過程控制課程設(shè)計--前饋-反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與整定(編輯修改稿)
2025-02-09 19:24 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 構(gòu)成：（1） 擾動信號測量變送器：對擾動信號測量并轉(zhuǎn)化統(tǒng)一的電信號。（2） 被調(diào)量測量變送器：對被調(diào)量測量并轉(zhuǎn)化統(tǒng)一的電信號。（3） 前饋控制器：對干擾信號完全補償。（4） 調(diào)節(jié)器：反饋控制調(diào)節(jié)器，對被調(diào)量進行調(diào)節(jié)。（5） 執(zhí)行器和調(diào)節(jié)機構(gòu)。（6） 擾動通道對象：擾動信號通過該通道對被調(diào)量產(chǎn)生影響。（7） 控制通道對象：調(diào)節(jié)量通過該通道對被調(diào)量進行調(diào)節(jié)。如圖1前饋反饋實驗流程圖 和圖1 計算機控制前饋反饋控制系統(tǒng)的框圖 圖1 前饋反饋實驗流程圖 圖2 計算機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)工程自動控制的發(fā)展歷史中，PID控制是歷史最久、生命力最強的基本控制方式。PID算法具有以下的優(yōu)點：（1）原理簡單，使用方便；（2）適應(yīng)性強；（3）魯棒性強，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為積分時間常數(shù)； TD為微分時間常數(shù)。在調(diào)節(jié)PID控制時，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。減少積分時間。如果振蕩的周期太長，加大積分時間。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對反饋控制的影響。而且對于提前的擾動為已知，比如對液位能夠產(chǎn)生的擾動，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，因為是單純的液位控制，不涉及化學(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)量較少，因此成本低，較容易實現(xiàn)。 儀表的選擇及參數(shù)的確定 由于不是大型生產(chǎn)過程，對自動化水平要求不高，所以選擇采用常規(guī)儀表控制?？紤]到價格、實用性等因素，選擇數(shù)字化、智能化的電動控制儀表。3．1 設(shè)備型號原理圖中的用到的每一個設(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化設(shè)備輸出電流4～20mA，工作電源24（1177。5%）V DC2壓力變送器可通過P=ρ*g*h測得。比例器寧波市精誠自動化設(shè)備輸出電流4～20mA，工作電源24（1177。5%）V DC1變頻器MM440P700=2；P1000=21調(diào)節(jié)閥Honeywell電動調(diào)節(jié)閥輸入電流4～20mA流量計上海光華輸入0～0。3m3/h，輸出4～20mA1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：0～500mm43．2 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行比較，得出偏差后根據(jù)一定的調(diào)節(jié)規(guī)
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