计控第二次大作业-氧化炉

宁波大学答题纸（2012—2013学年第1学期）课号：103Z01A07课程名称：计算机控制技术改卷教师：学号：姓名：得分：大作业（二）下图为氧化炉对象，工艺要求氧化炉内的反应温度恒定，一般通过氧化炉的氨气和氧气比恒定来实现，但氨管压力波动会影响氨气流量变化，空气含氧量会随环境发生变化。被控量为氧化炉温度，调节量为氨气管道阀门。绪论在硝酸铵生产过程中，氨氧化炉是关键设备。其工艺流程：氨气和空气混合气体进入氧化炉，在铂金触煤的作用下进行氧化反应，生成所需要的一氧化氮，这是一个多种参数相互制约的复杂过程，工艺控制指标的好坏关系到生产能否稳定运行，生产效益以及设备安全问题。氨氧化法制硝酸是硝酸生产中比较普遍的方法，氨气和空气混合气体经静化后，进入氧化炉，在铂金网的作用下，在绝压0．45MPa，温度850℃的条件下，将氨氧化成一氧化氮气体，影响氧化反应过程的因素有氨的体积分数，压力，氧化率，反应温度，混合气流量，铂网活性等，氧化率是氧化反应的指标，但目前没有有效的检测手段。在一定条件下，氧化率正比于反应温度，而氨气是氧化反应的主要成分，反应的温度取决于气体中氨的体积分数，而氨的体积分数又无法测量，只有氧化炉温度能间接反应出氧化率。为了获得更高的氧化率，氧化炉温度与氨的体积分数均控制在极值，而炉温超到11001、确定被控对象，输出量和控制参数分析：由绪论可知氨空比与炉温的实时检测与稳定控制是氧化炉控制的关键。以炉温为主调节回路，氨空比值为副调节回路，构成变比值控制系统。串级比值调节回路中，当出现直接引起氨气，空气流量变化的干扰时，通过比值系统，可以得到及时克服，以保持炉温不变，对于其他干扰如氨气、温度压力变化，触媒活性变化等引起的炉温变化，可通过主调节器对氨空比值进行修正，以保证炉温恒定。串级比值调节系统，快速而有效地克服各种干扰，可使温度控制精度达到恒定。由图可知被控对象：氨气调节阀输出量：温度控制参数：氧化炉温度和氨空比控制系统方框图如图所示：主控制器主控制器副控制器调节阀副对象主对象除法器氨流量测量变送空气测量变送温度变送———2、给出对象模型的建立方法分析：就工业过程或装置而言,所谓系统就是由元件、部件相互联系而组成的具有某种特定功能的整体。不同的系统对应着不同的学科领域。每个学科领域都要研究这一领域所包含的所有系统内部的以及与之相联系的外部因素之间比较精确的定量关系,即数学模型。所谓系统的数学模型,就是利用数学结构(表格、图形以及各种数学方程:代数方程、积分方程、微分方程、它们的方程组、传递函数、状态方程、差分方程等)来反映系统内部之间、内部与某些外部因素之间的精确的定量关系。建立数学模型有两种方法:一种是从基本物理定律,即利用各个专门学科领域提出来的物质和能量的守恒性和连续性原理,以及系统(设备)的结构数据推导出模型。种方法得出的数学模型称之为机理模型或解析模型,这种建立模型的方法,称之为解析法;另一种方法是从系统的运行和试验数据建立系统模型(模型结构和参数),这种方法称之为系统辨识。由实验法建立的数学模型——传递函数,来描述单输入单输出线性系统的方法,可以为更复杂的系统数学模型的辨识作预备性试验,它是系统辨识的基础。所设计数字调节器传递函数如下：，式中，＝0.8。系统脉冲传递函数式中，为采样周期，取L=2，可得。为期望闭环系统的时间常数。则广义工业对象脉冲传递函数为：则所设计数字调节器形式为：因此可求得在单位阶跃输入下，系统期望输出序列：系统的开环传递函数为：由以上传递函数，通过MATLAB求其伯德图，程序如下：给出MATLAB下的最少拍和PID控制的对比效果假设已测得对象的模型为，采样时间为15sPID控制Simulink仿真Kp=0.11Ki=0.001Kd=0输出响应：（2）最小拍控制所谓最少拍系统或最少调整时间系统，是指对下图所示的随动系统，在给定某种典型输入条件下，设计一个控制规律D（z），使闭环系统具有最快的响应速度，也就是能在最少个采样周期时间内准确跟踪输入给定值，即达到无静差的稳定状态。由于最小拍设计的广义对象不能有纯滞后环节，所以只考虑比例惯性环节 由于，取，