二○一二～二○一三 学年第 一 学期 信息科学与工程学院 课程设计报告书 课程名称： 过程控制与集散系统课程设计 班 级： 自动化 2009 级（2）班 学 号： ___ 200904134064 姓 名： 指导教师： 二○一二年 十一月 加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统设计 一、 设计任务 图１所示为某工业生产中的加热炉，其任务是将被加热物料加热到一定温度，然后送到下道工序进行加工。加热炉工艺过程为：被加热物料流过排列炉膛四周的管道后，加热到炉出口工艺所要求的温度。在加热用的燃料油管道上装有一个调节阀，用以控制燃料油流量，以达到控制出口温度的目的。 被加热物料燃料T1支路1支路2炉膛出口 图 1加热炉出口温度系统 但是，由于加热炉时间常数大，而且扰动的因素多，单回路反馈控制系统不能满足工艺对加热炉出口温度的要求。为了提高控制质量，采用串级控制系统，运用副回路的快速作用，有效地提高控制质量，满足生产要求。 二、 设计要求 1) 绘制加热炉出口温度单回路反馈控制系统结构框图。 2) 以加热炉出口温度为主变量，选择滞后较小的炉膛温度为副变量，构成炉出口温度与炉膛温度的串级控制系统，要求绘制该串级控制系统结构图。 3) 假设主对象的传递函数为ᵃᵅ1(ᵆ) =1(5ᵆ+1)(ᵄᵆ+1)，其中ᵄ = 10 + (学号后三位−80) ∗ 0.1，副对象的传递函数为ᵃᵅ2(ᵆ) =1ᵆ+1，主、副控制器的传递函数分别为ᵃᵅ1(ᵆ) = ᵃᵅ1(1 + 1ᵄᵃᵆ)，ᵃᵅ2(ᵆ) = ᵃᵅ2，ᵃᵆ(ᵆ) = ᵃᵆ，ᵃᵅ 1(ᵆ) = ᵃᵅ 2(ᵆ) = 1，请确定主、副控制器的参数（要求写出详细的参数估算过程） 。 4) 利用ᵆᵆᵆᵆᵆᵆᵆᵆ 实现单回路系统仿真和串级系统仿真，分别给出系统输出响应曲线。 5) 根据两种系统仿真结果分析串级控制系统的优缺点。 三、 设计任务分析 1. 单回路控制 在这里先可以尝试采用使用单闭环实现。加热炉出口温度单回路反馈控制系统结构框图如下： 温度控制器控制阀温度变送器炉膛出口温度给定-扰动扰动 图 2 单回路控制系统框图 控制器使用P I控制规则，使用衰减曲线法对控制器参数进行整定。 2. 串级控制系统 由于主对象时间常数较大，直接采用串级控制。 在这里选择滞后较小的炉膛温度为副变量，炉出口温度为主变量。则该系统的结构图如下： 被加热物料燃料TT1支路1支路2炉膛出口TC1TC2TT2温度给定 图 3 串级控制系统图 因此，可以得到系统的方框图，如下所示。...
