宁波理工学院
过程控制课程论文
题
目
专业班级
姓 名
学 号
指导教师
学 院
完成日期
目录
1.引言 ............................. 2 2.设计任务及要求： ................. 2 3.控制方案设计： ................... 2 4.设计总结： ....................... 7
1
1.引言
学习是一个理论和实践相结合的过程，经过对过程控制工程一学期的学习，我们基本掌握了过程建模的方法、反馈控制系统、前馈控制系统、比值控制系统、均匀控制系统和分程控制系统；接触了多回路控制系统、计算机控制系统、smith预估控制系统、内模控制系统，以及过程监督控制、间歇控制、传热设备的控制、精馏塔的控制、计算机综合集成控制等。在学习了这些理论知识的同时，我们做了8次实验，学习理论的同时与实践相结合，达到融会贯通的目的。但是，课程实验都是针对课程某个部分的，工作量较小，所以在整个课程学习结束之后，进行一次课程设计，做一个较大较全面的系统，对整个课程知识做一个全面的复习，很有必要。
2.设计任务及要求：
某隧道窑炉系统，考虑将燃烧室温度作为副变量，烧成温度作为主变量，主、副对象的传递函数分别为：
108-3s
G01(s)=e，G02(s)=
6s+1(s+2)(2s+1)试采用单回路控制设计温度控制系统，具体要求如下：
（1） 进行控制方案设计，包括调节阀的选择、控制器参数整定，给出相应的闭环系
统原理图；
（2） 进行仿真实验，分别给出系统的跟踪性能和抗干扰性能（包括一次扰动和二次
扰动。
采用MATLAB仿真,需要做出以下结果： （1） 超调量 （2） 峰值时间 （3） 过渡过程时间 （4） 余差
（5） 第一个波峰值 （6） 第二个波峰值 （7） 衰减比 （8） 衰减率 （9） 振荡频率
（10） 全部P、I、D的参数 （11） PID的模型 （12） 设计思路
3.控制方案设计：
单回路控制系统：
单回路控制系统的原理图如图所示
2
对于单回路的控制系统，要求实现无差温度控制，且对象为大容量对象，因此采用PID控制器，利用临界比例度法进行控制器的整定。
由于是窑炉系统，当系统发生故障时，为了避免温度无限制升高，燃料在有故障时不能进入，所以从工艺安全角度出发，控制阀选择气开型。
用Simulink建立仿真模型如下：
用临界比例度法进行参数，当切除积分和微分作用时，当比例系数为0.0804时，可获得临界情况下的等幅振荡，图如下：
3
此时KCmax=0.0804，Pu=18s.临界比例度法参数整定规律如下：
计算结果，比例系数为0.03618，积分系数为9
经调试，取比例系数0.032，积分系数10，微分系数为0，系统表现出较好的快速性和稳定性
显然，计算的结果与实际调试的参数存在差异，其原因是以上公式是针对通用的对象的，针对具体的对象，其容量、滞后等参量不同，所以在计算结果的基础上，必须进行微调，才能得到满意的参数。
4
采用这套PID参数时，一次扰动作用下的响应曲线如下：
5
采用这套PID参数时，二次扰动作用下的响应曲线如下：
6
Max（y）命令，可以让系统自己找出最大值，即峰值，用最大值减去稳定值（或者是给定值），本系统仿真中全部用阶跃信号，所以应该是1，再乘以分度，便可以算出超调量。
δ=（max（y）-1）×100%
因为被控对象为大容量对象，若使用单回路PID控制，虽然可以达到期望的效果，但是窑炉装置为大容量对象，对于扰动频繁的干扰和大幅度的干扰调节不及时，容易造成事故。
4.设计总结：
课程设计诚然是一门专业技术课程，它在让我们熟悉巩固专业知识的同时也驱使着我们去学习其他的一些不曾学习而又需要用到的知识。学习就是这样一个过程，不是一开始什么都会，也不是一直什么都学，而是在需要用的时候有信心、有能力去学习它，去挑战自己。我们组做的这次课程设计或许不是最成功的、不是最好的。但是我觉得我们应该是最有收获的、最努力的，每个组员都按照组长的分配发挥自己全部的能量完成自己应该做的部分，然后还紧密的结合在一起，这是最可贵的。 通过这次课程设计让我了解和学习到很多东西，不仅仅是书面上的知识。 当然，书面知识的巩固和动手能力的提高是其中的一个部分；在这之外我还学习到了如何主动的去学习，这是一种学习的能力；还有如何去与别人相处，紧紧团结成一个整体，平衡自己和团队直接的关系；另外老师的细心帮组也是我们完成任务必不可少的一部分。 总的来说，通过这次课程设计让我学到很多课本以外的知识，让我在以后的学习中会更加努力，也会更从容的面对即将到来的毕业设计。
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宁波理工学院
