锅炉流动水温度控制系统 过程控制课设 2Word文档下载推荐.docx

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课程名称

过程控制系统

设计名称

锅炉流动水温度控制系统

设计周数

1周

指导教师

设计

任务

主要

参数

本设计的锅炉控制系统，由以下几部分组成，即锅炉本体、一次仪表、控制系统、上位机、手自动切换操作、执行机构及阀、电机等部分组成，一次仪表将锅炉的温度、压力、流量、氧量、转速等量转换成电压、电流等送入微机。

控制系统包括手动和自动操作部分，手动控制时由操作人员手动控制，用操作器控制变频器、滑差电机及阀等，自动控制时对微机发出控制信号经执行部分进行自动操作。

微机对整个锅炉的运行进行监测、报警、控制以保证锅炉正常、可靠地运行，除此以外为保证锅炉运行的安全

设计内容

设计要求

编写设计说明书：

提出控制系统的基本任务和要求；

被控对象动态特性分析；

选择控制系统控制结构，画控制原理图；

选择测点和调节机构画控制系统工艺流程图；

根据控制原理图，进行控制系统仿真实验，控制器参数整定；

设计小结。

主要参考

资料

【1】、孙洪程，翁唯勤编．过程控制工程设计．化工出版社，2001．

【2】俞金寿，向衍庆，邱宣振编．化工自控工程设计．华东化工学院出社．

【3】秦起佑编．工业自动化仪表手册．机械工业出版社，1995．

学生提交

归档文件

课程设计一份

注：

1.课程设计完成后，学生提交的归档文件应按照：

封面—任务书—说明书—图纸的顺序进行装订上交（大张图纸不必装订）

2.可根据实际内容需要续表，但应保持原格式不变。

指导教师签名：

日期：

……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………

专业班级自动化0学号20姓名成绩

摘要

过程控制课程设计是过程控制课程的一个重要组成部分。

通过实际题目、控制方案的选择、工程图纸的绘制等基础设计和设计的学习，培养学生理论与实践相结合能力、工程设计能力、创新能力，完成工程师基本技能训练。

使学生在深入理解已学的有关过程控制和MATLAB仿真的基本概念、组成结构、工作原理、系统设计方法、系统设计原则的基础上，结合联系实际的课程设计题目，使学生熟悉和掌握MATLAB的设计和调试方法，初步掌握控制系统的工程性设计步骤，进一步增强解决实际工程问题的能力。

关键词：

过程控制；

设计；

MATLAB；

…………………………………装……………………………………订………………………………………线……………………………………………

目录

摘要1

第1章概述6

1.1PID控制6

1.2模糊控制7

1.3预测控制7

1.4神经网络8

1.5先进控制技术9

1.6结语

第二章：

锅炉流动水温度控制系统的设计方案9

2.1设计思路9

2.2控制系统：

10

2.2.1简单控制系统10

2.2.2串级控制10

2.3串级控制系统工艺流程图：

11

2.4仪表选型表11

2.5现场仪表说明：

13

2.6DCSI/O点位号、注释、量程、单位、报警限及配电设置表14

2.7控制回路方框图14

2.8仿真串级控制与单回路控制系统抗干扰性能仿真16

第三章课程设计心得体会17

第四章附录18

参考文献19

概述

当前先进控制与优化控制软件的二次开发量较大，从设计，测试，仿真研究，到实际工业装置投运周期较长。

为此今后应开发一些二次开发量较少的先进控制与优化控制软件，以适应市场需要。

同时，还将进一步开发鲁棒性强，适应性宽（操作条件、原料性质等），性能价格比优的商品化先进控制与优化控制软件，适应国内大中型企业需要。

1.1PID控制

随着生产工艺的日益复杂和人们对工业过程总体性能要求的不断提高，传统的建立在对象模型上的控制方法往往难以满足闭环优化控制的要求，基于知识且不依赖于模型的智能控制为解决这类问题提供了新的思路，成为目前提高过程控制质量的重要途经。

