【正文】 即開機(jī)狀態(tài)可設(shè)置定時(shí)關(guān)機(jī)，關(guān)機(jī)狀態(tài)可設(shè)置定 時(shí)開機(jī)。降溫階段有一定時(shí)間要求，在 20 分鐘內(nèi)冷卻到 30℃即可，此后使其自然冷卻?？刂葡到y(tǒng)的主要控制功能為自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)釜溫控制，釜溫 — 時(shí)間曲線由標(biāo)準(zhǔn)制式或由操作人員從人機(jī)接口設(shè)置。在整個(gè)溫區(qū)內(nèi)，被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)參數(shù)隨著溫度的變化而變化，在工作點(diǎn)附近的小溫度范圍內(nèi)，其動(dòng)態(tài)特性可以看成近似線性的。 反應(yīng)釜內(nèi)的溫控特性主要取決于釜內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的激烈程度，而整個(gè)生產(chǎn)過程從起始升溫、中間恒溫到最后降溫，對(duì)象具有明顯的時(shí)變性。在分析對(duì)象的特性時(shí)，為了便于分析作了許多的簡(jiǎn)化和假設(shè)，如：忽略了熱交換中的能量損失、忽略了反應(yīng)過程中許多復(fù)雜的化學(xué)現(xiàn)象和不確定因素、對(duì)方程進(jìn)行了近似的處理等等。 本課題使用的是間歇式反應(yīng)釜。也就是說，若某種擾動(dòng)使反應(yīng)溫度有所增加，反應(yīng)的速率就會(huì)增加，放熱速率也會(huì)增加，會(huì)使 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 4 反應(yīng)溫度進(jìn)一步上升，甚至?xí)稹熬郾爆F(xiàn)象，使釜內(nèi)的產(chǎn)品變成廢品，并且會(huì)影響安全生產(chǎn)。當(dāng)釜內(nèi)溫度達(dá)到預(yù)定的溫度時(shí)，保持一定時(shí)間的恒溫以 使化學(xué)反應(yīng)正常進(jìn)行，反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行冷卻。攪拌器、攪拌軸及其密封裝置、傳動(dòng)裝置等統(tǒng)稱為攪拌機(jī)。間歇反應(yīng)釜通常用于液相反應(yīng)，如多品種、小批量的制藥、燃料等反應(yīng)。后來有人使用 PLC 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 2 作為控制器，較大地提高了控制精度，但這種控制方式難以適用較復(fù)雜的過程控制，在通信和管理方面也存在很多缺點(diǎn)。手工操作不僅操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度大，控制精度不高，且操 作不當(dāng)，極易引發(fā)安全事故。它們不僅是化工生產(chǎn)過程質(zhì)量好壞的表征，而且在很多時(shí)候也是化工生產(chǎn)過程安全性 （ 例如是否爆炸、起火等 ） 的表征。因此對(duì)于智能化檢測(cè)和控制裝置的呼聲日益增高?；み^程的被控對(duì)象往往是高維 、大時(shí)滯、嚴(yán)重不確定與非線性等，控制起來非常困難。研究通過控制其過程參數(shù)而控制化學(xué)反應(yīng)過程，以提高產(chǎn)品的收率和質(zhì)量的方法，對(duì)化工生產(chǎn)和生物制藥等工業(yè)很有實(shí)用價(jià)值。 本文全面的分析了反應(yīng)釜溫度變化的特點(diǎn)以及控制難點(diǎn)，在對(duì)反應(yīng)釜夾套加熱系統(tǒng)的傳熱原理系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)熱量平衡原理和反應(yīng)釜的熱量傳遞關(guān)系，采用機(jī)理建模和階躍響應(yīng)曲線方法建立了釜內(nèi)溫度的數(shù)學(xué)模型，并利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論分析驗(yàn)證了模型的有效性?