基于simulink的載熱體前饋-反饋控制系統(tǒng)仿真研究_控制系統(tǒng)仿真課程設(shè)計(jì)-免費(fèi)閱讀
【正文】 仿真計(jì)算中應(yīng)兼顧準(zhǔn)確性及快速性，選擇適當(dāng)?shù)姆抡婺Ｐ?，并根?jù)具體實(shí)踐開發(fā)出新的仿真模型，不斷豐富子系統(tǒng)模塊庫。 1） 前饋控制器靜態(tài)放大系數(shù)的整定：仿真框圖如圖 所示，依次取 Kd=0、 Kd= Kd=Kd= Kd=、 Kd= 時(shí)的系統(tǒng)對仿真框圖的擾動仿真出相應(yīng)的擾動輸出曲線，由圖可以分析得選擇 Kd= 較為合適。為此，換熱器控制的操縱變量可選擇為載熱體的流量或工藝介質(zhì)的旁路控制。這樣，依靠反饋控制來使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)能準(zhǔn)確的使被調(diào)量等于給定值，而在動態(tài)過程中則利用前饋控制有效地減少被調(diào)量的動態(tài)偏差（對于主要是由于擾動引起的）。它比一般換熱器具有以下特點(diǎn)： （ 1）換熱效率高，是同體積其他換熱器換熱量的 2 倍以上。表面式換熱器是冷 熱兩種流體被金屬壁面割開，而通過金屬壁面高溫介質(zhì)將熱量傳給低溫介質(zhì)。子模型的層次數(shù)量完全取決于所構(gòu)建的系統(tǒng)，不受軟件本身的限制。 SIMULINK 優(yōu)秀的積分算法給非線性系統(tǒng)仿真帶來了極高的精度。 SIMULINK 標(biāo)準(zhǔn)庫擁有超過 150 中，可用于構(gòu)成各種不同種類的動態(tài)模型系統(tǒng)。 SIMULINK 準(zhǔn)備有數(shù)百種福定義的系統(tǒng)環(huán)節(jié)模型、最先進(jìn)的有效積分算法和直觀的圖 示化工具。因此，現(xiàn)代的自動控制系統(tǒng)往往包含自動保護(hù)、自動檢測、自動報(bào)警、順序控制等內(nèi)容。 考核方式：設(shè)計(jì)期間教師現(xiàn)場檢查；評閱設(shè)計(jì)報(bào)告 。 設(shè)計(jì)參數(shù)：見《過程控制系統(tǒng)的 Matlab 仿真》（劉文定主編） 節(jié)。 三、設(shè)計(jì)要求及成果 利用 Simulink 建立載熱體前饋 反饋控制系統(tǒng)仿真模型，采用前饋反饋控制和串級控制兩種方案。 六、建議參考資料 《控制系統(tǒng)數(shù)字仿真與 CAD》，李國勇，電子工業(yè)出版社， 20xx 年 1月第 2版 《過程控制系統(tǒng)的 Matlab 仿真》 ,劉文定，機(jī)械工業(yè)出版社， 20xx 年 2 月第 1版 內(nèi)蒙古科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文 4 摘 要 前饋控制系統(tǒng)和反饋控制系統(tǒng)都屬于單回路控制系統(tǒng)，它們有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。有時(shí)，它 們有機(jī)的組合成一個(gè)不可分割的整體，以確保控制系統(tǒng)的安全可靠。依托 SIMULINK 強(qiáng)健的仿真能力，用戶在原型機(jī)制造之前就可建立系統(tǒng)的模型，從而評估設(shè)計(jì)并修復(fù)瑕疵。模塊包括輸入信號源、動力學(xué)元件、代數(shù)函數(shù)和非線性函數(shù)、數(shù)據(jù)顯示模塊等。先進(jìn)的常微分方程求解器可用于求解剛性和非剛性的系統(tǒng)、具有時(shí)間觸發(fā)或不連續(xù)的系統(tǒng)和具有代數(shù)環(huán)的系統(tǒng)。為方便大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的操 作， SIMULINK 還提供了模型結(jié)構(gòu)瀏覽的功能?；旌鲜綋Q熱器是冷熱兩種流體直接接觸進(jìn)行混合而實(shí)現(xiàn)換熱的換熱器。 （ 2）設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積和占用空間小，安裝使用方便。其原理框圖如圖 所示， G c ( s ) G 1 ( s )G 2 ( s )G d ( s ) G f ( s )R ( s )N ( s )++++Y ( s ) 圖 前饋 反饋控制系統(tǒng)原理框圖 N擾動（在此例中為料液流量 D）； Y被調(diào)量（在此例中為料液溫度 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 載熱體流量的控制方案 根據(jù)熱量平衡方程和傳熱方程，在傳熱面積足夠大時(shí)，改變載熱體的流量，可有效的控制工藝介質(zhì)出口溫度。 圖 前饋控制器靜態(tài)放大系數(shù)整定的仿真框圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文 15 2） 時(shí)間常數(shù) Td Td2 的整定：仿真框圖如圖 所示。因而，基于 SIMULINK 的載熱體流量控制系統(tǒng)仿真模型具有很強(qiáng)的開放性和可移植性，可以形成直觀的仿真模型，模型搭建高效、快捷，對換熱器的設(shè)計(jì)、優(yōu)化控制及工況的預(yù)測具有重要意義。本文重點(diǎn)建立了載熱體前饋 — 反饋控制 系統(tǒng)仿真模型，形成了 PID 模塊庫。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文 14 圖 前饋 — 反饋控制系統(tǒng)仿真框圖 參數(shù)整定 采用反饋控制器和動態(tài)前饋控制器參數(shù)分別整定方法，反饋 控制器采用 PI 形式，其參數(shù)Kp=、 T1=900，仿真出對應(yīng)的的階躍響應(yīng)曲線并加以分析。其中，工藝介質(zhì)入口溫度、工藝介質(zhì)流量、載熱體入口溫度都是有前一道工序確定，因此 可測量但不可控的。 對于單程、逆流 換熱器的 T對數(shù)平均值為 （ T2iT1o） (T2oT1i) T= ㏑ T2iT1i T2oT1i G 2 , c 2 , T 2 oG 1 , c 1 , T 1 oG 2 , c 2 , T 2 iG 1 , c 1 , T 1 i內(nèi)蒙古科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文 10 在多數(shù)情況下，當(dāng)（ 1/3） (T2iT1o)/(T2oT1i)=3 時(shí)，可采用算術(shù)平均值，其誤差小于 5%，即 T=(T2iT1o)(T2oT1i)， 2 1 整理可得換熱器的靜態(tài)特性方程為 T1oT1i= G1c1 + 1 1+ G1c1
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