【導(dǎo)讀】工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。本次課程設(shè)計(jì)我要完成換熱器出口溫度比。的順利進(jìn)行，同時(shí)避免生產(chǎn)過程中的浪費(fèi)，以節(jié)約能源。結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格前便宜、常做成塔狀。蓄熱式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)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(dòng)，通過壁面的導(dǎo)熱和壁表面的對(duì)流換熱進(jìn)行熱量的傳遞。器的殼程和管程，通過熱傳導(dǎo)，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(shè)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(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)冷流體流量的大小,多級(jí)離心泵的轉(zhuǎn)速由變頻器來控制。行器和被控對(duì)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(duì)傳遞的熱量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

　　

【正文】 節(jié)的時(shí)間常數(shù) ，單位為分鐘，在實(shí)際過程中這些參數(shù)基本不變。這里 假設(shè)儀表量程為 0~10m3/h，測量環(huán)節(jié)的時(shí)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(dòng)態(tài)滯后可忽略不計(jì)，而且 1)( )()( ??? vvv Ksu sfsG KV通常在一定范圍內(nèi)變化，假設(shè) KV=(~) 3)被控對(duì)象 對(duì)于冷流體流量對(duì)象，假設(shè)控制通道與擾動(dòng)通道的動(dòng)態(tài)特性分 別為： ? ? spp esT KsG ???? 1211 ? ? 11 dd KsG ? 假設(shè) Kp1=1， T2=3， τ =3， Kd1=1 4)比值器 流量與測量信號(hào)呈線性關(guān)系，儀表的比值系數(shù)： kkR ?? m ax2m ax1 假設(shè) 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(jìn)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(xué)課程設(shè)計(jì)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(dòng)回路輸出響應(yīng)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(shí)間 Ti 和微分時(shí) 間 Td，改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，使系統(tǒng)過渡過程達(dá)到最為滿意的質(zhì)量指標(biāo)要求。一般可以通過理論計(jì)算確定，但誤差太大。目前，應(yīng)用最多的還是工程整定法：如經(jīng)驗(yàn)法、衰減曲線法、臨界比例度法和響應(yīng)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(jìn)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(duì)于每一個(gè) Kc值做小幅度的設(shè)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(yàn)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(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 18 控制規(guī)律 Kc Ti Td P PI PID (1)去除積分時(shí)間和微分時(shí)間，設(shè)定 PID 參數(shù)為： Kc=1， Ti=0， Td=0 圖 11 系統(tǒng)設(shè)定值跟蹤響應(yīng) （ 2）將 KC由小到大變化，得到臨界情況下的等幅振蕩 當(dāng) Kc= 時(shí)，響應(yīng)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(yīng)曲線，如下圖： 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 19 圖 13 出口溫度比值控制系統(tǒng)設(shè)定值跟蹤響應(yīng) (Kc=， Ti=4, Td=) 由圖可得，響應(yīng)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(fù)時(shí)間短。下面將以階躍響應(yīng)曲線形式表示的質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)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(dòng)態(tài)指標(biāo)。它等于曲線中前后兩個(gè)相鄰波峰之比。 39。 ??? BBn 最大動(dòng)態(tài)偏差 最大動(dòng)態(tài)偏差指的是在單位階躍擾動(dòng)下，最大振幅與最終穩(wěn)態(tài)值之和的絕對(duì)值。 A=|B+C|=+3= 超調(diào)量 在隨動(dòng)控制系統(tǒng)中，超調(diào)量是一個(gè)反映超調(diào)情況和衡量穩(wěn)定程度的指標(biāo)。 %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(shí)間 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 20 調(diào)節(jié)時(shí)間是從過渡過程開始到結(jié)束所需的時(shí)間。過渡過程要絕對(duì)地達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)，理論上需要無限 長的時(shí)間。一般認(rèn)為當(dāng)被控變量進(jìn)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(shí)，過渡過程結(jié)束，此時(shí)所需要的時(shí)間為調(diào)節(jié)時(shí)間。 調(diào)節(jié)時(shí)間 振蕩周期 振蕩周期 是指過渡過程的第一個(gè)波峰與相鄰的第二個(gè)同向波峰之間的時(shí)間間隔。 T=8min 峰值時(shí)間 被控變量第一次達(dá)到最大值和最小值的時(shí)刻稱 為峰值時(shí)間。 上升時(shí)間 過渡過程開始到被控變量第一次達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的時(shí)間成為上升時(shí)間。 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 本設(shè)計(jì)方案由于采用的是單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，其優(yōu)缺點(diǎn)在相應(yīng)設(shè)計(jì)過程中已有所介紹。 本設(shè)計(jì)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。控制精度較好，實(shí)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(jìn)入的總流量是不固定的。這對(duì)于有些要求精度高的場合是不太合適的，因?yàn)樨?fù)荷波動(dòng)會(huì)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(gè)弱點(diǎn)。 為了能很好地實(shí)現(xiàn)兩流量的比值恒定，又能使進(jìn)入系統(tǒng)的總負(fù)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(shè)計(jì)中，由最初的我感覺無從下手，通過付出很多的時(shí)間和精力之后到收獲頗豐，這是一 個(gè)很大的進(jìn)步。在這次的課程設(shè)計(jì)與以前相比，以前做課程設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)對(duì)我們的能力要求有了進(jìn)一步的提高，老師沒有像以前那樣，而是完全中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)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(shí)去問老師時(shí)，他才會(huì)給你具體的解答。剛拿到題目時(shí)大家都陷入了迷茫中，每個(gè)人設(shè)計(jì)的題目都不同，而且設(shè)計(jì)對(duì)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(shí)，對(duì)我們提出了更強(qiáng)的獨(dú)立性要求。最終一步一步腳踏實(shí)地的慢慢的把它 做了下來，通過這個(gè)復(fù)雜的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我對(duì)控制系統(tǒng)又有了更深的理解，尤其是對(duì)比值控制系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)了解的更多了。 在本次的課程設(shè)計(jì)中不得不提到我們被控對(duì)象的模型建立，由于模型機(jī)理建模相對(duì)困難，模型無法建立，影響了我其他內(nèi)容的進(jìn)度，最終通過廣泛的查閱資料，相對(duì)較好的解決了這個(gè)問題，同時(shí)，這也給我一個(gè)教訓(xùn)，做事不要死守一點(diǎn)，學(xué)會(huì)變通，另外，該控制方案在實(shí)際的生產(chǎn)中的實(shí)際效果有待考驗(yàn)。 另外，通過這次的課程設(shè)計(jì)，我對(duì)本專業(yè)的相關(guān)知識(shí)有了更深的認(rèn)識(shí)，尤其是在實(shí)際生產(chǎn)的工程實(shí)踐中，如何設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)這一過程有了更清 晰的認(rèn)識(shí)。重新溫習(xí)《過程控制工程》這門課，對(duì)其中的部分內(nèi)容有了新的認(rèn)識(shí)，并在實(shí)際中得到應(yīng)用。通過 MATLAB這一工具，學(xué)會(huì)了參數(shù)整定的相關(guān)方法，借助這種先進(jìn)工具軟件輔助自己的工作學(xué)習(xí)，這對(duì)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(duì)我們的指導(dǎo)！ 參考文獻(xiàn) [1] 戴連奎 《 過程控制工程 》 第三版 北京 化學(xué)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(xué) 工業(yè)出版社 2020 [3] 胡壽松 《自動(dòng)控制原理簡明教程 》第二版 北京 科學(xué)出版社 2020 [4] 厲玉鳴 《 化工儀表及自動(dòng)化 》 第四版 化學(xué)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(jī)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