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目录第一章．前馈控制系统 2 第二章.给水控制对象的动态特征 7第三章．给水自动控制系统的基本要求 11 第五章．总结 24 参考文献 24专业班级 自动化09-1 学号 01 姓名 李丰 成绩前馈—反馈复合控制控制系统摘要流量是工业生产过程中重要的被控量之一，因而流量控制的研究具有很大的现实意义。
锅炉的流量控制对石油、冶金、化工等行业来说必不可少。
本论文的目的是锅炉进水流量定值控制，在设计中充分利用自动化仪表技术，计算机技术，自动控制技术，以实现对水箱液位的过程控制。
首先对被控对象的模型进行分析，并采用实验建模法求取模型的传递函数。
然后，根据被控对象模型和被控过程特性并加入PID 调节器设计流量控制系统，采用动态仿真技术对控制系统的性能进行分析。
同时，通过对实际控制的结果进行比较，验证了过程控制对提高系统性能的作用。
随着计算机控制技术的迅速发展，组态技术开始得到重视与运用,它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据控制对象和控制目的任意组态，完成最终的自动化控制工程。
关键词：流量定值；过程控制；PID 调节器；前馈控制；系统仿真……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………第一章．前馈控制系统1. 前馈控制系统的组成在热工控制系统中，由于被控对象通常存在一定的纯滞后和容积滞后，因而从干扰产生到被调量发生变化需要一定的时间。
从偏差产生到调节器产生控制作用以及操纵量改变到被控量发生变化又要经过一定的时间，可见，这种反馈控制方案的本身决定了无法将干扰对被控量的影响克服在被控量偏离设定植之前，从而限制了这类控制系统控制质量的进一步提高。
考虑到偏差产生的直接原因是干扰作用的结果，如果直接按扰动而不是按偏差进行控制，也就是说，当干扰一出现调节器就直接根据检测到的干扰大小和方法按一定规律去控制。
由于干扰发生后被控量还未显示出变化之前，调节器就产生了控制作用，这在理论上就可以把偏差彻底消除。
淋浴水控系统实施方案一、前言。
随着社会经济的不断发展，人们对生活品质的要求也越来越高。
在居家生活中，淋浴是人们日常生活中不可或缺的一部分。
然而，传统的淋浴系统存在着水资源浪费、能源消耗大等问题。
为了解决这些问题，我们有必要对淋浴水控系统进行实施，以提高水资源利用率，减少能源消耗，实现节能环保的目标。
二、系统组成。
淋浴水控系统主要由水温控制器、水流控制器、喷头和排水系统组成。
水温控制器用于调节淋浴水的温度，保障用户在洗浴过程中的舒适度；水流控制器则可以根据用户的需求，控制淋浴水的流量，从而达到节水的效果；喷头的设计和排水系统的优化也是淋浴水控系统中不可忽视的重要组成部分。
三、实施方案。
1. 安装水温控制器。
首先，我们需要在淋浴房内安装水温控制器，根据用户的需求，调节淋浴水的温度。
水温控制器可以根据用户的设定，自动调节水温，避免因为人为操作不当而造成的水温过高或过低的情况，从而保障用户在洗浴过程中的舒适度。
2. 配备水流控制器。
其次，配备水流控制器，根据用户的需求，控制淋浴水的流量。
用户可以通过水流控制器，调节淋浴水的流量大小，从而达到节水的效果。
在不影响用户使用体验的前提下，尽量减少淋浴水的使用量，实现节水的目的。
3. 优化喷头和排水系统。
最后，对喷头和排水系统进行优化。
喷头的设计应该考虑到水流的均匀性，既能保障用户的洗浴体验，又能减少水资源的浪费；排水系统的设计应该考虑到排水的速度和效率，避免因为排水不畅而造成的水资源浪费。
四、实施效果。
通过淋浴水控系统的实施，可以有效地提高水资源的利用率，减少能源的消耗，实现节能环保的目标。
同时，用户在使用淋浴水控系统后，也能够感受到更加舒适、便捷的洗浴体验。
五、结语。