；どa(chǎn)經(jīng)常在高溫、高壓、易燃、易爆等環(huán)境下運(yùn)行，生產(chǎn)的安全性至關(guān)重要。由于許多化學(xué)工業(yè)、生物制藥工業(yè)具有規(guī)模小、產(chǎn)品更新快的特點(diǎn)，使得多數(shù)的、小規(guī)模的反應(yīng)釜、培養(yǎng)皿 生產(chǎn)方式將長(zhǎng)期存在下去。因此，通過測(cè)量并校正這些參數(shù)，以確保化工生產(chǎn)過程的質(zhì)量和安全性是十分重要的。近年來，隨著電子技術(shù)和自動(dòng)控制理論的發(fā)展，人們開始研究各種反應(yīng)釜自動(dòng)控制裝置。 近年來，以微控制器或工業(yè)微機(jī)為核心的 各種 反應(yīng)釜內(nèi)化學(xué)過程控制系統(tǒng)開發(fā)研究 控制系統(tǒng)成為反應(yīng)釜過程控制的主流。連續(xù)反應(yīng)釜用于均相和非均相的液相反應(yīng)，如聚合反應(yīng)等，本文研究的對(duì)象為間歇式反應(yīng)釜。釜體為一個(gè)鋼制罐形容器，可以在罐內(nèi)裝入物料，使物料在其內(nèi)部進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。有時(shí)在恒溫后還要進(jìn)行二次升溫和恒溫。按照工藝要求，這些反應(yīng)一般要經(jīng)過加熱、恒溫、冷卻等過程，當(dāng)原料配比、濃度 確定以后，準(zhǔn)確控制反應(yīng)的溫度是保證產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的關(guān)鍵。在實(shí)際使用中需要檢測(cè)釜內(nèi)的溫度、壓力和液位三種狀態(tài)信號(hào)，系統(tǒng)的主要控制的參數(shù)是溫度，反應(yīng)溫度設(shè)定在80℃。 事實(shí)上作為被控對(duì)象的反應(yīng)釜工作溫度與一般的工業(yè)對(duì)象對(duì)比，主要有以 下幾個(gè)方面的特點(diǎn)： 反應(yīng)釜一般在反應(yīng)之初加熱使反應(yīng)釜內(nèi)達(dá)到所需的溫度。并且，就某一個(gè)具體的階段而言，由于化學(xué)反應(yīng)的速度不穩(wěn)定，導(dǎo)致過程的增益、慣性時(shí)間和純滯后也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。 針對(duì)被控對(duì)象的上述特點(diǎn)，應(yīng)綜合考慮系統(tǒng)的魯棒性和快速性的要求，提高溫度測(cè)量的精度和測(cè)量穩(wěn)定性。其中標(biāo)準(zhǔn)制式要求釜溫達(dá) 到如圖 22所示的變化規(guī)律。 自動(dòng)工況即對(duì)應(yīng)于反應(yīng)釜過程溫度 — 時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)制式。 本系統(tǒng)的測(cè)溫范圍要求為 0~100℃ 。 方案 比較 單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，如圖 23 所示的間歇式反應(yīng)釜如進(jìn)料管，出料管，攪拌器，冷熱劑出口，反應(yīng)室，夾套等設(shè)備應(yīng)用十分普遍，為了保證生產(chǎn)正常進(jìn)行，冷熱劑進(jìn)出需均衡 ，以保證過程的溫度平衡。調(diào)節(jié)這兩個(gè)流 量的大小都可以改變釜底溫度，這樣構(gòu)成釜底溫度控制系統(tǒng)就有兩種，系統(tǒng)框圖 如圖 24 所示。因此常取釜底溫度為被控參數(shù)，選取冷劑流量或熱劑流量為控制參數(shù)。 中間被控變量： 冷劑或熱劑管道 ； 操縱變量：冷劑流量或熱劑流量。 化學(xué)反應(yīng)釜作為被控對(duì)象有其特殊性。 