课程设计2015

1、过 程 控 制 系 统 课程设计 课程设计课程设计课程设计课程设计课程设计 过 程 控 制 系 统 课程设计 课程设计课程设计课程设计课程设计课程设计 课程设计一 数学模型的建立 设计设计1：设矩形脉冲响应幅值为2t/h，脉冲宽度为t=10min，某温度 过程的矩形脉冲响应记录数据如下： t(min5 Y()0.461.73.79.019.026.436.037.5 t(min)2025304050607080 Y()33.527.221.010.45.12.81.10.5 （1）将该脉冲矩形响应曲线转换成阶跃响应曲线； （2）求该温度对象的传递函数。 过 程 控 制

2、 系 统 课程设计 课程设计课程设计课程设计课程设计课程设计 课程设计一 数学模型的建立 t(min5 Y()0.461.73.79.019.026.436.037.5 Y1()0.461.73.79.019.026.4- t(min)2025304050607080 Y()33.527.221.010.45.12.81.10.5 Y1()59.9-80.991.396.499.2100.3100.8 阶跃响应曲线 01020304050607080 0 20 40 60 80 100 120 t/s h(t) 4 .50 2 08 .100)0()( x yy K

3、在图中取 )(4 . 0)( 1 yty)(8 . 0)( 2 yty 14 1 t5 .30 2 t46. 0/ 21 tt得 该过程应该用二阶系统，数学模型为 2 ) 1( )( Ts K sW 其中3 .10 32. 4 21 tt T 22 ) 13 .10( 4 .50 ) 1( )( sTs K sW 过 程 控 制 系 统 课程设计 课程设计课程设计课程设计课程设计课程设计 课程设计一 数学模型的建立 设计设计2：某过程在阶跃扰动量 = 20%的作用下，其液位过程阶跃 响应数据见下表： （1）画出液位h的阶跃响应曲线； （2）分别利用图解法和两点法建立液位过程的数学模型。 （3）

4、当调节器分别为PI、PID作用时，用特性参数法整定 调节器的参数。 t/s01020406080100140180260300400500 h/cm000.20.82.03.65.48.811.814.416.618.419.2 过 程 控 制 系 统 课程设计 课程设计课程设计课程设计课程设计课程设计 课程设计一 数学模型的建立 方法一：图解法 由图可以看出： 过程应该用一阶加延时系统。 96 2 . 0 2 .19)0()( 0 0 x yy K 从图中得到：40s， T26040220s S S e S e TS K sW 400 0 1220 96 1 )( 过 程 控 制 系 统 课

5、程设计 课程设计课程设计课程设计课程设计课程设计 课程设计一 数学模型的建立 方法二：计算法 在图中取 y(t1)0.39y()，y(t2)0.632 y()，得 t1140s ，t2 225s sttT170)(2 121 stt552 211 过程数学模型： SS e S e TS K sW 550 0 1170 96 1 )( t 1 t 2 过 程 控 制 系 统 课程设计 课程设计课程设计课程设计课程设计课程设计 课程设计二 调节阀口径的确定 设计设计1：试为某水厂选择一台直线特性的气动双座调节阀（柱塞形）。 已知流体为水。正常流量条件下的数据为：p1=1.5MPa，p=0.05MP

6、a， t1=170，pv=0.808MPa，L=897.3kg/m3，QL=100m3/h，=0.181mm2/s， Sn=0.65，n=1.25，接管直径D1=D2=100mm，pc=21966.5kPa。 1. 阻塞流判断 非阻塞流 2. Cn计算 3. 计算Cmax Smax m Cmax= mCn 4. 低雷诺数修正 不必做低雷诺数修正 5. 初选C100=250，Dg=dg=125mm 6. 管件形状修正不必修正 7. 验算 8. 不需对调节阀的可调比作验算 pQC LLn 10 过 程 控 制 系 统 课程设计 课程设计课程设计课程设计课程设计课程设计 课程设计二 调节阀口径的确定

7、 设计设计2：试确定安装在空气管道的直线特性的气动双座调节阀（柱塞形） 口径。已知最大流量条件下的数据为：p1=2.76MPa，p =1MPa， t1=165，Qg=3000m3/h，H=1.293kg/m3，Z=1.6，接管直径 D1=D2=35mm。 1.阻塞流判断 非阻塞流 2.计算Cmax 3. 初选C100=16，Dg=dg=32mm 4. 管件形状修正不必修正 5. 验算 6. 不需对调节阀的可调比作验算 过 程 控 制 系 统 课程设计 课程设计课程设计课程设计课程设计课程设计 课程设计三 串级控制系统的设计 如图所示的管式加热炉出口温度控制系统，采用控制燃料油的 流量来保证加热

