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过程控制系统.doc

过程控制系统

古漠之鹰
2011-12-29 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《过程控制系统doc》,可适用于其他资料领域

《过程控制系统》课程设计报告书课题名称发电厂汽轮发电机蒸汽温度控制姓名学号专业电气工程及其自动化指导教师年月日目录摘要、引言设计目的任务要求、方案比较方案一常规PID控制方案二前馈控制方案三串级控制结论………………………………………………………………………………………、参数整定直角坐标图解法数据分析G分析G分析调节器参数选择………………………………………………………………………、仿真与干扰试验………………………………………………………………………………仿真试验…………………………………………………………………………………扰动分析、仪器选择………………………………………………………………………………………调节阀选择……………………………………………………………………………传感器、变送器选择…………………………………………………………………、结论……………………………………………………………………………………………、参考文献摘要为了提高大时延和大时间常数过程的控制质量在单回路控制系统的基础上增加一个控制回路构成串级控制系统。串级控制系统是一种极为有用的控制方案在工业生产过程控制中应用广泛。串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定后一个调节器的输出送往调节阀。因此整个系统包括两个控制回路主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。一次扰动:作用在主被控过程上的而不包括在副回路范围内的扰动。二次扰动:作用在副被控过程上的即包括在副回路范围内的扰动。本设计通过实验对数据的分析来建立系统被控对象模型的数学表达式采用最小二乘曲线拟合的方法对实验数据进行了曲线拟合从而得出了该生产过程的被控系统的数学模型即传递函数。接着对系统进行分析采用串级控制再根据对象模型的结构来确定温度控制系统的控制器及控制算法来实现发电厂汽轮发电机蒸汽温度控制系统的准确控制从而使各项参数都能满足各自的要求。关键词:串级控制系统、温度控制、调节器、扰动、引言设计目的有效控制发电厂汽轮发电机蒸汽温度使锅炉与汽轮机组都在一个规定的运行温度在这个温度下机组的效率最高。在稳定温度下运行可以延长汽轮机寿命减少生产事故。任务控制系统要求控制温度的误差不得超过℃。由于汽鼓至汽轮机中间有一系列的减温器、过热器与传输管道控制对象的容积迟后与传输滞后都很大要达到高精度的温度控制是很困难的为此采用分段调节其中最常见的是两段调节。这样每段中的对象的容积迟后与传输滞后时间均可减小一半。每段分别用一个温度控制系统调节各自的减温器喷雾的减温水流量来维持各段过热器出口的温度恒定。图发电厂汽轮发电机蒸汽温度控制系统通过实验测得对象对于输入Q(单位输入)的响应如下(表中温度为负):时间(S)T(℃)T(℃)时间(S)T(℃)T(℃)时间(S)T(℃)T(℃)时间(S)∞T(℃)…T(℃)要求、系统的稳态误差为。、误差带的调整时间不大于秒最大超调量小于这两个性能指标尽可能小。、在减温器和过热器之间存在干扰最大干扰引起T处温度波动为℃要求控制使干扰对T处的温度影响不能超出允许范围。、根据以上的工艺要求设计该控制系统画出系统控制框图。包括控制参数、被控参数的选择调节阀的选择检测与变送装置的选择控制器的设计。、方案比较方案一:常规PID控制汽轮蒸汽温度控制系统的调节对象存在大滞后现象和扰动而系统对控制精度与功能的要求比较高在这种情况下采用常规的PID控制得到的动态性能和稳态性能都很差是不行的。方案二:前馈控制过程控制要求被控过程的输出量在负荷、电源等扰动量的作用下系统的被控参数在工艺要求值或附近不发生变动前馈控制对于时间常数或时延大扰动大而频繁的过程有显著的效果。但是该系统中扰动不止一种所以单单有前馈还是不能解决这里的发电厂汽轮发电机蒸汽温度控制。方案三:串级控制串级控制是在单回路控制系统的基础上增加一个控制回路构成串级控制系统。串级控制对提高大延时和大时间常数过程的控制质量有显著的效果在工业生产过程控制中应用广泛。串级控制在结构上形成了两个环:一个闭环在里面被称为副环起着粗调作用一个环在外面称为主环起着细调作用。当一次扰动过来时如果扰动不大经过副回路的及时控制对温度变化影响不大如果扰动的幅值较大经过副回路的粗条作用再经过主回路的细调作用从而克服扰动使温度在给定值附近。