【導讀】工業(yè)部門的通用設備，在生產(chǎn)中占有重要地位。本次課程設計我要完成換熱器出口溫度比。的順利進行，同時避免生產(chǎn)過程中的浪費，以節(jié)約能源。結(jié)構(gòu)簡單、價格前便宜、常做成塔狀。蓄熱式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、價格便宜、單位體積傳熱面大，故較適用于氣氣熱交換的。主要用于石油化工生產(chǎn)中的原料氣轉(zhuǎn)化和空氣余熱。傳熱面）相隔的空間里流動，通過壁面的導熱和壁表面的對流換熱進行熱量的傳遞。器的殼程和管程，通過熱傳導，從而使熱流體的出口溫度降低。度，通過循環(huán)泵流經(jīng)換熱器的管程，出口溫度穩(wěn)定在設定值附近。流經(jīng)換熱器的殼程，與熱流體交換熱后流回蓄電池，循環(huán)使用。以根據(jù)數(shù)入信號自動調(diào)節(jié)冷流體流量的大小,多級離心泵的轉(zhuǎn)速由變頻器來控制。行器和被控對象組成的閉合回路。被調(diào)參數(shù)經(jīng)檢測元件測量并由溫度變送器轉(zhuǎn)換處理獲得。質(zhì)和載熱體)在換熱過程中均無相變。為保證出口溫度平穩(wěn)，滿足工藝要求，必須對傳遞的熱量進行調(diào)節(jié)。

　　

【正文】 節(jié)的時間常數(shù) ，單位為分鐘，在實際過程中這些參數(shù)基本不變。這里 假設儀表量程為 0~10m3/h，測量環(huán)節(jié)的時間常數(shù) T1=2min因而有 ,KQM=1 2)執(zhí)行器 /控制閥 其流量特性為線性或等百分比，動態(tài)滯后可忽略不計，而且 1)( )()( ??? vvv Ksu sfsG KV通常在一定范圍內(nèi)變化，假設 KV=(~) 3)被控對象 對于冷流體流量對象，假設控制通道與擾動通道的動態(tài)特性分 別為： ? ? spp esT KsG ???? 1211 ? ? 11 dd KsG ? 假設 Kp1=1， T2=3， τ =3， Kd1=1 4)比值器 流量與測量信號呈線性關(guān)系，儀表的比值系數(shù)： kkR ?? m ax2m ax1 假設 k= 系統(tǒng)仿真及 PID 參數(shù)整定 在 MATLAB 中的 Simulink 工具箱組件中進行系統(tǒng)的仿真，所搭建的系統(tǒng)模型如下圖 9所示。 中北大學課程設計說明書 17 圖 9 系統(tǒng)仿真圖 PID 參數(shù)初始值 Kc=1， Ti=， Td=0，未整定之前系統(tǒng)的輸出曲線為： 圖 10 系統(tǒng)從動回路輸出響應曲線 PID 參數(shù)整定： PID 參數(shù)整定方法就是確定調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) Kp、積分時間 Ti 和微分時 間 Td，改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性，使系統(tǒng)過渡過程達到最為滿意的質(zhì)量指標要求。一般可以通過理論計算確定，但誤差太大。目前，應用最多的還是工程整定法：如經(jīng)驗法、衰減曲線法、臨界比例度法和響應曲線法。 此次參數(shù)整定選用臨界比例度法，這種整定方法是在閉環(huán)的情況下進行的。首先將控制器的積分作用和微分作用全部切除，將比例增益 Kc由小到大變化，對于每一個 Kc值做小幅度的設定值階躍變化，以獲得臨界情況下的等幅振蕩，按照下表的經(jīng)驗算式求取控制器的最佳參數(shù)值。 表 3 臨界比例度法整定參數(shù) 中北大學課程設計說明書 18 控制規(guī)律 Kc Ti Td P PI PID (1)去除積分時間和微分時間，設定 PID 參數(shù)為： Kc=1， Ti=0， Td=0 圖 11 系統(tǒng)設定值跟蹤響應 （ 2）將 KC由小到大變化，得到臨界情況下的等幅振蕩 當 Kc= 時，響應曲線近似為等幅振蕩 ，如圖 12所示。 得到特征參數(shù)分別為： Kcmax=， PU=8 根據(jù)表 3，冷流體流量控制器選用 PI 控制規(guī)律，所以 PID 參數(shù)分別為： Kc= =， Ti= 8=4, Td= 8= 圖 12 近似等幅振蕩（ Kc=） （ 3） PID 參數(shù)整定完成后的響應曲線，如下圖： 中北大學課程設計說明書 19 圖 13 出口溫度比值控制系統(tǒng)設定值跟蹤響應 (Kc=， Ti=4, Td=) 由圖可得，響應曲線為 4： 1 衰減振蕩曲線， 整定參數(shù)非常理想 。 系統(tǒng)性能分析 衰減振蕩的過渡過程是人們所希望得到的一種穩(wěn)定過程，它能使被控變量在受到干擾作用后重新趨于穩(wěn)定，并且控制速度快、回復時間短。