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正文內(nèi)容

過程控制課程設(shè)計(jì)--前饋-反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與整定(編輯修改稿)

2025-07-10 18:33 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 ( 3) 前饋控制器:對干擾信號完全補(bǔ)償。 ( 4) 調(diào)節(jié)器:反饋控制調(diào)節(jié)器,對被調(diào)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。 ( 5) 執(zhí)行器和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。 ( 6) 擾動(dòng)通道對象:擾動(dòng)信號通過該通道對被調(diào)量產(chǎn)生影響。 4 ( 7) 控制通道對象:調(diào)節(jié)量通過該通道對被調(diào)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。 圖 1 前饋反饋實(shí)驗(yàn)流程圖 圖 2 計(jì)算機(jī)控 制前饋反饋控制系統(tǒng)的框圖 2. 4 前饋反饋控制系統(tǒng) PID 算法 前饋反饋控制系統(tǒng)是通過 PID 控制規(guī)律實(shí)現(xiàn)對液位控制的最終目的, PID控制是比例 — 積分 — 微分的簡稱。在工業(yè)生產(chǎn)工程自動(dòng)控制的發(fā)展歷史中, PID控制是歷史最久、生命力最強(qiáng)的基本控制方式。 PID 算法具有以下的優(yōu)點(diǎn): 比例器儲水箱+下水箱上水箱水泵計(jì)算機(jī) 如圖 1 前饋反饋實(shí)驗(yàn)流程圖 和圖 1 計(jì)算機(jī)控制前饋反饋控制系統(tǒng)的框圖 5 ( 1)原理簡單,使用方便; ( 2)適應(yīng)性強(qiáng); ( 3)魯棒性強(qiáng),即其控制品質(zhì)對被控對象特性的變化不太敏感。 PID 控制即比例積分微分控制,調(diào)節(jié)器的輸出是其輸入的比例,積分,微分的函數(shù)。 PID控制現(xiàn)在應(yīng)用最廣,技術(shù)最成熟。其控制結(jié)構(gòu)簡單,參 數(shù)容易調(diào)整,不必求出被控對象的數(shù)學(xué)模型便可以調(diào)節(jié),因此無論模擬調(diào)節(jié)器或者數(shù)字調(diào)節(jié)器大都采用 PID 調(diào)節(jié)規(guī)律。 PID 控制器由比例單元( P)、積分單元( I)和微分單元( D)組成。其輸入e (t)與輸出 u (t)的關(guān)系為 u(t)=kp[e(t)+1/TI∫ e(t)dt+TD*de(t)/dt] 式中積分的上下限分別是 0 和 t , 因 此 它 的 傳 遞 函 數(shù) 為 :G(s)=U(s)/E(s)=kp[1+1/(TI*s)+TD*s],其中 kp 為比例系數(shù); TI 為積分時(shí)間常數(shù); TD 為微分時(shí)間常數(shù)。 在調(diào)節(jié) PID 控制時(shí),先把 微分 作用取消掉,只保留 PI,先調(diào)比例,再調(diào)積分,最后加上 微分 再調(diào)。如果振蕩過快,加大 P。如果振蕩后過很久才穩(wěn)定,減小 P。減少積分時(shí)間。如果振蕩的周期太長,加大積分時(shí)間。如果對調(diào)節(jié)對象變化反應(yīng)過慢,增大 D。最后把 波形 調(diào)到只有一兩個(gè)振蕩就平穩(wěn)了,就是最好的效果。 2. 5 控制方案的論證 2. 5. 1 控制方案的可靠性 控制方案采用前饋反饋控制,前饋反饋控制技作為一種傳統(tǒng)的控制方式,在工業(yè)生產(chǎn)過程中,技術(shù)上的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟。作為液位控制,在要求控制精度的情況下,不能單純依靠反饋控制,加入前饋控制后,可以消除提前的擾動(dòng)對反饋控制的影響。而且對于提前的擾動(dòng)為已知,比如對液位 能夠產(chǎn)生的擾動(dòng),在這里為管道內(nèi)的流量,是可以精確測量的量,因此符合采用前饋控制的條件。使得前饋反饋控制的可靠性得到保證。 2. 5. 2 控制方案的安全性 在工業(yè)生產(chǎn)過程中,對液位的控制中,容器中的介質(zhì)類型有很多,可能為常見的水,也可能為化學(xué)藥劑。因此控制方案和所用儀器儀表的安全性非常重要。對于儀器儀表,我們根據(jù)介質(zhì)的性質(zhì)不同選用合適的型號即可。對于控制方案,因?yàn)槭菃渭兊囊何豢刂疲簧婕盎瘜W(xué)反應(yīng)等使介質(zhì)發(fā)生變化的過程,所以關(guān)鍵是控制精度的保證,比如在鍋爐中要保證水位的高度,避免水位過高飛濺。在這次設(shè)計(jì)中設(shè)想的介質(zhì) 為水,因此在控制精度得到保證的情況下,控制方案的安全性也得到了保證。 2. 5. 3 控制方案的經(jīng)濟(jì)性 由于控制方案選擇的是傳統(tǒng)的控制方式,控制過程明確,需要的儀器儀表數(shù) 6 量較少,因此成本低,較容易實(shí)現(xiàn)。 三、 儀表的選擇及參數(shù)的確定 由于不是大型生產(chǎn)過程,對自動(dòng)化水平要求不高,所以選擇采用常規(guī)儀表控制。考慮到價(jià)格、實(shí)用性等因素,選擇數(shù)字化、智能化的電動(dòng)控制儀表。 3. 1 設(shè)備型號 原理圖中的用到的每一個(gè)設(shè)備的型號,輸入輸出信號的范圍,如表 1 設(shè)備型號所示。 表 1 設(shè)備型號 元件序號 型號 主要參數(shù) 數(shù)量 備注 液位變送器 寧波市精誠自動(dòng)化設(shè)備 輸出電流 4~ 20mA,工作電源 24( 1177。 5%) V DC 2 壓力變送器可通過 P=ρ *g*h測得。 比例器 寧波市精誠自 動(dòng)化設(shè)備 輸出電流 4~ 20mA,工作電源 24( 1177。 5%) V DC 1 變頻器 MM440 P700=2; P1000=2 1 調(diào)節(jié)閥 Honeywell 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 輸入電流 4~ 20mA 流量計(jì) 上海光華 輸入 0~ 0。 3m3/h,輸出 4~ 20mA 1 水箱 浙江求是科教設(shè)備公司生產(chǎn) 水箱 I(上位水箱)液位高度: 0~ 450mm 水箱 II(中位水箱)液位高度: 0~ 450mm 水箱 III(下位水箱)液位高度: 0~ 450mm 水箱 IV(不銹鋼儲水箱)液位高度: 0~ 500mm 4 7 3. 2 調(diào)節(jié)器及其參數(shù)的設(shè)置 調(diào)節(jié)器,是將生產(chǎn)過程參數(shù)的測量值與給定值進(jìn)行比較,得出偏差后根據(jù)
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