8、炉的出口温度恒定。 （1）若燃料油调节阀前压力是主要扰动，设计合理的控制方案， 画出采用串级控制系统时的流程图，并作简要说明。 （2）确定调节阀的气开、气关形式，主、副调节器的正反作用方 式，并说明原因。 燃料油 被加热油料 过 程 控 制 系 统 课程设计 课程设计课程设计课程设计课程设计课程设计 课程设计三 串级控制系统的设计 燃料油 被加热油料 C QCQT T 设定值 过 程 控 制 系 统 课程设计 课程设计课程设计课程设计课程设计课程设计 课程设计三 串级控制系统的设计 流量 调节器 调节阀 流量 对象 温度 对象 温度 调节器 流量检测变送 器 温度检测变送 器 设定值 + 出口

9、温度 二次干扰一次干扰 调节阀选用气开式。 主、副调节器均选择反作用。 过 程 控 制 系 统 课程设计 课程设计课程设计课程设计课程设计课程设计 课程设计四 比值控制系统的设计 设计设计1：自来水消毒过程要求氯气注入量和 自来水量保持一定的比值关系如图所示，用 DDZ-型仪表组成一控制系统。氯气的正常 流量为120kg/h，仪表量程为0240kg/h；自来 水的正常流量为240kg/h，仪表量程为 0360kg/h。 （1）如自来水量可测但不可控，试设计一 个控制氯气的比值控制系统； （2）如氯气注入量和自来水量的干扰都比 较大且频繁，试设计一个控制系统使两者保 持一定的比值关系； （3）分

10、别计算引入开方器和不引入开方器 时系统的比值系数。 氯气 来自过滤器的净化水 供用户 过 程 控 制 系 统 课程设计 课程设计课程设计课程设计课程设计课程设计 课程设计四 比值控制系统的设计 (1) 如自来水量可测但不可控，采用乘法器的单闭环比值控制系统， 其中QA为自来水的流量，QB为氯气的流量。 氯气 QA QBCQBT RQAT QB 来自过滤器的净化水 供用户 过 程 控 制 系 统 课程设计 课程设计课程设计课程设计课程设计课程设计 课程设计四 比值控制系统的设计 (2)如氯气注入量和自来水量的干扰都比较大且频繁，采用乘法器的 双闭环比值控制系统，其中QA为自来水的流量，QB为氯气

11、的流量。 氯气 QA QBCQBT R QATQAC QB 来自过滤器的净化水 供用户 过 程 控 制 系 统 课程设计 课程设计课程设计课程设计课程设计课程设计 课程设计四 比值控制系统的设计 (3) 引入开方器时： 不引入开方器时： 75. 0 240 360 240 120 max max 1 B A A B Q Q Q Q 5625. 0 2 1 2 max max 2 2 B A A B Q Q Q Q 过 程 控 制 系 统 课程设计 课程设计课程设计课程设计课程设计课程设计 课程设计四 比值控制系统的设计 (3) 引入开方器时： 不引入开方器时： 75. 0 240 360 24

12、0 120 max max 1 B A A B Q Q Q Q 5625. 0 2 1 2 max max 2 2 B A A B Q Q Q Q 过 程 控 制 系 统 课程设计 课程设计课程设计课程设计课程设计课程设计 课程设计四 比值控制系统的设计 设计设计2：空气和燃料分别进入反应器，通过改变燃料与空气流量的 比值保证反应器的氧含量恒定。为了使燃料的浓度低于爆炸限度， 空气是过量的。 要求：设计合理的控制方案，画出控制系统的流程图，并作简要 说明。 反反 应应 器器 空气 燃料 氧含量 过 程 控 制 系 统 课程设计 课程设计课程设计课程设计课程设计课程设计 课程设计四 比值控制系统

13、的设计 ATAC 反反 应应 器器 QT 空气 燃料 氧含量 QT QC 氧含量调节 器 流量调节器调节阀燃料流量 流量检测变送器除法器 氧含量检测变送器 流量检测变送器 + + 氧含 量 给定 空气流量 反应器氧含 量 过 程 控 制 系 统 课程设计 课程设计课程设计课程设计课程设计课程设计 课程设计五 前馈控制系统的设计 如图所示的管式加热炉出口温度控制系统，采用控制燃料油的流量 来保证加热炉的出口温度恒定。若主要扰动来自被加热油料流量的 波动，试设计控制系统克服之，画出带控制点的工艺流程图和控制 系统方框图。 燃料油 被加热油料 + QT CTQC 过 程 控 制 系 统 课程设计 课

