过程控制系统课程设计

过程控制系统课程设计一、设计任务书1. 题目PH控制系统2. 设计要求①设计义某化工过程中废液中和的pH控制系统；②对控制系统稳定性进行分析；③对控制系统的参数进行整定；④控制系统Simulink仿真。

3 . 仪器设备A3000现场控制系统，pH控制系统。

二、基本原理pH控制系统子工业，尤其是化工等行业，应用非常广泛。

利用pH控制可以实现化工过程的正常生产过程、造纸厂等化工厂废液达标排放等。

1. pH的特点PH控制系统的主要方式有：有一种碱（或酸）滴定另一种物质使pH值保持在某一值上；对两种分别呈酸性和碱性物质的流量进行控制使pH值保持在某一值上；控制两种物质使混合溶液保持在一定的pH值上。

PH控制和其他控制参数的不同主要有以下两点：●PH滴定曲线的高度非线性；●滴定过程的测量纯滞后特性。

图01为典型的酸碱滴定特性曲线。

从图01知，溶液的pH值随中和流量非线性变化。

图01 典型的酸碱滴定特性曲线显然在控制系统中将pH值的变化转化为中和反应酸碱的控制流量变化，是根据滴定特性曲线进行的。

将滴定特性曲线转化为酸碱流量变化规律的方法主要有三种：●利用非线性阀补偿过程的非线性；●采用三段式滴定调节器，用三条相接的线性段代替非线性滴定曲线；●采用滴定曲线的非线性调节器精确描述滴定曲线。

随着技术的进步，利用非线性阀补偿滴定曲线非线性用的越来越少；而基于计算机功能元器件或计算机的第二种方法和第三种方法应用越来越多。

对滞后的补偿常采用以下三种方法：●微分Smith补偿方法，由于该方法本身适应能力较差，较少使用；●改进的Smith补偿方法；●自适应方法，应用较多的是增益自适应的Smith法。

为了提高控制系统的误差跟踪能力，pH控制系统经常采用的控制策略是PI或PID，不能采用P调节。

2. 三段式非线性调节器和采用滴定曲线的非线性调节器（1）三段式非线性调节器实际中，酸碱中和后通过pH计测得pH值的大小，控制系统当前pH值大小折算成溶液中酸碱量的多少，并调节系统酸碱流量的大小实现要求的pH值。

过程控制系统课程设计(总14页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--过程控制系统课程设计班级：本组成员：2012年01月12日设计报告目录【1】内容一：过程控制课程设计的相关资料 (1)【2】内容二：过程控制课程设计 (6)（1）过程控制系统设计及其主要内容 (6)（2）被控对象特性分析 (6)（3）控制系统控制结构原理图 (7)（4）控制系统工艺流程图 (8)（5）一次仪表选型表 (10)（6）课程设计总结 (11)（7）参考文献 (12)内容一：过程控制课程设计的相关资料一．液位控制系统中PID控制数字PID控制是在实验研究和生产过程中采用最普遍的一种控制方法，在水箱控制系统中有着极其重要的控制作用。

常用的PID控制系统原理框图如下所示：PID控制器是一种线性控制器，它是根据给定值r(t)与实际输出值c(t)构成偏差PID控制规律为：写成传递函数形式为：PID是比例,积分,微分的缩写形式：比例调节作用：是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。

比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。

积分调节作用：是使系统消除稳态误差,提高无差度。

因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。

积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强。

反之Ti大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。

积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。

微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。

因此,可以改善系统的动态性能。

在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。

微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。

过程控制的课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解过程控制的基本概念，掌握其核心原理；2. 使学生能够运用所学知识，分析并解决实际过程中的控制问题；3. 引导学生了解过程控制在不同领域的应用，拓展知识视野。

技能目标：1. 培养学生运用数学模型描述实际过程的能力；2. 提高学生设计简单过程控制系统并进行仿真实验的能力；3. 培养学生运用现代工具对过程控制问题进行分析和解决的能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对过程控制学科的兴趣和热情，激发求知欲；2. 引导学生树立正确的工程观念，认识到过程控制在国民经济发展中的重要作用；3. 培养学生的团队合作意识和严谨的科学态度，提高责任感。

课程性质：本课程为应用性较强的学科，旨在培养学生的实际操作能力和创新精神。

学生特点：学生具备一定的物理、数学基础，具有较强的逻辑思维能力和动手能力。

教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，强调在实际问题中发现、分析、解决问题的能力。

通过课程学习，使学生能够将所学知识内化为具体的学习成果，为后续相关课程的学习和实际工作打下坚实基础。

二、教学内容1. 过程控制基本概念：控制系统组成、开环与闭环控制、控制系统的性能指标；2. 数学模型描述：传递函数、状态空间表示、线性系统的特性；3. 过程控制原理：PID控制算法、超前-滞后校正、串并行控制；4. 过程控制系统设计：系统建模、控制器设计、系统仿真；5. 过程控制应用案例分析：工业生产过程、生物医学工程、环境监测等领域的应用实例；6. 现代过程控制技术：智能控制、网络控制、大数据在过程控制中的应用。