淋浴水控系统的实施方案，可以有效地解决传统淋浴系统存在的水资源浪费、能源消耗大等问题，是一项具有重要意义的工程。
希望通过我们的努力，能够为推动节能环保事业做出一份贡献。
美暖温控系统原理图智能系统说明一、产品说明：1、与普通球阀式分集水器不同，美暖A型及B型分集水器均可实现智能全自动温控；在集水管装设特制的热电内置阀座及活接管接头替代普通球阀，实现可智能温控或手动双向调节，并通过优良的加工工艺和配合精度，保证内置截止阀的开启/关闭行程，从而控制每支路的开启/关闭；2、美暖热电阀：利用法国原装进口的内部热敏蜡阀芯，通电及断电下热敏蜡物理状态的变化及内部弹簧弹性变化，实现顶针的垂直行程。
较普通国产热电阀而言，美暖热电阀由于采用的是进口阀芯，不会有国产热电阀普遍存在的蜡渗漏、使用寿命短、开启/关闭时间不同及行程不同的状况发生。
3、美暖温控器：采用德国技术及设计理念，按键采用导电橡胶技术，保证使用寿命十五万次以上；温控感温探头，设置外露于面板上，美观并保证测量室温的精确性；背板采用铸铁合成，保证安装方便及牢固美观；超薄型设计，人性化操作理念，设置按键锁功能；具备一周每天6个时段编程及液晶定时开关等多种款式。
4、美暖温控系统产品安装简便，热电阀通过螺纹配合的形式，直接安装在集水器阀座上，通过电线与房间温控连接，无须特殊工具。
温控器对应热电阀，可根据实际情况，采用1对1或1对多的方式连接，与房间环路对应。
二、原理说明：1、温控器与热电阀的连线方式，详见温控器说明书；2、通过温控器设置所想要达到的舒适温度，在温控器测量的房间温度低于设定温度时，温控器给出热电阀通电信号，在3分钟后热电阀动作，5分钟后完全打开，由集水器内置阀座的弹簧伸展带动内置的截止阀上行，实现此环路的开启及水流通（如图所示，状态A）；在房间温度高于设定温度时，温控器让热电阀断电，3分钟后动作及5分钟后完全关闭，由热电阀的顶子下行带动内置截止阀下行，关闭环路（如图所示，状态B）。
3、动作过程中，热电阀正面有透明小视窗，可直观的看清热电阀的上、下行动作，方便调试及检验。
4、一周每天六个时段的编程温控，是根据每个人的生活工作时间的不同及节能、舒适、方便的前提下，设置不同时间下不同温度的要求，完全避免由于地暖的热惰性带来的无法调节的问题。
锅炉出水口温度前馈控制一、设计目的随着工业自动化水平的迅速提高,计算机在工业领域的广泛应用,人们对工业自动化的要求越来越高,种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用,使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种需求。
在开发传统的工业控制软件时,当工业被控对象一旦有变动,就必须修改其控制系统的源程序,导致其开发周期长;已开发成功的工控软件又由于每个控制项目的不同而使其重复使用率很低,导致它的价格非常昂贵;在修改工控软件的源程序时,倘若原来的编程人员因工作变动而离去时,则必须同其他人员或新手进行源程序的修改,因而更是相当困难。
通用工业自动化组态软件的出现为解决上述实际工程问题提供了一种崭新的方法,因为它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题,使用户能根据自己的控制对象和控制目的的任意组态,完成最终的自动化控制工程。
组态软件大都支持各种主流工控设备和标准通信协议,并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。
对应于原有的HMI(人机接口软件,Human Machine Interface 的概念,组态软件还是一个使用户能快速建立自己的HMI 的软件工具或开发环境。
在组态软件出现之前,工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI应用,开发时间长,效率低,可靠性差;或者购买专用的工控系统,通常是封闭的系统,选择余地小,往往不能满足需求,很难与外界进行数据交互,升级和增加功能都受到严重的限制。
