过程控制课程设计-流量比值控制Word版

过程控制系统课程设计指导书林梅金张彩霞肖红军编佛山科学技术学院机电和信息学院2007年9月目录第一部分课程设计的目的和要求 (1)第二部分课程设计的总体描述 (3)一实验装置说明 (3)二被控对象特性测试举例 (10)第三部分课程设计选题 (13)课题一锅炉夹套和被加热介质的温度控制 (13)课题二双闭环流量比值控制 (20)课题三温度的滞后控制 (27)课题四流量的滞后控制 (30)第一部分课程设计的目的和要求一前言过程控制通常是指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，它是自动化技术的重要组成部分。

在现代化工业生产过程中，过程控制技术正在为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、改善劳动条件、保护生态环境等方面起着越来越大的作用。

二课程设计目的在本课程设计中，通过一个完整的生产过程控制系统的设计，使学生在进一步加深理解和掌握《过程控制系统》课程中所学内容的基础之上，着重训练学生将《过程检测和控制仪表》、《自动控制原理》、《微机控制技术》和《过程工程基础》等课程中所学到知识进行综合使用。

锻炼学生的综合知识使用能力，让学生了解一般工程系统的设计方法、步骤，系统的集成和投运。

三课程设计要求按课程设计指导书提供的课题，根据给出的设计任务，自己设计系统结构，分析系统的特点和系统特性，按“可选”的被控对象设计相应的控制系统，并在实验室连接系统部件、构造硬件系统。

可以自己跳线、连线，并连好对象、控制器、计算机。

通过用控制器、监控计算机和实验对象的联机调试、执行、观察结果，达到预期使用功能和控制目的，比较不同方案的使用效果，完整的设计任务书。

1.能够查阅工艺过程相关资料。

2.依据工艺要求分析、比较、设计方案（对其合理性、工作原理及工作过程做出说明）。

3.被控对象以及仪器仪表的描述。

4.控制方案的选择及其论述，控制系统方框图及其说明。

5.完成对象的特性曲线的测试，建立对象的数学模型。

《过程控制》课程教学大纲课程中文名称：过程控制课程英文名称：Process Control课程编号：C1050 应开课学期：6学时数：32 学分数：2适用专业：自动化课程类型：专业拓展课/必修先修课程：电子技术基础、自动控制理论、计算机控制技术、传感器与检测技术一、课程性质过程控制主要研究以工业过程模型为被控对象、模拟控制和数字控制为控制手段的工业过程计算机控制系统，主要内容包含过程控制系统的组成、建模、基本控制规律以及整个过程控制系统的设计等，它是自动化专业的一门专业拓展课程。

二、课程目标通过本课程的学习，使学生熟练掌握过程对象的建模方法、过程参数的检测与变送以及常规过程控制系统的基本控制方法、复杂过程控制系统的控制方法等。

通过本课程的理论教学，使学生能够根据生产过程任务要求，采用适宜的技术手段对生产过程加以控制。

三、支撑的毕业要求课程对毕业要求的支撑课程教学目标、达成途径和评价依据等毕业要求3.掌握工程基础知识和本专业的基本理论知识，具有系统的工程实践学习经历；了解本专业的前沿发展现状和趋势；教学目标：理解和掌握过程控制学科的发展概况与发展趋势，学习过程控制的基础理论。

达成途径：通过课堂讲解，仿真验证，课外作业。

评价依据：学习态度；课堂提问；考试成绩。

评价方式：平时成绩；考试成绩。

毕业要求5,掌握基本的创新方法，具有追求创新的态度和意识; 具有综合运用理论和技术手段设计系统和过程的能力，设计过程中能够综合考虑经济、环境、法律、安全、健康、伦理等制约因素；教学目标：使学生能够创造性地运用过程控制的基本理论和基本方法进行过程控制系统的设计。