当二次扰动过来时主回路产生校正作用由于副回路的存在加快了校正作用使扰动都温度的影响减小。当一二次扰动同时存在时如果扰动的作用使主、副被控参数同时增大或减小此时俩调节器对调节阀的控制方式是一致的加强控制作用如果扰动的作用使主、副被控参数一个减小一个增大此时调节器控制调节阀的方向是相反的调节阀的开度只要作较小变动就能满足控制要求。结论经过比较由于发电厂汽轮发电机蒸汽温度控制系统控制对象的容积迟后与传输滞后都很大因此简单的PID控制不适用。由于扰动不止一个因此前馈控制也不适用。而串级控制对提高大延时和大时间常数过程的控制质量有显著的效果且扰动过来时能很好的满足控制要求因此选择串级控制系统并结合PID算法来控制。、参数整定直角坐标图解法根据任务书中T、T的单位输入响应实验数据可以用最小二乘法进行拟合或用曲线法计算参数。数据分析分析利用Excel分析T得到下图:图过程放大系数将阶跃响应转换成相对值:选取两个不同的时间点分别对应和可得方程:联立等式()、()可得方程:取根据式()()可求得和。所以控制系统中T的传递函数为分析利用Excel分析T得到下图:图过程放大系数与分析原理相同取可得:所以控制系统中T的传递函数为:由和可得:调节器参数选择本设计采用两步整定法即先整定副调节器参数再整定主调节器参数。在此基础上再用试凑法试凑法具体步骤如下:()先整定比例部分将比例系数由小调大并观察相应的系统相应趋势直到得到反应快、超调量小的响应曲线。如果系统没有稳态误差或稳态误差已小到允许范围之内同时响应曲线已较令人满意那么只需用比例调节器即可最优比例系数也由此确定。()如果在比例调节的基础上系统的稳态误差不能满足设计要求则需加入积分环节。先置一个较大的积分时间系数同时将比例系数缩小至原来的然后减小积分时间常数使其保持系统较好的动态性能指标的基础上系统的稳态误差得到消除。实验中可以反复调整比例系数和积分时间系数从而实现满意的控制过程和整定参数。()如果使用比例积分控制器消除了偏差但动态过程仍不能令人满意则可以加入微分环节构成PID控制器。在整定时可先置微分时间系数为在第二步整定的基础上增大微分时间系数同时相应地改变比例系数和积分时间系数逐步试凑获得满意的调节效果和控制参数。最终得到主调节器副调节器。、仿真与干扰实验仿真实验图MATLABSIMULINK进行仿真系统方框图图仿真波形图从波形图中可以看出调整时间为s且无系统误差符合设计要求。扰动分析在减温器和过热器之间存在干扰最大干扰引起T处温度波动为℃要求控制使干扰对T处的温度影响不能超出允许范围。图加入扰动后MATLABSIMULINK进行仿真系统方框图图加入扰动后波形图当时间到达s时在处加入扰动后处的波形图如上图所示可以看出最大超调量为符合设计要求。、仪器选择调节阀选择SLZW型自力式温度调节阀不需外界能源而进行温度自动调节。它适用于蒸汽、热水、热油等为介质的各种换热工况。广泛应用于供暖、空调、生活热水中的温度自动调节以及特殊工况的温度自动调节。主要特点:()无需任何外加能源利用被调介质自身能量实现介质温度自动调节的执行器产品。()有较宽的温度设定范围显示清晰、精度高并设有过载保护装置安全可靠。传感器、变送器的选择传感器选用FR系列的温度传感器它采用进口铂电阻芯片制做而成适合测量温度区间该产品具有良好的抗震能力、高精度、长期稳定性好和安装简单等特性在各个行业中被广泛应用。变送器选用SBWZ系列Pt热电阻温度变送器它采用二线制传送方式(两根导线作为电源输入信号输出的公用传输线)。将热电阻信号变换成与输入信号或与温度信号成线性的~mA的输出信号。主要特点:()采用环氧树脂密封结构因此抗震、耐温适合在恶劣现场环境中安装使用。()现场安装于热电阻的接线盒内直接输出~mA这样既省去较贵的补偿导线费用又提高了信号长距离传送过程中的抗干扰能力。()精度高、功耗低、使用环境温度范围宽、工作稳定可靠。()量程可调并具有线性化较正功能热电偶温度变送器具有冷端自动补偿功能。应用面广既可与热电阻形成一体化现场安装结构也可作为功能模块安装入检测设备中。、结论综上所述整个系统在无扰动时调整时间为s超调量为稳态误差为符合设计要求在有扰动时扰动引起的波动为也在允许范围之内。所以设计的控制系统满足设计要求实验基本成功。、参考文献林德杰过程控制仪表及控制系统M机械工业出版社,夏德钤、翁贻方自动控制原理M机械工业出版社张晋格控制系统CAD基于MATLAB语言M机械工业出版社姜学军、刘新国、李晓静计算机控制技术M清华大学出版社主回路温度测量变送副调节器调节阀被控对象被控对象副回路温度测量变送主调节器PAGEunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknown

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