组态软件的出现使用户可以利用组态软件的功能,构建一套最适合自己的应用系统。
随着它的快速发展,实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容监控组态软件将会不断被赋予新的内容。
二、方案选择1、组态软件目前市场上的组态软件非常的多,并且各有其优点。
但是本次设计我们采用北京三维力控科技有限公司的力控6.1软件。
力控组态软件由下列组件构成:图形界面系统、I/O设备组态系统、实时数据库系统、控制策略部分、以及实时曲线、历史曲线、报表、报警、用户管理等非常强大的功能力控组态软件主要解决的问题:如何与采样、控制设备间进行数据交换;使来自设备的数据和计算机图形画面上的各元素关联起来;处理数据报警及系统报警;存储历史数据并支持历史数据查询;各类报表的生成和打印输出;为使用者提供灵活、多变的组态工具,可以适应不同应用领域的共享。
在本次设计中,运用力控的图形界面开发系统做出基本的监控画面,然后运用力控的历史曲线,实时曲线,专家报表,多功能报警功能实现对系统的全面监控,而组态画面与实际的通讯仪表之间则通过力控的实时数据库来实现。
2、前馈控制前馈控制发生在实际工作开始之前,是未来导向的。
前馈控制是管理层最渴望采取的控制类型,因为它能避免预期出现的问题,而不必当问题出现时再补救。
前馈控制是一种开环控制。
前馈控制采用的普遍方式,是利用所能得到的最新信息,进行认真、反复的预测,把计划所要达到的目标同预测相比较,并采取措施修改计划,以使预测与计划目标相吻合。
前馈控制的基本概念是测取进入过程的干扰(包括外界干扰和设定值变化,并按其信号产生合适的控制作用去改变操纵变量,使受控变量维持在设定值上。
图1锅炉出口温度θ需要维持恒定,选用反馈控制系统。
若考虑干扰仅是流量Q ,则可组成图2前馈控制方案。
方案中选择加热管s G 为操纵变量。
图1 反馈控制图2 前馈控制前馈控制的方块图,如图3。
系统的传递函数可表示为:(((((1S G S G S G S Q S Q PC ff PD += (1-1 式中(s G PD 、(s G PC 分别表示对象干扰道和控制通道的传递函数;(s G ff 为前馈控图3 前馈控制方块图制器的传递函数。
系统对扰动Q 实现全补偿的条件是:0(≠s Q 时,要求0(=s θ可得(s G ff =((S G S G PC PD - (1-2 满足(1-3式的前馈补偿装置使受控变量θ 图4 前馈控制全补偿示不受扰动量Q 变化的影响。
图4表示了这种全补偿过程。
在Q 阶跃干扰下,调节作用c θ和干扰作用d θ的响应曲线方向相反,幅值相同。
所以它们的合成结果,可使θ达到理想的控制连续地维持在恒定的设定值上。
显然,这种理想的控制性能,反馈控制系统是做不到的。
这是因为反馈控制是按被控变量的偏差动作的。
在干扰作用下,受控变量总要经历一个偏离设定值的过渡过程。
前馈控制的另一突出优点是,本身不形成闭合反馈回路,不存在闭环稳定性问题,因而也就不存在控制精度与稳定性矛盾。
三、硬件设计此设计采用我校过程控制实验室的RTGKA 实验对象的检测及执行装置。
此装置包括:检测装置:扩散硅压力液位传感器。
分别用来检测上水箱、下水箱液位和小流量水泵的管道压力;电磁流量计、涡轮流量计分别用来检测小流量泵动力支路流量和单相格兰富水泵动力支路流量;Pt100热电阻温度传感器分别用来检测锅炉内胆、锅炉夹套和对流换热器冷水出口、热水出口、纯滞后盘管出口水温。
执行装置:三相可控硅移相调压装置用来调节三相电加热管的工作电压;电动调节阀调节管道出水量;变频器调节小流量泵。
可以完成包括双水相液位控制、锅炉温度控制、出水口温度控制等多个实验。
此设计只使用出水口温度控制部分。
使用的硬件包括Pt00温度传感器用于检测锅炉内的温度;三相可控硅移相调压用于调节加热管保持锅炉内温度恒定。