教学大纲安排：第一周：过程控制基本概念及性能指标；第二周：数学模型描述及传递函数；第三周：过程控制原理及PID控制算法；第四周：过程控制系统设计及建模；第五周：过程控制应用案例分析；第六周：现代过程控制技术及其发展趋势。

教学内容与教材关联性：教学内容紧密结合教材章节，涵盖教材中过程控制的核心知识，注重理论与实践相结合，以提高学生的实际应用能力。

过程控制 课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解过程控制的基本概念，掌握其原理和分类。

2. 使学生掌握过程控制系统中常用的数学模型及其应用。

3. 引导学生了解过程控制系统的设计方法和步骤。

技能目标：1. 培养学生运用数学模型分析和解决过程控制问题的能力。

2. 培养学生设计简单过程控制系统的能力，能根据实际需求选择合适的控制策略。

3. 提高学生运用现代工具（如计算机软件）进行过程控制系统仿真的技能。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对过程控制学科的兴趣和热情，激发他们探索未知、勇于创新的科学精神。

2. 培养学生具备良好的团队合作意识，学会与他人共同分析问题、解决问题。

3. 引导学生认识到过程控制在工业生产、环境保护等领域的重要作用，增强他们的社会责任感和使命感。

分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程目标旨在让学生掌握过程控制的基本知识和技能，培养他们解决实际问题的能力。