下面將以階躍響應曲線形式表示的質(zhì)量指標進行分析 ,由圖 13 仿真圖可得 : 最終穩(wěn)態(tài)值 C=3， B= B’= 衰減比 衰減比表示振蕩過程的衰減程度，是衡量過渡過程穩(wěn)定程度的動態(tài)指標。它等于曲線中前后兩個相鄰波峰之比。 39。 ??? BBn 最大動態(tài)偏差 最大動態(tài)偏差指的是在單位階躍擾動下，最大振幅與最終穩(wěn)態(tài)值之和的絕對值。 A=|B+C|=+3= 超調(diào)量 在隨動控制系統(tǒng)中，超調(diào)量是一個反映超調(diào)情況和衡量穩(wěn)定程度的指標。 %60%1002 %10013 %100 ???????? CB? 式中， C 表示最終穩(wěn)態(tài)值與其初值的差 調(diào)節(jié)時間 中北大學課程設計說明書 20 調(diào)節(jié)時間是從過渡過程開始到結(jié)束所需的時間。過渡過程要絕對地達到新的穩(wěn)態(tài)，理論上需要無限 長的時間。一般認為當被控變量進入新穩(wěn)態(tài)值附近 %5? 或 %2? 以內(nèi)的區(qū)域，并保持在該區(qū)域內(nèi)時，過渡過程結(jié)束，此時所需要的時間為調(diào)節(jié)時間。 調(diào)節(jié)時間 振蕩周期 振蕩周期 是指過渡過程的第一個波峰與相鄰的第二個同向波峰之間的時間間隔。 T=8min 峰值時間 被控變量第一次達到最大值和最小值的時刻稱 為峰值時間。 上升時間 過渡過程開始到被控變量第一次達到穩(wěn)態(tài)值的時間成為上升時間。 課程設計總結(jié) 本設計方案由于采用的是單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，其優(yōu)缺點在相應設計過程中已有所介紹。 本設計方案能夠?qū)崿F(xiàn)兩種物料流量的比值控制，從而保證溫度的恒定?？刂凭容^好，實施起來也比較方便。然而，兩物料的流量比值雖然可以保持一定，但由于主物料是可變的，所以進入的總流量是不固定的。這對于有些要求精度高的場合是不太合適的，因為負荷波動會給控制過程帶來一定的影響，這是單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)所無法克服的一個弱點。 為了能很好地實現(xiàn)兩流量的比值恒定，又能使進入系統(tǒng)的總負荷平穩(wěn)，可以采用雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，以及變比值控制系統(tǒng)。 在兩周的課程設計中，由最初的我感覺無從下手，通過付出很多的時間和精力之后到收獲頗豐，這是一 個很大的進步。在這次的課程設計與以前相比，以前做課程設計老師都布置好了具體的步驟，我們按部就班，遇到什么困難詢問老師、查資料，這此的卻感覺差異很大。 這次課程設計對我們的能力要求有了進一步的提高，老師沒有像以前那樣，而是完全中北大學課程設計說明書 21 放開了手，具體怎么做你自己摸索去，只有你碰到困難時去問老師時，他才會給你具體的解答。剛拿到題目時大家都陷入了迷茫中，每個人設計的題目都不同，而且設計對象也是我們沒有接觸過的，這就要求我們花更多的精力去查閱資料，了解更多的知識，對我們提出了更強的獨立性要求。最終一步一步腳踏實地的慢慢的把它 做了下來，通過這個復雜的控制系統(tǒng)的設計，我對控制系統(tǒng)又有了更深的理解，尤其是對比值控制系統(tǒng)的認識了解的更多了。 在本次的課程設計中不得不提到我們被控對象的模型建立，由于模型機理建模相對困難，模型無法建立，影響了我其他內(nèi)容的進度，最終通過廣泛的查閱資料，相對較好的解決了這個問題，同時，這也給我一個教訓，做事不要死守一點，學會變通，另外，該控制方案在實際的生產(chǎn)中的實際效果有待考驗。 另外，通過這次的課程設計，我對本專業(yè)的相關(guān)知識有了更深的認識，尤其是在實際生產(chǎn)的工程實踐中，如何設計控制系統(tǒng)這一過程有了更清 晰的認識。重新溫習《過程控制工程》這門課，對其中的部分內(nèi)容有了新的認識，并在實際中得到應用。通過 MATLAB這一工具，學會了參數(shù)整定的相關(guān)方法，借助這種先進工具軟件輔助自己的工作學習，這對我們將來的工作效率的提高是大有裨益的。 最后，感謝呂海峰老師 對我們的指導！ 參考文獻 [1] 戴連奎 《 過程控制工程 》 第三版 北京 化學工業(yè)出版社 2020 [2] 杜維 《過程檢測技術(shù)及儀表》第二版 北京 化學 工業(yè)出版社 2020 [3] 胡壽松 《自動控制原理簡明教程 》第二版 北京 科學出版社 2020 [4] 厲玉鳴 《 化工儀表及自動化 》 第四版 化學工業(yè)出版社 2020 [5] 劉文定 《 過程控制系統(tǒng)的 MATLAB 仿真 》 北京 機械工業(yè)出版社 2020 [6] 王正林 《 MATLAB/Simulink 與過程控制系統(tǒng)仿真》 電子 工業(yè)出版社 2020