模糊控制是智能控制研究中晟为活跃而富有成果的领域，其中模糊ＰＩＤ控制技术扮演了十分重要的角色，并且仍将成为未来研究与应用的重点技术之一这是因为ＰＩＤ类型的控制技术在工业过程控制中仍占有主导地位，如果能发现性能优于ＰＩＤ的控制器，且具有类似ＰＩＤ易于使用的特点，无论在理论还是实践上都将具有重要的意义

1.2模糊控制

模糊控制是智能控制的一个重要分支，其主要思想是把现场操作人员的经验知识等逻辑规则的语言表达转化为相关的控制量，在建立专家“知识”的基础上，模仿人的思维过程，通过对模糊信息采用“不精确推理”，可以有效地处理控制系统中的不精确和不确定性，解决许多复杂而无法建立精确数学模型系统的控制问题。

模糊控制的研究发展经历了“理论一应用一理论”的交替热潮过程。

囟１９６５年Ｚａｄｅｈ教授创建模糊集合论“”和１９７４年Ｍａｍｄａｎｉ成功地将模糊控制应用于锅炉和蒸气机控制””以来，模糊控制器被广泛应用于热交换过程控制、污水处理过程控制、水泥窑控制、以及汽车速度控制等多种典型场合，取得了良好的控制效果，还生产出了专用的模糊芯片和模糊计算机，充分展示了模糊控制技术的应用前景。

近几十年来，模糊控制研究已经在经济、医学尤其是工业应用方面取得了巨大的发展，大量的模糊技术产品已经在工业及民用方面得到应用。

模糊控制的飞速发展应主要归结于它的一些明显特点：

（1）控制系统的设计不需要知道被控对象的数学模型。

模糊控制只需要提供现场操作人员或专家的经验知识，其系统模型隐含地包含在模糊规则、模糊运算和模糊集中。

模糊规则将描述系统状态变量的模糊集与模糊控制器的输出联系起来，从这个意义上说，模糊控制是将模糊建模任务与系统控制任务结合成一个任务，从而避免了单独建模的复杂性。

（2）系统的鲁棒性强，对参数的变化不灵敏。

模糊控制出于采用的不是二值逻辑，而是一种连续多值逻辑，所以当系统参数变化时，能比较容易地实现稳定的控制。

（3）具有智能性。

模糊控制中的知识表示、模糊规则和合成推理是基于专家知识或熟练

操作者的成熟经验。

由于控制过程模仿人的思维过程，介入了人类的经验，因而具备一定的智能性，能够处理复杂的系统。

（4）控制相对简单。

模糊控制提供了一种建立非线性控制器而无须复杂的非线性控制理论和数学知识的方法，这与传统的控制器形成了鲜明的对比。

目前模糊控制器设计主要是通过计算机仿真和试凑法，只要调整好模糊因子、模糊集和模糊规则等参数，就能取得良好的控制效果。

这也是模糊控制在工业中得到普遍应用的原因之一。

然而，不同于传统控制技术，模糊控制理论的发展似乎落后于模糊控制应用的发展，缺乏常规控制理论指导是阻碍模糊控制理论发展的一个重要因素“”，如模糊控制器的系统化设计方法、稳定性分析、模糊规则“爆炸”及其非线性逼近能力等问题都有待于进一步深入探索和研究。

另外，为解决模糊控制对信息的简单模糊处理而导致的系统控制精度降低和动态品质变差问题，目前混合模糊控制的思想已引起广泛重视，如模糊ＰＩＤ控制、自校正模糊控制器、模糊专家系统、模糊神经网络控制等

1.3预测控制

模型预测控制通常可分为两类：

第一类为基于非参数化模型的模型预测控制（MPC）主要代表是MPHC,DMC等.这类预测控制方法的特点是!