过程控制课程论文
题
目
专业班级
姓 名
学 号
指导教师
学 院
完成日期
目录
1.引言 ............................. 2 2.设计任务及要求： ................. 2 3.控制方案设计： ................... 2 4.设计总结： ....................... 7
1
1.引言
学习是一个理论和实践相结合的过程，经过对过程控制工程一学期的学习，我们基本掌握了过程建模的方法、反馈控制系统、前馈控制系统、比值控制系统、均匀控制系统和分程控制系统；接触了多回路控制系统、计算机控制系统、smith预估控制系统、内模控制系统，以及过程监督控制、间歇控制、传热设备的控制、精馏塔的控制、计算机综合集成控制等。在学习了这些理论知识的同时，我们做了8次实验，学习理论的同时与实践相结合，达到融会贯通的目的。但是，课程实验都是针对课程某个部分的，工作量较小，所以在整个课程学习结束之后，进行一次课程设计，做一个较大较全面的系统，对整个课程知识做一个全面的复习，很有必要。
2.设计任务及要求：
某隧道窑炉系统，考虑将燃烧室温度作为副变量，烧成温度作为主变量，主、副对象的传递函数分别为：
108-3s
G01(s)=e，G02(s)=
6s+1(s+2)(2s+1)试采用单回路控制设计温度控制系统，具体要求如下：
（1） 进行控制方案设计，包括调节阀的选择、控制器参数整定，给出相应的闭环系
统原理图；
（2） 进行仿真实验，分别给出系统的跟踪性能和抗干扰性能（包括一次扰动和二次
扰动。
采用MATLAB仿真,需要做出以下结果： （1） 超调量 （2） 峰值时间 （3） 过渡过程时间 （4） 余差
（5） 第一个波峰值 （6） 第二个波峰值 （7） 衰减比 （8） 衰减率 （9） 振荡频率
（10） 全部P、I、D的参数 （11） PID的模型 （12） 设计思路
3.控制方案设计：
单回路控制系统：
单回路控制系统的原理图如图所示
2
对于单回路的控制系统，要求实现无差温度控制，且对象为大容量对象，因此采用PID控制器，利用临界比例度法进行控制器的整定。
由于是窑炉系统，当系统发生故障时，为了避免温度无限制升高，燃料在有故障时不能进入，所以从工艺安全角度出发，控制阀选择气开型。
用Simulink建立仿真模型如下：
用临界比例度法进行参数，当切除积分和微分作用时，当比例系数为0.0804时，可获得临界情况下的等幅振荡，图如下：
3
此时KCmax=0.0804，Pu=18s.临界比例度法参数整定规律如下：
计算结果，比例系数为0.03618，积分系数为9
经调试，取比例系数0.032，积分系数10，微分系数为0，系统表现出较好的快速性和稳定性
显然，计算的结果与实际调试的参数存在差异，其原因是以上公式是针对通用的对象的，针对具体的对象，其容量、滞后等参量不同，所以在计算结果的基础上，必须进行微调，才能得到满意的参数。
4
采用这套PID参数时，一次扰动作用下的响应曲线如下：
5
采用这套PID参数时，二次扰动作用下的响应曲线如下：
6
Max（y）命令，可以让系统自己找出最大值，即峰值，用最大值减去稳定值（或者是给定值），本系统仿真中全部用阶跃信号，所以应该是1，再乘以分度，便可以算出超调量。
δ=（max（y）-1）×100%
因为被控对象为大容量对象，若使用单回路PID控制，虽然可以达到期望的效果，但是窑炉装置为大容量对象，对于扰动频繁的干扰和大幅度的干扰调节不及时，容易造成事故。
4.设计总结：
课程设计诚然是一门专业技术课程，它在让我们熟悉巩固专业知识的同时也驱使着我们去学习其他的一些不曾学习而又需要用到的知识。学习就是这样一个过程，不是一开始什么都会，也不是一直什么都学，而是在需要用的时候有信心、有能力去学习它，去挑战自己。我们组做的这次课程设计或许不是最成功的、不是最好的。但是我觉得我们应该是最有收获的、最努力的，每个组员都按照组长的分配发挥自己全部的能量完成自己应该做的部分，然后还紧密的结合在一起，这是最可贵的。 通过这次课程设计让我了解和学习到很多东西，不仅仅是书面上的知识。 当然，书面知识的巩固和动手能力的提高是其中的一个部分；在这之外我还学习到了如何主动的去学习，这是一种学习的能力；还有如何去与别人相处，紧紧团结成一个整体，平衡自己和团队直接的关系；另外老师的细心帮组也是我们完成任务必不可少的一部分。 总的来说，通过这次课程设计让我学到很多课本以外的知识，让我在以后的学习中会更加努力，也会更从容的面对即将到来的毕业设计。
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