通过课程学习，学生将能够：1. 理论联系实际，运用所学知识分析、解决过程控制问题。

2. 掌握过程控制系统的设计方法和步骤，具备一定的控制系统设计能力。

3. 提高自身的科学素养，培养良好的团队合作精神和创新意识。

4. 关注过程控制在社会生产中的应用，为我国工业发展和环境保护做出贡献。

二、教学内容1. 过程控制基本概念：包括过程控制定义、分类、发展历程及其在工业中的应用。

教材章节：第一章 绪论2. 过程控制系统数学模型：介绍控制系统的传递函数、状态空间表达式、方块图及其相互转换。

教材章节：第二章 数学模型3. 过程控制策略：讲解比例、积分、微分控制规律，以及串级、比值、前馈等复合控制策略。

教材章节：第三章 控制策略4. 过程控制系统设计方法：阐述控制系统的设计原则、步骤和方法，包括稳定性分析、性能指标和控制器设计。

教材章节：第四章 系统设计与分析5. 过程控制系统仿真：介绍过程控制系统仿真软件及其应用，通过实例演示仿真过程。

教材章节：第五章 系统仿真与实现6. 过程控制案例分析：分析典型过程控制系统的实际问题，探讨解决方案。

过程控制系统课程设计过程控制系统课程设计引言：过程控制系统是工程技术中的重要组成部分，它负责对工业过程进行监控与控制，以确保工艺的稳定性和高效性。

在过程控制系统课程设计中，学生将探讨过程控制系统的原理与应用，并通过实践设计一个实际的过程控制系统。

一、绪论过程控制系统又称作工业控制系统，它广泛应用于化工、电力、机械制造等领域。

过程控制系统的主要目标是监控和控制工业过程，以确保产品质量、提高生产效率和降低能源消耗。

通过对传感器的采集和执行器的控制，过程控制系统可以实现自动化的生产。

二、过程控制系统的组成1.传感器与执行器：传感器负责采集工业过程中的各项参数，如温度、压力、流量等。

执行器则负责根据控制系统的指令，对工艺过程进行调节和控制。

2.控制器：控制器是过程控制系统的核心，它根据传感器采集到的数据，通过算法和控制策略进行分析和判断，产生相应的控制信号送往执行器。

3.人机界面：人机界面是人与过程控制系统之间的桥梁，它提供了一个直观、友好的操作界面，使操作人员可以实时地监控和控制生产过程。

三、过程控制系统的设计步骤1.确定系统的目标：在设计过程控制系统前，首先需要明确系统的目标，即要控制的工艺过程中所需达到的标准和要求。

2.收集和分析数据：通过传感器采集工艺过程中的数据，并进行数据分析，了解工艺过程的变化规律和特点。

3.建立模型：根据收集到的数据，建立工艺过程的数学模型，用于后续的控制系统设计。

4.选择控制策略：根据工艺过程的性质和目标要求，选择合适的控制策略，如PID控制、模糊控制、神经网络控制等。

5.设计控制算法：根据选择的控制策略，设计相应的控制算法，并将其实现在控制器中。

6.仿真和优化：使用仿真工具对设计好的控制系统进行仿真，并进行调整和优化，以使系统的性能符合要求。

7.实现与调试：根据控制器的设计方案，采购和安装相应的硬件设备，并进行调试和验证。

8.监控与维护：设计好的过程控制系统需要持续地进行监控和维护，以确保系统的稳定性和可靠性。

《过程控制系统》任务书一、课程设计目的及基本任务通过本课程设计将了解自动控制工程设计的基本概念、基本方法、设计原则及设计思想的表达。

通过该课程设计的学习，应能达到：（1）熟悉自控工程初步设计及施工图设计的基本内容及深度要求。

（2）能读懂自控工程初步设计及施工图设计的各种文件、图纸，并能根据这些设计资料进行工程实施。

（3）熟悉自控元件的工程表达，会查阅相关的标准和手册，能完成简单的自控工程设计。

二、课程设计学习内容（1）了解工程设计的内容（2）熟悉管道仪表流程图的画法（3）了解自控设备的选型原则（4）了解工程设计的深度要求及各设计环节的基本设计方法三、课程设计基本要求及意义要求：根据指定的工艺背景及物理模拟装置的具体情况，自行确定工艺要求及工艺参数，包括：正常工作流量、液位、温度、报警限值、启停工作顺序等。

意义：使学生建立起过程控制工程设计的概念，对过程控制工程设计有一整体的连接。

四．课程设计题目1、35吨过热蒸汽锅炉给水系统自控工程设计（常规仪表控制方案）2、35吨过热蒸汽锅炉给水系统自控工程设计（DCS方案）3、35吨过热蒸汽锅炉燃烧系统自控工程设计（常规仪表控制方案）4、35吨过热蒸汽锅炉燃烧系统自控工程设计（DCS方案）5、35吨过热蒸汽锅炉过热蒸汽系统自控工程设计（常规仪表控制方案）6、35吨过热蒸汽锅炉过热蒸汽系统自控工程设计（DCS方案）7、35吨过热蒸汽锅炉给水调节阀选型，蒸汽流量测量孔板计算。

（常规仪表控制方案）8、35吨过热蒸汽锅炉给水调节阀选型，蒸汽流量测量孔板计算。

（DCS方案）五．学生应交出的设计文件1．初步设计说明，包括：1）总体设计思路、自动化水平；2）自动检测、调节项目设计及选型依据；3）控制方式、自动控制系统方块图。

2．原理方框图3．仪表、自动化设备选型表4．绘制管道仪表流程图（P&ID）5．控制盘盘前布置图6．仪表、自动化设备接线图7．仪表数据表8．自控设备表9．截流元件计算书及流量仪表选型10．阀门选型计算书及阀门选型11．自控设计预算书系统组态应包括：至少两个以上工艺画面、所有测量参数的显示、手动及自动操作界面、主要参数的记录及趋势图、调节及显示仪表的设置及整定界面和现场运行及整定。

过程控制类课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解过程控制的基本概念，掌握其原理和应用范围。

2. 学生能够掌握过程控制系统的数学模型，并能够运用相关公式进行简单计算。

3. 学生能够了解过程控制中的常见参数，如偏差、控制变量、扰动等，并理解它们在控制系统中的作用。

技能目标：1. 学生能够运用所学的过程控制知识，设计简单的控制系统，并分析其性能。

2. 学生能够运用图表、仿真软件等工具对过程控制系统进行模拟和优化。

3. 学生能够通过实验操作，观察过程控制现象，培养实际操作能力和观察能力。

情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到过程控制在实际工程领域的重要性和广泛应用，增强对工程技术的兴趣。

2. 学生能够在团队合作中发挥个人优势，培养沟通协作能力和解决问题的能力。

3. 学生能够关注过程控制技术对社会和环境的影响，树立正确的工程伦理观念。

分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程目标旨在使学生在掌握过程控制基本知识的基础上，能够将其应用于实际问题的分析和解决。

通过本课程的学习，学生将具备一定的过程控制系统设计和优化能力，同时培养良好的团队合作精神和工程伦理观念。

为实现这些目标，课程将重点关注知识点的实际应用，结合实验、案例分析等教学方法，使学生能够将理论知识与实际操作相结合，提高教学效果。

二、教学内容本章节教学内容主要包括以下几部分：1. 过程控制基本概念：介绍过程控制定义、分类及应用领域，使学生了解过程控制的基本框架。

教学内容：第一章第一节“过程控制的基本概念”。

2. 过程控制数学模型：讲解过程控制系统的数学描述，包括传递函数、状态空间表达式等。

教学内容：第一章第二节“过程控制的数学模型”。

3. 过程控制参数：阐述偏差、控制变量、扰动等参数的定义及在控制系统中的作用。

教学内容：第一章第三节“过程控制参数及其作用”。

4. 过程控制策略：介绍PID控制、模糊控制等常见控制策略，分析其优缺点及适用场景。

教学内容：第一章第四节“过程控制策略”。