脉冲响应和阶跃响应在工业现场易于获得,不再需要复杂的系统辨识建模/采用反馈校正基础上的在线滚动优化取代传统最优控制/因而可以克服各种不确定性的影响,增强控制的鲁棒性,而且在线计算简单.因此这类算法很适合于实际工业过程的控制需要,很快引起了广泛兴趣并得到大量成功应用.

第二类是基于参数化模型的预测控制,主要有Clarke（1987）提出的广义预测控制（GeneralizedPredictiveControl,简称GPC）,这类算法保持了MPC算法的基本特征,不同的是所采用的模型是受控自回归积分滑动平均模型（ControlledAuto-IntegratedMovingAverageModel简称CARIMA。

1.4神经网络

人工神经网络（ArtificialNeuralNetwork或ANN）是由许多处理单元,又称神经元,按照一定的拓扑结构相互连接而成的一种具有并行计算能力的网络系统。

这种网络系统具有非线性大规模自适应的动力学特征。

它试图通过模拟人脑神经网络处理信息的方式,从另一个研究角度,来获取具有人脑那样的信息处理能力。

由于对人工神经网络的研究和人的神经网络的研究密不可分,所以把人工神经网络亦称为神经网络（NeuralNetwork或NN）。

为了模拟人脑信息处理的机能,人工神经网络显示出人脑所具有的某些基本特征[1]。

其具体表述如下:

（1）信息可分布存储,且容量大,容错性较好;

（2）可大规模并行处理收集到的网络信息;

（3）自学习,自组织,自适应性强;

（4）神经网络的行为是大量神经元的集体行为,并不是各单元行为的简单相加,而表现出一般复杂非线性动态系统的特征;

（5）神经元可以处理一些环境信息十分复杂,知识背景不清楚和推理规则不明确的问题。

1.5先进控制技术

　　流程工业过程是一个复杂的工业过程，具有大量的不确定性、非线性、多变量耦合、大滞后和状态不完全性等特点。

因而，流程工业过程的控制系统的设计存在着极大的困难，而传统的PID控制算法则难以满足其控制质量与效益要求。

随着现代计算机技术、人工智能、网络技术以及优化技术的发展，先进控制技术（APC——AdvancedProcessControl）在流程工业过程中得到了应用，并取得了成功，极大地促进了流程工业的生产操作水平的提高，并有效地实现了节能减排。

全世界投用的APC已有数千项，APC的投入产出效益已被公认，一般投资回报率为10美元／1美元，优化技术的经济效益更大，投资偿还期不到1年。

本文对先进控制技术在流程工业过程中的应用现状进行阐述，并对应用案例及其发展前景进行了概略地介绍。

在复杂工业生产过程中，一个良好的控制系统不但要保护系统的稳定性和整个生产的安全，满足一定约束条件，而且应该带来一定的经济效益和社会效益。

然而设计这样的控制系统会遇到许多困难，特别是复杂工业过程往往具有不确定性（环境结构和参数的未知性、时变性、随机性、突变性）、非线性、变量间的关联性以及信息的不完全性和大纯滞后性等，要想获得精确的数学模型十分困难。

现代复杂的工业生产过程，通过实施先进控制，可以大大提高工业生产过程操作和控制的稳定性，改善工业生产过程的动态性能，减少关键变量的运行波动幅度，使其更接近于优化目标值，从而将工业生产过程推向更接近装置约束边界条件下运行，最终达到增强工业生产过程的稳定性和安全性，保证产品质量的均匀性，提高目标产品的收率，提高生产装置的处理能力，降低生产过程运行成本以及减少环境污染等目的。

　　近年来，先进控制技术在流程工业过程中不断地推广应用，取得良好的效果。

目前国内以石油化工行业为代表的各大企业纷纷启用先进控制技术。

凭借改善过程动态控制的性能、减少过程变量的波动幅度、使生产装置在接近其约束边界的条件下运行（卡边操作）等优势，先进控制技术在