单回路和串级控制系统仿真研究

综合性设计型实验报告 系别：化机系 班级：2010自动化(1)班 2013—2014 学年第 1 学期 学号 1020301005 姓名 张曼丽 指导教师 王淑钦 课程名称 综合性设计型实验 实验名称 单回路和串级控制系统仿真研究 实验类型 设计性 实验地点 青海大学化工学院化工机械系 实验时间 2013.12.16~2013.12.27 实验内容：(简述) 实验目的与要求： 1. 查阅资料确定对象特性，分析对象模型特性，对象模型中应含有主对象、副对象。 2. 利用MATLAB中simulink建立单回路控制系统，并利用所学过的控制参数整定知识进行P、I、D控制参数整定，完成单回路控制系统仿真 3. 设计串级控制系统，利用MATLAB中simulink建立串级控制系统，选取主副控制器控制规律，对主副控制器进行控制参数整定，完成串级控制系统仿真 4. 对分别做出的单回路控制系统响应曲线和串级控制系统的响应曲线进行比较，讨论比较分析结果，利用所学知识和实验结果讨论单回路和串级控制系统的特点。 设计思路：(设计原理、设计方案及流程等) ² 温度单回路调节系统 选择氧化炉温度作为被控变量，选择氨气流量作为操纵变量。 最大偏差为10℃(手动时最大偏差20～30 ℃)，偏差较大的原因是，温度单回路调节系统虽包括了全部扰动，但调节通道滞后大，对于氨气总管压力和流量的频繁变化，不能及时克服。即被控过程的滞后大，时间常数大，温度控制系统的控制品质不佳。 单回路控制系统方块图 关于单回路参数整定 控制规律 调节器参数 P 2 PI 2.2 0.85 PID 1.67 0.5 ² 氨气流量调节系统 工艺提供氨气流量变化1%，氧化炉温度变化64 ℃，设计氨气流量调节系统能迅速克服氨气流量的干扰，这样把氨气流量变化克服在影响反应温度前，偏差仍8 ℃ 。这是因为氧化炉还存在其他干扰：如空气量，触煤老化等问题。 ² 串级调节系统(温度为主参数) 由温度调节器决定氨气的需要量，氨气的需要量是由流量调节系统来决定的，即流量调节器的给定值由温度调节器的需要来决定：(ⅰ)变还是不变 (ⅱ)变化多少 (ⅲ)朝哪个方向变。因此出现了反应温度信号自动地校正流量调节器给定值的方案，即串级调节系统(如图2所示)。 炉温为主被控变量，氨气流量为副被控变量，氨气流量为操纵变量组成串级控制。该控制方案以炉温作为主被控变量，抓住了生产过程的主要矛盾；通过副被控变量组成的副回路，能够及时克服氨气流量和压力的波动，大大削弱了它们的波动对炉温的影响。 串级调节系统原理图 串级控制系统方块图 关键技术分析： 实验过程：(包括主要步骤、成果介绍、代码分析、实验分析等) 实验总结： 串级控制系统改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率，具有较强的抗扰动能力，具有一定的自适应能力，能够准确及时地对系统的一次扰动和二次扰动进行校正。 学生签名： 年 月 日 评语与成绩： 教师签名： 年 月 日 填写说明： 1．实验类型：验证性、设计性或综合性。 2．表格不够填写，可抬高，增加页数。 3．签名、日期必须手写。 5