图5 系统结构图此外硬件部分还使用了RTGKA型实验对象控制台包括:(1电源控制屏面板:充分考虑人身安全保护,带有漏电保护空气开关、电流型漏电保护器。
(2远程数据采集模块面板: 2块远程数据采集模块面板组成,各装置外接线端子通过面板上自锁紧插孔引出。
用于采集锅炉内的温度。
(3I/O信号接口面板该面板的作用主要是将各传感器检测信号及执行器控制信号同面板上自锁紧插孔相连,再通过航空插头同对象系统连接,便于学生自行连线组成不同的控制系统进行实验,如下图所示:图6 I/O信号接口面板此接口面板可分为八大模块组成,此设计只使用:1、三相SCR移相调压装置:三相电加热管0~380V连续可调交流电压提供装置,可调电压由4~20mA模拟量输出信号控制。
2铂电阻:提供锅炉内胆、锅炉夹套,强制对流换热系统的冷水和热水温度信号。
温度范围为(0~100℃。
3温度变送器:为各个电流信号转化成(1~5V、0.2~1V等标准电压信号提供转换电路。
(通过钮子开关切换可得到50欧姆或250欧姆电路,钮子开关打到ON 为50欧姆,打到OFF为250欧姆。
四、软件设计1、主界面此设计是用力控组态软件监控并控制出水口温度控制系统。
通过力控图形界面开发可设计出本系统的主界面如图7:在主界面中我们可以清楚的看到设计所需的硬件设备,还可以在运行界面中看到温度变化的实时曲线以及历史曲线,还有报表的功能方便用户对系统的数据进行分析和计算。
还可设置报警功能,在系统中出现的故障随时发出报警,方便用户及时排除故障以减少经济损失和可能出现的安全隐患。
图 7 出水口温度前馈控制系统主界面图 8 历史曲线及报警图 9 报表建立了主窗口即明确了组态任务，接下来就要对具体的对象进行连接，即：数据库组态。
在本次设计中由于忽略了许多因素的干扰，仅仅考虑流量的影响，所以只需要建立一个输入点 sr，一个输出点 sc 和一个扰动点 rd 即可。
图 10 数据库组态2、控制策略力控的控制策略是作为实时数据库上的一个组件，他的优点是可以和 HMI 共享全局数据库。
力控的控制策略生成器以过程控制算法为主，包括以下几个控制功能块：变量功能块：为其他功能块提供变量连接数学运算功能块：完成不同变量之间的数学运算程序跳转功能块：完成策略之间的程序跳转逻辑功能块：用于逻辑控制和逻辑运算控制算法功能块：用于标准控制算法的运算与控制在这次设计中在变量功能块中使用数据库输入/输出变量，在控制算法功能块中使用 PID 控制器，组建的控制策略如图 11 所示：图 11 控制策略设置好相应的参数后可以运行系统，对系统进行调试和控制。
图 12 运行系统五设计总结前馈控制是开环控制，在实际应用中很少使用，往往使用前馈—反馈控制系统和前馈—串级控制系统。
在理论上，前馈控制可以实现受控变量的不变性，但在工程实践中，由于下列原因，前馈控制系统依然会存在偏差。
实际的工业对象会存在多个扰动，若均设置前馈通道，势必增加控制系统投资费用和维护工作量。
因而一般仅选择几个主要干扰作前馈通道。
这样设计的前馈控制器对其它干扰是丝毫没有校正作用的。
前馈控制系统中，不存在受控变量的反馈，也即对于补偿的效果没有检验的手段。
因此，如果控制的结果无法消除受控变量的偏差，系统也无法获得这一信息而作进一步的校正。
为了解决前馈控制的这以局限性，在工程中往往将前馈与反馈结合起来应用，构成前馈—反馈控制系统。
这样既发挥了前馈校正作用及时的优点，又保持了反馈控制能克服多种扰动及对受控变量最终检验的长处，是一种适合化工过程控制、较有发展前途的控制方法。
这样为了保证前馈补偿的精度，对控制阀提出了严格的要求，希望它灵敏、线性及尽可能小的滞环区。
此外还要求控制阀前后的压差恒定，否则，同样的前馈输出将对应不同的温度，这就无法实现精确的校正。
为了解决上述两个问题，工程上将在原有的反馈控制回路中再增设一个副回路，把前馈控制器的输出与温度控制器的输出叠加后，作为控制器的给定值。
这就是前馈—串级控制系统。
