【正文】 中北大學課程設計說明書 19 六．參考文獻 [1]過程設備設計 (第三版 ) 主編： 鄭津洋 _董其伍 化工工業(yè)出版社 [2] 工程熱力學 (第 四 版 ) 主編： 沈維道、 童鈞耕 高等教育出版社 [3]自動控制原理（第二版） 主編：胡壽松 北京 科學出版社 [4]過程控制工程 主編：潘立登 機械工業(yè)出版社 [5]過程控制工程（第三版） 主編：戴連奎，于玲 化學工業(yè)出版社 [6]過程控制系統(tǒng)及工程 主編： 楊為民 西安電子科技大學出版社 [7]工業(yè)過程控制技術（方法篇） 主編：孫優(yōu)賢 ，褚健 化學工業(yè)出版社 [8]過程檢測技術及儀表（第二版）主編：杜維，張宏建 化學工業(yè)出版社 [9]過程控制系統(tǒng)的 MATLAB 仿真 主編：劉文定，王東林 機械工業(yè)出版社 。通過 MATLAB這一工具，學會了參數整定的相關方法，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。 另外，通過這次的課程設計，我對本專業(yè)的相關知識有了更深的認識，尤其是在實際生產的工程實踐中，如何設計控制系統(tǒng)這一過程有了更清晰的認識。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。 本設計方案能夠實現兩 種物料流量的比值控制，從而保證溫度的恒定。根據 調節(jié)器參數工程整定的相關內容，應用臨界比例度法先通過對調節(jié)器參數經驗數據的使用，最終中北大學課程設計說明書 15 使控制系統(tǒng)的一些性能指標都相對較好。 在 MATLAB 中的 Simulink 工具箱組件中進行系統(tǒng)的仿真 [9]，所搭建的系統(tǒng)模型如下圖 9所示。 表 2 調節(jié)閥技術參數 公稱通徑 DN(mm) （閥座直徑 dn） 20 25 32 40 50 65 80 10 12 15 20 額定流量系數 直級 1.8 2.8 4.4 6.9 11 44 69 110 等百分比 1.6 2.5 4 6.3 10 16 25 40 63 100 額定行程 (mm) 16 25 40 公稱壓力 PN（ MPa） 固有流量特性 直線 等百分比 中北大學課程設計說明書 14 固有可調比 50 工作溫 度 t（℃） 20~200 40~250 40~450 60~450 信號范圍（ ） 0~10 4~20 作用方式 電關式 電開式 使用環(huán)境溫度（℃） 電動調節(jié)閥： 20~70℃ 伺服放大器： 0~50℃ 使用環(huán)境條件 電動調節(jié)閥：≤ 95% 伺服放大器：≤ 85% 電源電壓 220V 50Hz 380V 50Hz 24AC/DC 四． 控制系統(tǒng)的仿真 各個環(huán)節(jié)傳遞函數及各個參數的確定 [3] 冷、熱流體流量測量儀表 插入式渦街流量計 為線性單元，動態(tài)滯后可忽略，用一階環(huán)節(jié)來近似： 1() 1QMLM KGs Ts? ? （ 41） 通過查找相關資料，這里假設 渦街流量計 的 1 2T? ， 1QMK ? 對于調節(jié)閥，由于其流量特性為直線和等百分比。流量特性為線性或等百分比。廣泛應用于電力、冶金、化工、石油、輕紡、制藥、造紙等工業(yè)部門的生產自動化控制。 中北大學課程設計說明書 13 調節(jié)閥 選擇 KVQJ 系列電動單座、套筒調節(jié)閥 。 [8] 技術參數 ： 中北大學課程設計說明書 12 表 1 流量計技術參數 公稱通經（ mm） 250～ 1500 儀表材質 1Cr18Ni 9Ti 公稱壓力（ Mpa） ； 被測介質溫度（℃） － 40～ +250℃ 環(huán)境條件 溫度－ 10～ +55℃，相對濕度 5％～ 90％，大氣壓力 86～ 106Kpa 精度等級 示值的177。單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方框圖為 【 4】 ： 圖 5 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方框圖 圖中， FC為流量控制器， GV為調節(jié)閥傳遞函數， Gp1為流量對象傳遞函數， 1LMG 2LMG為流量檢測變換傳遞函數， Gd1為主回路干擾傳遞函數。 它的另一方 面的優(yōu)點是調整負荷比較方便，只需緩慢改變主動量控制回路的給定值。當擾動消除后，主、從動量都恢復到原設定值上，比值不變。但由于主流量可變，所以進入系統(tǒng)的總流量是不固定的。其特點是：從動量是一個中北大學課程設計說明書 10 閉環(huán)隨動控制，主動量是開環(huán)的，結構比較簡單。實際生產過程中的從動量變化是不可避免的，因此在實際系統(tǒng)中很少采用開環(huán)比值控制系統(tǒng)。 比值控制系統(tǒng)的屬于復雜控制系統(tǒng)，在比值控制系統(tǒng)中，具體又分為定比值控制系統(tǒng)與變比值控制系統(tǒng)。由熱平衡公式（ 11）可知，當冷熱流體的流量成一定的比值關系時便可以保證按照兩流體出口溫度的變化量成一定比值關系，同時假定冷熱流體入口處溫度 1iT 、 2i T 都保持恒定，則此時，冷熱流體的溫度 1oT 、 2oT 便同時可以保持恒定。K T s T s? ? ? 故換熱器溫度控制的數學模型為 : ? ? 1 1 . 8 52 25 3 7 5 7 . 1 7 1 sG s ess ?? ?? （ 118） 由上式可以看出系統(tǒng)的滯后時間常數為 ，換熱器出口溫度控制系統(tǒng)是慣性和時間滯后均較大的系統(tǒng)。 。 冷流體流量 32 /G m h=7 。 換熱器冷卻面積 23Fm? 殼體長度 =1500L mm 。換熱器熱流體進出口溫度差在 40C 附近，冷流體進出口溫差在 30℃左右。式（ 115）為一個近似的經驗表達式，因為二階環(huán)節(jié)的兩個時間常數不不僅取決于兩側流留時間，而且與列管的厚度、材質、結垢等情況有關，但是，這個式子一定程度上描述了換熱器動態(tài)特性的內在性質。 由式（ 115）看出，過程通道的動態(tài)特性均可近似為帶有純滯后的二階慣性環(huán)種近似關系可以這樣理解，要從熱流體把熱量傳遞到冷流體，必須先由熱流體傳給間壁，然后再由間壁傳給冷流體，這樣就成為二階慣性環(huán)節(jié)。 (2)熱流體流量 1G 、冷流體流量 2G 對熱流體出口溫度 1oT 的影響，即 1 1 2 1ooG T G T??、 通道特性。 /T W G? WG、 — 分別為換熱器的容量和冷流體的流量 。 (l)熱流體入口溫度 1iT ，冷流體入口溫度 2iT 對熱流體出口溫度 1oT 的影響，即 11ioTT?? ，21ioTT?? 的通道特性。 為了能說明傳熱對象的動態(tài)特性的基本規(guī)律，也可近似應用一些經驗公式來描述。要對這樣的動態(tài)方程進行精確的解析求解是很困難的。 1M — 流體 1單位長度的流體質量 。 A — 內管的圓周長 。先分析流體 1的熱量動態(tài)平衡問題。 同一截面上的各點溫度相同。 中北大學課程設計說明書 7 流體 1和流體 2均為液相，而且是層層流動 ?，F說明列管式換熱器動態(tài)特性的建立方法。 圖 4 T10與 G2的靜態(tài)關系