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過程控制課程設計--前饋-反饋控制系統的設計與整定(編輯修改稿)

2026-02-09 19:24 本頁面

　

【文章內容簡介】構成：（1）擾動信號測量變送器：對擾動信號測量并轉化統一的電信號。（2）被調量測量變送器：對被調量測量并轉化統一的電信號。（3）前饋控制器：對干擾信號完全補償。（4）調節器：反饋控制調節器，對被調量進行調節。（5）執行器和調節機構。（6）擾動通道對象：擾動信號通過該通道對被調量產生影響。（7）控制通道對象：調節量通過該通道對被調量進行調節。如圖1前饋反饋實驗流程圖和圖1 計算機控制前饋反饋控制系統的框圖圖1 前饋反饋實驗流程圖圖2 計算機控制前饋反饋控制系統的框圖2．4 前饋反饋控制系統PID算法前饋反饋控制系統是通過PID控制規律實現對液位控制的最終目的，PID控制是比例—積分—微分的簡稱。在工業生產工程自動控制的發展歷史中，PID控制是歷史最久、生命力最強的基本控制方式。PID算法具有以下的優點：（1）原理簡單，使用方便；（2）適應性強；（3）魯棒性強，即其控制品質對被控對象特性的變化不太敏感。 PID控制即比例積分微分控制，調節器的輸出是其輸入的比例，積分，微分的函數。PID控制現在應用最廣，技術最成熟。其控制結構簡單，參數容易調整，不必求出被控對象的數學模型便可以調節，因此無論模擬調節器或者數字調節器大都采用PID調節規律。PID控制器由比例單元（P）、積分單元（I）和微分單元（D）組成。其輸入e (t）與輸出u (t）的關系為u(t)=kp[e(t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt] 式中積分的上下限分別是0和t，因此它的傳遞函數為：G(s)=U(s)/E(s)=kp[1+1/(TI*s)+TD*s]，其中kp為比例系數； TI為積分時間常數； TD為微分時間常數。在調節PID控制時，先把微分作用取消掉，只保留PI，先調比例，再調積分，最后加上微分再調。如果振蕩過快，加大P。如果振蕩后過很久才穩定，減小P。減少積分時間。如果振蕩的周期太長，加大積分時間。如果對調節對象變化反應過慢，增大D。最后把波形調到只有一兩個振蕩就平穩了，就是最好的效果。2．5 控制方案的論證2．5．1控制方案的可靠性控制方案采用前饋反饋控制，前饋反饋控制技作為一種傳統的控制方式，在工業生產過程中，技術上的應用已經相當成熟。作為液位控制，在要求控制精度的情況下，不能單純依靠反饋控制，加入前饋控制后，可以消除提前的擾動對反饋控制的影響。而且對于提前的擾動為已知，比如對液位能夠產生的擾動，在這里為管道內的流量，是可以精確測量的量，因此符合采用前饋控制的條件。使得前饋反饋控制的可靠性得到保證。2．5．2控制方案的安全性在工業生產過程中，對液位的控制中，容器中的介質類型有很多，可能為常見的水，也可能為化學藥劑。因此控制方案和所用儀器儀表的安全性非常重要。對于儀器儀表，我們根據介質的性質不同選用合適的型號即可。對于控制方案，因為是單純的液位控制，不涉及化學反應等使介質發生變化的過程，所以關鍵是控制精度的保證，比如在鍋爐中要保證水位的高度，避免水位過高飛濺。在這次設計中設想的介質為水，因此在控制精度得到保證的情況下，控制方案的安全性也得到了保證。2．5．3控制方案的經濟性由于控制方案選擇的是傳統的控制方式，控制過程明確，需要的儀器儀表數量較少，因此成本低，較容易實現。儀表的選擇及參數的確定由于不是大型生產過程，對自動化水平要求不高，所以選擇采用常規儀表控制。考慮到價格、實用性等因素，選擇數字化、智能化的電動控制儀表。3．1 設備型號原理圖中的用到的每一個設備的型號，輸入輸出信號的范圍，如表1 設備型號所示。表1 設備型號元件序號型號主要參數數量備注液位變送器寧波市精誠自動化設備輸出電流4～20mA，工作電源24（1177。5%）V DC2壓力變送器可通過P=ρ*g*h測得。比例器寧波市精誠自動化設備輸出電流4～20mA，工作電源24（1177。5%）V DC1變頻器MM440P700=2；P1000=21調節閥Honeywell電動調節閥輸入電流4～20mA流量計上海光華輸入0～0。3m3/h，輸出4～20mA1水箱浙江求是科教設備公司生產水箱I（上位水箱）液位高度：0～450mm水箱II（中位水箱）液位高度：0～450mm水箱III（下位水箱）液位高度：0～450mm水箱IV（不銹鋼儲水箱）液位高度：0～500mm43．2 調節器及其參數的設置調節器，是將生產過程參數的測量值與給定值進行比較，得出偏差后根據一定的調節規

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