液体流量串级控制系统设计

1摘要随着现代工业生产过程向着大型、连续和强化方向发展，对控制系统的控制品质提出了日益增长的要求。在这种情况下，简单的单回路控制已经难以满足一些复杂的控制要求。串级控制系统是过程控制中的一种多回路控制系统，是为了提高单回路控制系统的控制效果而提出来的一种控制方案。串级控制系统把两个单回路控制系统以一定的结构形式串联在一起，它不仅具有单回路控制系统的全部功能，而且还具有许多单回路控制系统所没有的优点。串级控制系统采用了两个调节器，因此它的调节器的参数整定更复杂一些。本论文论述了一个液位——流量串级控制系统的设计方法和步骤，介绍了它的参数整定方法。在此过程中，介绍了对液位和流量进行检测和转换的常用元件，应用阶跃响应曲线推导了广义对象的传递函数，简单地论述了串级控制系统的优点，讨论了它对控制效果的改善作用，并使用仿真软件对该系统进行了仿真，最后用组态软件编制程序来实现控制。2目录摘要..............................................................................................................................1前言..............................................................................................................................31概述............................................................................................................................41.1本毕业设计课题研究的意义.........................................................................41.2本论文的目的和内容.....................................................................................41.2.1目的......................................................................................................41.2.2内容......................................................................................................42总体方案的设计........................................................................................................62.1控制系统重要意义及论述.............................................................................62.2本控制系统的总体方框图及工作过程.........................................................72.2.1被控对象的分析..................................................................................72.2.2检测转换元件的选择、性能参数......................................................92.2.3执行元件的选择、性能参数............................................................182.2.4测试广义对象的响应曲线并辨识其传递函数................................192.3不加校正装置的控制系统的性能分析.......................................................232.3.1基本控制系统的方框图....................................................................232.3.2未加校正装置的闭环控制系统的方框图........................................232.3.3未加校正的控制系统的仿真计算....................................................243控制系统的控制规律确定......................................................................................253.1控制规律的比较与选择...............................................................................253.1.1常见控制规律的类型及优缺点比较................................................253.1.2选择适合本系统的控制规律............................................................283.1.3由MATLAB仿真软件选择控制规律的参数.................................293.2控制规律的实现............................................................................................303.2.1模拟电子线路图实现........................................................................303.2.2差分方程与编程................................................................................324实际控制系统的运行与调试...................................................................................344.1实际控制系统组成的动态运行图...............................................................344.2模拟控制线路...............................................................................................344.3实际控制系统的运行调试方法...................................................................354.3.1实际控制系统的投运步骤................................................................354.3.2实际控制系统的调试步骤................................................................354.3.3调试结果参数记录............................................................................364.3.4调试后质量指标数据........................................................................364.4运行调试中的问题及解决方法...................................................................365结论..........................................................................................................................37致谢............................................................................................................................38参考文献......................................................................................................................39毕业设计小结..............................................................................................................403前言过程控制是指在生产过程中，运用合适的控制策略，采用自动化仪表及系统来代替操作人员的部分或全部直接劳动，使生产过程在不同程度上自动地运行，所以过程控制又被称为生产过程自动化，广泛应用于石油、化工、冶金、机械、电力、轻工、纺织、建材、原子能等领域。过程控制系统是指自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位、成分、粘度、湿度以及PH值等这样一些过程变量的控制系统。过程控制是提高社会生产力的有力工具之一。它在确保生产正常运行，提高产品质量，降低能耗，降低生产成本，改善劳动条件，减轻劳动强度等方面具有巨大的作用。单回路控制系统是过程控制中结构最简单、最基本、应用最广泛的一种形式，它解决了工业生产过程中大量的参数定值控制问题。但是，随着现代工业生产过程向着大型、连续、和强化方向发展，对操作条件、控制精度、经济效益、安全运行、环境保护等提出了更高的要求。此时，单回路控制系统往往难以满足这些要求。为了提高控制品质，需要在单回路的基础上，采取其它措施，组成复杂控制系统。而串级控制就是其中一种提高控制品质的有效方案。本毕业设计课题针对液位对象浅述了串级控制系统的主要设计方法和步骤，虽然只是串级控制系统的一个简单的应用例子，但也初步综合了自动控制原理、过程控制、检测与转换技术、组态软件等自动控制专业的知识，对于提高对专业知识的认识水平、培养实践动手能力有重要意义。本论文共分为五章：第一章为概述；第二章为总体方案的设计；第三章叙述了控制系统的控制规律的确定；第四章介绍了实际控制系统的运行与调试；第五章为论文的结论、讨论和建议。41概述1.1本毕业设计课题研究的意义随着现代工业生产过程向着大型、连续和强化方向发展，对控制系统的控制品质提出了日益增长的要求。在这种情况下，简单的单回路控制已经难以满足一些复杂的控制要求。在单回路控制方案基础上提出的串级控制方案，则对提高过程控制的品质有极为明显的效果。串级控制系统具有单回路控制系统的全部功能，而且还具有许多单回路控制系统所没有的优点。因此，串级控制系统的控制质量一般都比单回路控制系统好，而且串级控制系统利用一般常规仪表就能够实现，所以，串级控制是一种易于实现且效果又较好的控制方法，在生产过程中的应用也比较普遍。本毕业设计课题讨论