PID 控制具有穩(wěn)態(tài)精度高的特點(diǎn)，使被控變量具有良好的動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性。 本章小結(jié) 本章主要分析了反應(yīng)釜的工作原理，反應(yīng)釜釜底溫度的特性，確定了課給定值 溫度 流量 副對(duì)象 主調(diào)節(jié)器 執(zhí)行器 主對(duì)象 溫度 變送器 + + — 流量 變送器 副調(diào)節(jié)器 — 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 9 題任務(wù)的功能指標(biāo)與技術(shù)指標(biāo)，比較單回路控制系統(tǒng)與串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)于課題完成的優(yōu)劣，并確定了以串級(jí)控制系統(tǒng)為 最終設(shè)計(jì)方案。 DDZⅢ 型儀表由于采用了線性集成電路，所以進(jìn)一步提高了儀表在長(zhǎng)期運(yùn)行中的可靠性和穩(wěn)定性。因而，調(diào)節(jié)器正、反作用的選擇同被控過程的特性即調(diào)節(jié)閥的開、關(guān)形式有關(guān)。正作用被控過程，其靜態(tài)放大系數(shù) 取正，反作用被控過程，其靜態(tài)放大系數(shù) 取負(fù)。 在單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要使一個(gè)過程控制系統(tǒng)能正常工作，系統(tǒng)必 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 12 須為負(fù)反饋。 反應(yīng)釜串級(jí)控制系統(tǒng)主、副調(diào)節(jié)器中正、反作用方式 的確定如下：故調(diào)節(jié)閥的 為正。由于反應(yīng)室溫度升高，則反應(yīng)釜釜底溫度也升高，故主過程的 為正。因此，熱電偶和熱電阻的輸出信號(hào)必須經(jīng)溫度變送器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)后，才能進(jìn)入控制系統(tǒng)，與調(diào)節(jié)器等其他儀表配合工作。 時(shí)人身、工藝設(shè)備的安全。精餾塔是工業(yè)生產(chǎn)中傳感原件 輸入電路 放大電路 反饋電路 電量 + 輸出電流 檢測(cè)信號(hào) 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 13 的重要設(shè)備之一，其進(jìn)料調(diào)節(jié)閥一般選用氣開式，這樣，在事故狀態(tài)下調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，停止進(jìn)料，以減少原料損耗；而回流量調(diào)節(jié)閥一般選用氣關(guān)式，在事故狀態(tài)下使 調(diào)節(jié)閥全開，保證回流量，以防止不合格產(chǎn)品的蒸出。 綜合考慮以上因素，間歇式化學(xué)反應(yīng)釜 冷（熱）劑調(diào)節(jié)閥 應(yīng)選擇 氣關(guān)式。常規(guī) PID 控制系統(tǒng)原理框圖如圖 41 所示。 PID 控制由比例、微分、積分三個(gè)典型環(huán)節(jié)組合而成，原理簡(jiǎn)單，易于理解和掌握，其參數(shù)的物理含義也比較明確。恰當(dāng)整定 PID 控制器參數(shù)，可使控制系統(tǒng)達(dá)到較好的控制效果，且 PID 控制對(duì)被控對(duì)象特性的變化不太靈敏。 PID 控制，實(shí)際中也有 PI 和 PD 控制。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差 （ Steadystate error） 。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例 +微分 （ PD） 控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。 