达成途径：学习各章基础理论，在此基础上培养学生过程控制系统的设计能力，提高学生的创新意识。

评价依据：学习态度；课堂提问；考试成绩。

评价方式：平时成绩；考试成绩。

四、教学内容、学时安排和基本要求第一章绪论（2学时）重点难点：控制系统的组成、控制系统的性能要求（1）了解典型的过程控制问题、过程控制系统的发展概况。

(一)采用 MATLAB 仿真；所有仿真，都需要做出以下结果：( 1 ) 超调量( 2 ) 峰值时间( 3 ) 过渡过程时间(4) 余差( 5 ) 第一个波峰值( 6 ) 第二个波峰值( 7 ) 衰减比( 8 ) 衰减率( 9 ) 振荡频率( 10 ) 全部 P 、I 、 D 的参数( 11 ) PID 的模型(二)每人一个题目，自己完成课程设计报告，报告的格式如图论文格式一． 液氨的水温控制系统设计液氨蒸发器主、副对象的传递函数分别为：G (s) = 1 ，G (s) = 1 e 一0.1s 01 (20s +1)(30s +1) 02 0.2s +1主、副扰动通道的传递函数分别为：G (s) = 1 ，G (s) = 1 f 1 0.2s +1 f 2试分别采用单回路控制和串级控制设计温度控制系统，具体要求如下：( 1 ) 分别进行控制方案设计，包括调节阀的选择、控制器参数整定，给出相应的闭环系统原理图；( 2 ) 进行仿真实验，分别给出系统的跟踪性能和抗干扰性能(包括一次扰动和二次扰动)；( 3 ) 说明不同控制方案对系统的影响。

二．炉温控制系统设计设计任务：某加热炉的数学模型为G(s) = e一150s ，试设计大时延控制系统，具体要求如下：( 1 ) 仿真分析以下控制方案对系统性能的影响： PID 、微分先行、中间微分、Smith 预估、增益自适应预估；给出相应的闭环控制系统原理图；( 2 ) 在不同控制方式下进行仿真实验，比较系统的跟踪性能和抗干扰性能；选择一种较为理想的控制方案进行设计，包括调节阀的选择、控制器参数整定。

三．锅炉夹套与被加热介质的温度控制1.设计任务(可 2 人选此题)了解、熟悉锅炉夹套与内胆温度控制系统的工艺流程和生产过程的静态、动态特性，根据生产过程对控制系统所提出的安全性、经济性和稳定性要求，结合所学知识实现温度的控制。

2.设计要求( 1 ) 从组成、工作原理上对工业型传感器、执行机构有一定的了解和认识。

MATLAB/Simulink与过程控制系统仿真第八章比值控制系统110072A12010072022 魏兴8.1 比值控制系统基础知识8.2 比值控制系统设计8.3 综合仿真实例8.1 比值控制系统基础知识8.1.1比值控制系统特点比值控制系统的特征: 是实现两个或两个以上物料保持一定比例关系。

1.主物料，也称为主动量:在要保持一定比例关系的物料中，把起主导作用的物料。

2.从物料，也称为从动量:另一种随主物料的变化而成比例地变化的物料3.在过程控制中经常保持比例的参量是流量，故常用下式表示 21Q K Q8.1.2 比值控制系统的类型根据生产过程中工艺容许的负荷、干扰、产品质量等要求不同，实际采用的比值控制方案也不同。

比值控制系统分为：1. 开环比值控制系统；2. 单闭环比值控制系统；3. 双闭环比值控制系统；4. 变比值控制系统等。

1．开环比值控制系统工艺流程图和原理方框图如图所示。

2．单闭环比值控制系统单闭环比值控制系统是在开环比值控制系统上增加对副物料的闭环控制回路，用以实现主、副物料的比值保持不变。

工艺流程图及原理框图如图所示。

3．双闭环比值控制系统在双闭环比值控制系统工作时，若主动量受到干扰发生波动，则主动量回路对其进行定值控制，使主动量始终稳定在给定值附近，同时从动量控制回路也会随主动量的波动进行调整；当从动量受到扰动发生波动时，从动量控制回路对其进行定值控制，使从动量始终稳定在定值附近，而主动控制回路不受从动量波动的影响。

因此，因扰动而发生的主动量和从动量波动利用各自控制回路分别实现实际值与给定值吻合，从而保证主、副物料流量的比值恒定。

当调节主动量给定值时，主动量控制回路调节主动量实际值和给定值吻合；同时，根据主动量与从动量的比值及新的主动量给定值，系统给出从动量控制回路的输入值。

通过从动控制回路的调节控制使从动量的实际值与该输入值吻合，即从动控制量的实际值与主动量变动后的数值相对应，保持主动量和从动量的比值不变。

过程控制课程设计题目: 基于组态软件的比值过程控制系统设计姓名：学号：班级：目录1设计目的 (3)2控制要求 (3)3干燥器原理 (3)4仪表选型 (4)5 控制方案的选择比值控制系统参数选 (4)6 控制参数的确定 (5)7 系统方块图 (5)8 被控对象特性，控制算法 (6)9 比值系数的确定 (6)10进行系统仿真，调节控制参数，分析系统性 (6)组态画面 (8)总结 (9)1.设计目的利用温度比值控制来控制一个干燥器调整乳液的干燥程度，从而得到合格的乳液。

