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1、过程控制课程设计过程控制大作业 题 目: 大型煤气炉温度控制系统 班 级： 0602201 学 号： *6 * * * * * 完成时间： 2010年3月16日 一 设计任务及要求一大型煤气炉在稳定后，将系统切到手动转台，将的供气阀门开度增加、持续后结束，记录炉内温度变化数据如下表，试根据实验数据设计一个超调量的无差温度控制系统。t(min)0246810121416182002.557.50152118.4014.50129.607.405.80t(min)2224262830323436384042()4.503.703.002.301.701.200.800.500.400.200.10

2、具体设计要求如下：（1）根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的模型；（2）根据辨识结果设计符合要求的控制系统（给出带控制点的控制流程图，控制系统原理图等，选择控制规律）；（3）根据设计方案选择相应的控制仪表；（4）对设计系统进行仿真，整定运行参数。二 被控对数学模型建模及对象特性分析2.1数学模象的型计算及仿真验证根据矩形脉冲响应数据y，得到阶跃响应数据ys，并进行相应的归一化处理，则得单位阶跃响应数据y* ，如下表：t(min)0246810121416182002.557.50152118.4014.50129.607.405.80y*02.5510.5525.0546.0564.457

3、8.9590.95100.55107.95113.75t(min)2224262830323436384042()4.503.703.002.301.701.200.800.500.400.200.10y*118.25121.95124.95127.25128.95130.15130.95131.45131.85132.05132.15表 1稳态值y*()= 132.15+0.10=132.25。使用Matlab编辑.m文件，通过给定的矩形脉冲响应求对象的阶跃响应，并用插值方法画出曲线。图 1将阶跃函数曲线归一化，得到单位阶跃响应如下图，从图中取y*(t1)=0.4，y*(t2)=0.8，则t

4、1=258s; t2=522s。图 2对象增益为K，K=(稳态值）/u=5.29。从归一化曲线中取*(t1)=0.4,*(t2)=0.8，则t1=8.69s，t2=17.41s，t1/t2= 0.460.49910,调节阀为气开阀，保证煤气炉的安全性。有Kv0，对象Kp0，因此调节器Kc0。温度变送器量程为01500，调节阀范围0 100T/min，则Gv=（100-0）/(20-4)=6.25T/min/mA, Gm=(20-4)/(1500-0)=0.0107mA/.所以Go=Gv*Gp*Gm,则广义对象的传函为：G0=0.3538/(241s+1)3。3.3参数整定设调节器传递函数为Gc

5、（s）=Kp*（1+1/（Ti*s)+Td*s），采用Z-N法对PID参数进行整定。首先求控制对象的单位阶跃响应。其程序如下：num=0.3538;den=conv(241 1,conv(241 1,241 1);G=tf(num,den);step(G);k=dcgain(G) k =0.3538图 6由上图可知，tao=216s，T=1080-200=864s，用z-n法确定PID参数kp、Ti、Td。其程序代码如下：k=0.3538; tao=216;t=864;kp=1.17*t/(k*tao);Ti=2*tao;Td=0.5*tao;kp,Ti,Td,s=tf(s);Gc=kp*(1

6、+1/(Ti*s)+Td*s);num=0.3538;den=conv(241,1,conv(241,1,241,1);G0=tf(num,den);G=feedback(Gc*G0,1);step(G)得到 kp =13.2278Ti =432Td =108图 7通过上图可以明显看到超调还是大于要求的25%，但震荡频率明显减小。为了达到设计要求，对整定后的参数进行修改。减小kp且增大Td，得到的仿真结果如下：kp=7;Ti= 480;Td=200;s=tf(s);Gc=kp*(1+1/(Ti*s)+Td*s);num=0.3538;den=conv(241,1,conv(241,1,241,

7、1);G0=tf(num,den);G=feedback(Gc*G0,1);step(G) 图 8最终整定后参数为kp=7；Ti= 480；Td=200。由上图可知：超调量最大为20%，误差带为5%时的Ts=1400s。系统超调量符合要求20%25%；且为无差系统；调节时间比较合适。采用此方法满足题目要求。3.4系统仿真在Simulation中对系统进行仿真，其仿真原理图如下图：图 9得到的仿真曲线如下图所示：图 10由上图可以看出来，最终整定的结果是符合设计要求的，超调量最大为20%，误差带为5%时的Ts=1700s。系统超调量符合要求20%25%；且为无差系统；调节时间比较合适。因此采用此方法满足题目要求。