積分調(diào)節(jié)依據(jù) “ 偏差是否存在 ” 來動(dòng)作 ， 它的輸出與偏差對(duì)時(shí)間的積分成比例 ， 只有當(dāng)余差消失時(shí) ， 積分作用才會(huì)停止 ， 其作用是消除余差 。 它用微分時(shí)間 TdL 來表示其作用的強(qiáng)弱 ， Td 大 ， 作用強(qiáng) ， 但 Td 太大 ,也會(huì)引起振蕩。s=320， Ts=，其中 Ts 為衰減振蕩周期。 圖 46 單回路控制系統(tǒng) 仿真圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 19 串級(jí)控制仿真 仿真?zhèn)鬟f函數(shù)為： 5S 1)(1 ??sGp 1)(1 2 ??? SsGp 間歇式反應(yīng)釜的串級(jí)仿真圖，如圖 47 所示： 圖 47 串級(jí)控制系統(tǒng)仿真圖 利用 MATLAB 進(jìn)行初步仿真即在主副 PID 作用在比例為 1 的情況下即沒有調(diào)節(jié)起作用的情 況下系 統(tǒng)的階躍曲線圖，我們可以通過觀察響應(yīng)曲線 看出系統(tǒng)的特征然后進(jìn)行系統(tǒng)分析。根據(jù)相關(guān)規(guī)定 ， 副調(diào)節(jié)器一般只采用比例調(diào)節(jié)器，因此副調(diào)節(jié)器 可以只采用 P2=的比例調(diào)節(jié)器。此時(shí)主回路的仿真曲線如圖 410 所示： 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 21 圖 410 主回路 4:1 反應(yīng)曲線圖 按已求得的 amp。主、副調(diào)節(jié)器參數(shù)整定好以后系統(tǒng)輸出圖如圖 413 所示： 圖 413 升溫和恒溫階段 階躍響應(yīng)曲線圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 23 結(jié)合以上階躍曲線以及主、副調(diào)節(jié)器參數(shù)整定，得出反應(yīng)全過程曲線圖，如圖 414 所示 ： 圖 414 反應(yīng)全過程曲線圖 本章小結(jié) 本章介紹了模擬 PID 算法與規(guī)律，進(jìn)行了基于 MATLAB 的反應(yīng)釜串級(jí)溫度控制系統(tǒng)仿真與 PID 調(diào)節(jié)，完成 了課題要求的功能指標(biāo)與技術(shù)指標(biāo)。化工生產(chǎn)經(jīng)常在高溫、高壓、易燃、易爆等環(huán)境下運(yùn)行，生產(chǎn)的安全性至關(guān)重要。 ，精度指標(biāo)的課題設(shè)計(jì)。在相同衰減比的條件下，串級(jí)系統(tǒng)的工作頻率要高，系統(tǒng)工作頻率提高，操作周 期就可以縮短，過度過程的時(shí)間相對(duì)也將縮短，因而對(duì)于反應(yīng)釜釜底溫度的控制質(zhì)量獲得的改善。 總體而言，串級(jí)控制系統(tǒng)是改善控制質(zhì)量的有效方法之一，在過程控制中得到了廣泛的應(yīng)用。 我還要感謝同組的各位同學(xué)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里，你們給了我很多的啟發(fā)，提出了很多寶貴的意見，對(duì)于你們幫助和支持，在此我表示深深地感謝。構(gòu)建機(jī)器人模型和室內(nèi)環(huán)境模型，包括進(jìn)行測(cè)試算法的目視觀測(cè)，它提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的用戶界面。這是因?yàn)?(一 )機(jī)器人價(jià) 格膨脹 ； (二 )未經(jīng)測(cè)試的算法可能會(huì)損壞的機(jī)器人在實(shí)驗(yàn) ；(三 )困難的構(gòu)建與交互系統(tǒng)模型下噪聲背景下； (四 )的瞬時(shí)狀態(tài)很難跟蹤準(zhǔn)確 ； (五 )和度量單位以外部的信標(biāo)隱藏在實(shí)驗(yàn)中，但此信息通常有助于調(diào)試和更新的算法。