串级温度控制系统的课程设计资料-过程控制.pdf

简介：
本PDF文档为《串级温度控制系统的课程设计》资料，内容涵盖过程控制中串级温度控制系统的设计与实现方法，适用于相关专业学习和研究。 ### 一、设计任务概述 在工业生产过程中，控制加热炉出口温度是一项关键的过程控制任务。由于加热炉系统复杂且具有较大的时间常数及多种干扰因素，单回路反馈控制系统难以满足工艺对加热炉出口温度的要求。为了提升系统的控制性能，本项目采用串级控制系统，并利用副回路的快速响应特性来有效提高整体控制质量以符合生产需求。 ### 二、设计要求 1. 绘制加热炉出口温度的单回路反馈控制系统结构框图。 2. 将加热炉出口温度设为主变量，选取滞后较小的炉膛温度作为副变量，并构建基于主控与从属关系的串级控制体系。请绘制该串级系统架构图。 3. 设定主对象传递函数为 ????1( ??) = 1 / ((5??+1)(8.4?? + 1))，其中学号尾数064时计算得到8.4；副对象的传递函数为 ????2(??) = 1 / (?? + 1)，主控制器与副控制器的传递函数分别为????1( ??) = Kc, p / (T_i * s + 1)，????2(s) = K_c, f，而K_c, p和K_c, f均为常数。请确定主、副控制器的具体参数，并详细说明计算过程。 4. 利用仿真软件实现单回路系统与串级系统的模拟实验并分别展示其输出响应曲线。 5. 根据上述两种控制策略的仿真实验结果分析串级控制系统的优势和局限性。 ### 三、设计任务分析 1. 单回路控制系统：加热炉由于时间常数较大，单回路反馈控制系统难以满足工艺对出口温度的要求。 2. 串级控制系统：面对主对象较大的时间常数问题，采用串级控制策略。选择滞后较小的炉膛温度作为副变量，并将加热炉出口温度设定为主变量。 ### 四、详细设计 根据学号尾数064计算得到 ?? = 8.4，因此 ????1(??) 的表达式为：????1(??) = 1 / ((5??+1)(8.4?? + 1))。另外，调节阀的传递函数定义为 ????= K_v * T_i * s。 对于单回路控制系统整定步骤采用衰减曲线法来设定PI控制器参数，将积分时间Ti设置最大值，并选择较小的比例增益Kc, p。通过输入阶跃信号调整比例环节增益直至系统响应呈现4:1的振荡过程并记录此时的具体数值和周期。 ### 五、仿真结果分析 通过对单回路控制系统与串级控制系统的仿真实验对比，可以发现串级控制系统具有更快的响应速度及更高的控制精度。相比之下，单回路控制系统存在一定的稳态误差需要通过增加积分作用来消除这种偏差现象。 ### 六、结论 本设计中成功地构建了一个用于加热炉出口温度调节的串级控制系统，并且证明了该系统能够有效地提高整体控制性能以满足工业生产需求中的严格标准。