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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