2.控制要求通过加热器加热空气，再和乳液混合蒸发乳液中的水分并随湿空气混合后，再进行分离。

3.干燥器原理由于乳化物属于胶体物质，激烈搅拌易固化，不能用泵输送。

帮采用高位槽的办法，即浓缩的乳液由高位槽流经过滤器A或B（两个交换使用，保证连续操作），除去凝结块等杂物，再通过干燥器顶部从喷嘴喷出。

空气由鼓风机直接来的空气混合后，经过风管进入干燥器，从而蒸发出乳液中的水分，并随湿空气混合后，再进行分离。

生产工艺对干燥后的产吕质量要求很高，水分含量不能波动太大，因而对干燥的求严格控制。

下图为乳化物干燥过程中的喷雾式干燥工艺设备的原理图。

4.仪表选型根据流程图，需要选择一个流量测量变送器、一个温度测量变送器、一个流量调节阀。

①流量变送器的选择。

流量测量仪表也称为流量计，它通常由一次仪表和二次仪表组成。

一次仪表亦称为传感器，二次仪表称为显示装置或变送器。

差压式流量计基于在流通管道上设置流动阻力件，流体通过阻力件时将产生差压，此差压与流体流量之间有确定的数值关系，通过测量压差值便可求得流体流量，并转换成电信号输出。

因此，差压式流量计由产生压差的装置和差压计两部分组成，其结构简单，可靠。

节流式流量计可用于测量气体、液体或蒸汽的流量。

②温度测量变送器的选择。

温度测量的方法很多，一般可分为接触式测温法和非接触式测温法。

接触式测温法是测量体与被测物体直接接触，两者进行热交换并最终达到热平衡，这时测量体的温度就反应了被测物体的温度，而非接触式测温法的误差较大。

课程设计任务书学生姓名：专业班级：自动化0905班指导教师：傅剑工作单位：自动化学院题目: 锅炉汽包水位单冲量控制系统的设计初始条件锅炉汽包水位自动调节的任务是给水量与锅炉蒸发量相平衡，并维持汽包水位在工艺规定的范围内。

汽包水位过高会影响汽水分离效果，水位过低则损坏锅炉。

以汽包水位为控制量，以给水量为被控量。

该对象的只要蒸汽负荷为扰动量，试设计一控制系统，使汽包水位维持在120㎝，稳态误差±0.4㎝，以满足生产要求。

要求完成的主要任务:1、了解锅炉生产蒸汽工艺设备及其工作流程2、基于对象特点分析，绘制液位控制系统方案图3、确定系统所需检测元件、执行元件、控制器技术参数4、撰写系统调节原理及调节过程说明书5、锅炉汽包水位单冲量控制系统进行数值仿真6、总结课程设计的经验和收获时间安排1月14日选题、理解课题任务、要求1月15日方案设计1月16日-17日参数计算、撰写说明书1月18日答辩指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日摘要锅炉是工业过程中不可缺少的动力设备，为确保安全，稳定生产，对锅炉的自动控制十分重要，其中汽包水位是一个非常重要的被控变量。

锅炉是一个较为复杂的调节对象，为保证提供合格的蒸汽以适应负荷的需要，与其配套设计的控制系统必须满足各主要工艺参数的需要。

汽包水位是锅炉运行的主要指标。

保持的水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件。

因为水位过高，会影响汽包内汽水分离，饱和水蒸气带水过多，使过热器管壁结垢并损坏，同时使过热蒸汽的温度急剧下降。

如果该带液蒸汽被用户用来带汽轮机，将会损坏汽轮机的叶片。

水位过低，由于汽包内的水量较少，而负荷很大时，水的汽化速度加快，来不及时加以控制，将使汽包内的水全部汽化，导致水冷壁烧坏，甚至引起爆炸。

因此必须对锅炉汽包水位进行严格控制.汽包水位自动调节的任务是给水量与锅炉蒸发量相平衡，并维持汽包水位在工艺规定的范围内。

保持锅炉汽包水位在一定范围是锅炉稳定安全运行的主要指标。