制系统 2 学生设计（论文）时间：自年月日开始至年月日止 3 设计（论文）所用资源和参考资料： (1)单片机温度控制系统流程图(2)单片机程序设计基础 (3) protel se 99软件(4) 单片机使用接口技术 (5) 单片机程序设计基础(6)网上有关技术资料 4 设计（论文）应完成的主要内容： (1) 基于单片机温度控制系统的发展及应用 (2) 单片机温度控制系统设计包含的基本内容 (3) 单片机温度控制系统技术 (4) 单片机温度控制系统实现 (5) 全文总结 5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求： (1) 程序。要求：编译通过，基本能运行。 (2) 毕业论文。要求：正确，规范，通顺。 (3) 可供发表的研究论文（可选）。要求：规范，新意 均需提交电子版和纸质版。 6 发题时间：年月日 指导教师：（签名） 学生：（签名）
湖南科技大学学院 毕业设计（论文）指导人评语 指导人：（签名） 年月日指导人评定成绩：
湖南科技大学学院 毕业设计（论文）评阅人评语 评阅人：（签名） 年月日评阅人评定成绩：
湖南科技大学学院 毕业设计（论文）答辩记录 日期： 学生：学号：班级： 题目： 提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料： 1 设计（论文）说明书共页 2 设计（论文）图纸共页 3 指导人、评阅人评语共页 毕业设计（论文）答辩委员会评语： 答辩委员会主任：（签名） 委员：（签名） （签名） （签名） （签名）答辩成绩： 总评成绩：
实验名称：串级控制实验 班级：自控 实验设备编号： 2 实验日期：年月 同组人： 年月日
实验名称：串级控制系统 实验的目的：正确认识串级控制系统，理解和熟练串级控制系统的特点和操作要求。 实验的要求：正确理解串级控制系统的特点，结合本实验装置的情况，构建一个以下水箱液位H2为主被控参数，上水箱液位H1为副被控参数，进水流量为控制手段的液位-液位串级控制系统。 实验过程的主要步骤： 1、构建串级控制系统，在软件中组态。 2、对串级控制系统进行正确的设置，确保系统的连接方式正确，正反作用正确。 3、系统启动后将调节阀CV101，CV102的开度设置在50%，80%左右。 4、待系统达到稳定，按照先副后主的顺序将串级控制系统投入自动，投运过程无扰动串级控制系统参数整定，使用一步法 1、系统流程图： 系统方框图：
串级控制系统因为具有主副两个控制回路，从传递方式来看，是串联的进行工作，主回路的输出是通过副回路起作用；按照回路闭合向来看，副回路被包括在主回路中，可以看成一个具有一定跟踪能力的控制环节，它以主回路的输出作为跟踪目标。由于副回路的存在，分担了系统中的部分容量滞后和部分干扰的镇定作用，使系统的整体放大倍数、静态控制精度、系统抗干扰能力和工作频率等指标都提高到一个新的高度。 2、为了主变量的稳定，主控制器必须具有积分作用；副环是一个随动系统，它的给定值随主控制器输出的变化而变化为了能快速跟踪，一般只需采取比例式。 主副控制器的正反作用确定应遵循先副后主的原则。为了使副回路构成一个稳定的系统，副环内所有放大倍数各环节放大倍数的乘积应是负号；主控制器的正反作用也是根据主环内各个环节的乘积为负来确定，一般，主变送器为正，副回路为正，主控制器的正反作用只取决于主对象放大倍数的符号。 投运时要按照先副后主的顺序进行，先投运副回路，再投运主回路。无扰动投运的步骤：（1）、主副控制器均放于手动位置。主控制器放于内给定，副控制器放于外给定；将主副控制器正反作用开关置于正确位置；主副控制器参数放于预定数值。 （2）、用副控制器的手操器进行手操作。 （3）、当遥控使主变量接近或等于给定值而副变量也较平稳时，调节主控制器的手操旋钮，使副控制器的偏差表指示为零，这时副控制器的自动电流将跟踪等于手动电流，于是可将副控制器切入自动。由于切换前控制器的自动电流等于手动电流，自动电流信号等于手动电流信号就意味着切换时刻不会造成控制阀阀位变化，因此切换是无扰动的。 （4）、当副环切入自动后控制稳定，主变量接近或等于给定值时，调整主控制器的内给定旋钮，使主控制器偏差表指示为零。此时主控制器的自动输出电流跟踪等于手动输出电流，于是可将主控制器切入自动。至此，系统则处于串级工作状态，而切换是无扰动的。 3、串级系统的参数整定： 与单回路的情况相同，串级控制系统也是在控制系统器投入自动后，通常并不能保证控
学院 过程控制系统实验报告书 实验名称串级控制系统整定 专业自动化专业 班级 指导教师 姓名 学号 实验日期
串级控制系统整定 一、实验目的 (1)掌握动态模型的创建方法.。 (2)掌握串级控制系统整定方法。 (3)了解控制系统的特点。 （4）了解串联控制系统的特点。 二、实验器材 计算机一台，MATLAB软件 三、实验原理 .串级控制系统：就是由两个调节器串联在一起，控制一个执 行阀，实现定值控制的控制系统。 .串级控制系统的通用方框图： .串级控制系统特点：（1）改善了被控过程的动态特性。 （2）提高了系统的工作频率。 （3）具有较强的抗扰动能力。 （4）具有一定的自适应能力。 .两步整定法
（1）工况稳定时，闭合主回路，主、副调节器都在纯比例作用的条件下，主调节器的比例度置于100%，用单回路控制系统的衰减曲线法整定，求取副调节器的比例度s δ和操作周期s T 。 （2）将副调节器的比例度置于所求得的数值上，把副回路作为主回路中的一个环节，用同样方法整定主回路，求取主调节器的比例度和操作周期。 四、实验步骤 （1）启动计算机，运行MATLAB 应用程序。 （2）在MATLAB 命令窗口输入Smulink,启动Simulink 。 （3）在Simulink 库浏览窗口中，单击工具栏中的新建窗口快捷按钮或在Simulink 库窗口中选择菜单命令File New Modeel,打开一个标题为“Untitled ”的空白模型编辑窗口。 （4）设被控对象的传递函数为： 24 21 (110)(120)s s ?++，要求被调量始 终维持在设定值。设计一个串级控制系统，并且要求控制系统的衰减率为75%，静态误差为零。用MATLAB 创建仿真模型。 （5）按两步整定法整定调节器参数。 （6）按步骤（5）的结果设置调节器参数，启动仿真，通过示波器模块观测并记录系统输出的变化曲线。 （7）施加内扰，观测系统运行情况。 . 衰减曲线法整定参数计算表：