14、程设计课程设计课程设计课程设计课程设计 课程设计五 前馈控制系统的设计 流量 检测变送器 温度 调节器 调节阀 加热炉 对象 温度 检测变送器 干扰 给定温度 + _ + + 流量 调节器 因为主要扰动是来自被加热油料流量的波动，所以设计被加热 油料流量为前馈量，加热炉的出口温度为被控变量的前馈反馈控 制系统。 当被加热油料流量发生波动时，利用前馈控制直接调整燃料油 阀门的开度，克服干扰。但是这只是粗略的调整，扰动对温度的影 响还需要通过反馈来进一步细调，克服其他的多种干扰，使出口温 度保持在期望值。 过 程 控 制 系 统 课程设计 课程设计课程设计课程设计课程设计课程设计 课程设计六 复合

15、控制系统的设计 锅炉汽包液位控制的目的是通过控制给水流量维持汽包中液位在工 艺允许范围内，以保证锅炉的安全运行。 设计复合控制方案，画出控制系统的流程图，并作简要说明，要求： （1）借助于前馈的校正作用，避免蒸汽量波动所产生的“假液位” 而引起调节阀的误动作，改善控制质量，防止事故发生。 （2）把给水流量的信号引入控制系统，以保持汽包液位稳定。 蒸汽蒸汽 给水给水 省煤器省煤器 锅炉汽包锅炉汽包 过 程 控 制 系 统 课程设计 课程设计课程设计课程设计课程设计课程设计 课程设计六 复合控制系统的设计 蒸汽 给水 省煤器 锅炉汽包 QT QC QC QT + +LCLT 液位调节器流量调节器调

16、节阀给水流量汽包水位 液位检测变送器 流量检测变送器 + + + 前馈控制器 流量检测变送器 蒸汽量 扰动 液位给定 设计前馈设计前馈串级复合控制系统，蒸汽流量作为串级复合控制系统，蒸汽流量作为 前馈信号，汽包水位为串级控制系统的主变量，给前馈信号，汽包水位为串级控制系统的主变量，给 水流量为串级控制系统的副变量。水流量为串级控制系统的副变量。 前馈控制克服主回路的主要扰动（即蒸汽量扰前馈控制克服主回路的主要扰动（即蒸汽量扰 动），当蒸汽量发生波动时，利用前馈控制直接调动），当蒸汽量发生波动时，利用前馈控制直接调 整给水阀门的开度，克服干扰；串级控制克服副回整给水阀门的开度，克服干扰；串级控制

17、克服副回 路的扰动（即给水流量扰动），把给水流量的扰动路的扰动（即给水流量扰动），把给水流量的扰动 作为二次干扰，当给水流量发生变化时，利用流量作为二次干扰，当给水流量发生变化时，利用流量 副环的作用，可以迅速地对扰动做出反应，及时调副环的作用，可以迅速地对扰动做出反应，及时调 整给水阀门的开度；但是这只是粗略的调整，扰动整给水阀门的开度；但是这只是粗略的调整，扰动 对液位的影响还需要通过主环来进一步细调，使被对液位的影响还需要通过主环来进一步细调，使被 控的主变量控的主变量汽包水位保持在希望值。汽包水位保持在希望值。 过 程 控 制 系 统 课程设计 课程设计课程设计课程设计课程设计课程设计

18、 课程设计七 解耦控制系统的设计 若输入输出之间传递关系为若输入输出之间传递关系为 试利用解耦方法实现系统的过程控制。试利用解耦方法实现系统的过程控制。 )( )( 4 2 3 1 2 1 1 1 )( )( 2 1 2 1 sX sX ss ss sY sY 1 1 s 3 1 s 2 1 s + 输出Y1(s) 4 2 s + 输出Y2(s) + + 输出 X1(s) 输出 X2(s) 解：（1）求系统相对增益以及系统耦合分析 系统的静态放大系数矩阵为： 相对增益矩阵为 21 11 2221 1211 kk kk K 11 12 11 12 )( 1 T T K 21 12 11 12 2

19、1 11 )( 1 T KK 所以，控制系统输入、输出的配对选择是正确的；通道间存在 较强的相互耦合，应对系统进行解耦设计。 过 程 控 制 系 统 课程设计 课程设计课程设计课程设计课程设计课程设计 过 程 控 制 系 统 课程设计 课程设计课程设计课程设计课程设计课程设计 （2）通过前馈补偿法进行解耦： ) 3(2 4 4 2 3 1 )( )( 22 21 21 s s s s sG sG D 2 1 1 1 2 1 )( )( 11 12 12 s s s s sG sG D 1 1 s 3 1 s 2 1 s + 输出Y1(s) 4 2 s + 输出Y2(s) + + 输出 X1(s) 输出 X2(s) )3(2 4 s s 2 1 s s + + + + 课程设计七 解耦控制系统的设计 过 程 控 制 系 统 课程设计 课程设计课程设计课程设计课程设计