它還應(yīng)具有各種算法的柔性和友好用戶界面。 Bugworks 是非常簡(jiǎn)單的模擬器提供拖就地界面 [2]；但是，它提供了非常原始的功能，更像是示范，而不是模擬器。也許由于以強(qiáng)大的功能，他們很難使用新的用戶。模擬器采用可行的文本文件 ，以配置的環(huán)境，但只支持有限的機(jī)器人模型。 本文介紹了一種基于 MATLAB 的模擬器與 MATLAB 代碼，完全兼容，使機(jī)器人進(jìn)行調(diào)試他們的代碼，并方便地做實(shí)驗(yàn)，對(duì)他們的研究第一階段的研究人員。 剩下的紙分為如下所示。最后，第五節(jié)介紹了一個(gè)簡(jiǎn)短的結(jié)論和潛在的未來工作。如果機(jī)器人觸摸 墻 ，模擬器可以停止機(jī)器人，即使它由其他模塊向前移動(dòng)所吩咐。 ? 整個(gè)運(yùn)行過程中，包括瞬變和平均本地化錯(cuò)誤的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。本節(jié)的其余部分將說明模擬器中的詳細(xì)信息的模塊。使用客戶配置文件，用戶可以描述環(huán)境 (墻壁、走廊、門口、障礙和信標(biāo)）、解釋系統(tǒng)和控制模型、在不同步驟中定義的噪音和做一些模擬器設(shè)置。在圖 1 中的灰色塊是在模擬器中集成的客戶子例程。非可視的燈塔，例如反光的極地的激光掃描儀， P 計(jì)算元素，這是非法的 am 圖像指針。 國家合作框架還定義了一些設(shè)置相關(guān)的運(yùn)行，如機(jī)器人運(yùn)動(dòng)和跟蹤的方式顯示，觀察的交換機(jī)的模擬顯示，戰(zhàn)略的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)等。但該模擬器還允許用戶關(guān)閉此功能，并建立自己的客戶之一的 OAM 子例程。機(jī)器人姿態(tài)表示如 X = [x y θ]在 x、 y 和 θ分別指示笛卡 爾坐標(biāo)和方向。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 31 圖 2 障礙避免模塊 數(shù)據(jù)融合是模擬器的另一個(gè)子程序，可供用戶使用。觀察模擬模塊（ OSM）被迄今?；谝曈X算法模擬，明晰的環(huán)境包含的圖像文件的不同地點(diǎn)的場(chǎng)景。實(shí)時(shí)視頻提供直接視圖如何算法執(zhí)行，而輸出數(shù)據(jù)的模擬提供精確的記錄。 Wall = BuildWall(wall_Para)。 loop for every 40 ms control = call(users_Control)。 [map,m_noise] = call(users_mapbuilding)。在某一 時(shí)刻的功能觀察薄的直線，與橢圓交叉快遞中心映射的不確定性。 視頻實(shí)際上是由一系列的靜態(tài)圖像的快速更新執(zhí)行的。在圖 4 中所示 的方法被執(zhí)行的計(jì)算和繪圖的當(dāng)前幀 在每個(gè)循環(huán)周期， DrawRobot 函數(shù)轉(zhuǎn)換和旋轉(zhuǎn)分別存儲(chǔ)在矢量 Rob，真正的姿勢(shì)和定位結(jié)果顯示的形狀和繪制具有不同的填充陰影或顏色的結(jié)果。因此，這個(gè)試驗(yàn)的目的是要單獨(dú)測(cè)試模擬器的功能模塊，然后運(yùn)行測(cè)試的總體性能模擬器中的真正的滿貫算法。顛簸的反應(yīng)模塊工作正常，并使機(jī)器人停止時(shí)撞到環(huán)境中的任何對(duì)象。即是說，機(jī)器人向前除非內(nèi)置避免模塊所需的控制，以避免附近的障礙。然后，觀察仿真模塊是離線處理的拍攝的影像，航行期間生成的測(cè)試。 最后，一個(gè)簡(jiǎn)單的同時(shí)定位映射 (SLAM)算法 [10]中提出了在運(yùn)行和發(fā)達(dá) 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 35 的