換熱器溫度控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)

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1、目錄 目錄 1 1、題目 2 2、換熱器概述 2 2.1換熱器的用途 2 2.2換熱器的工作原理及工藝流程圖 2 3、控制系統(tǒng) 3 3.1控制系統(tǒng)的選擇 3 3.2工藝流程圖和系統(tǒng)方框圖 3 4、被控對(duì)象特性研究 4 4.1 被控變量的選擇 4 4.2 操縱變量的選擇 4 4.3 被控對(duì)象特性 5 4.4 調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇 6 5、過(guò)程檢測(cè)控制儀表的選用 7 5.1 測(cè)溫元件及變送器 7 5.2 執(zhí)行器 9 5.3 調(diào)節(jié)器 10 5.4、儀表型號(hào)清單列表 11 6、系統(tǒng)方塊圖 11 7、調(diào)節(jié)控制參數(shù)，進(jìn)行參數(shù)整定及系統(tǒng)仿真，分析系統(tǒng)性能 12 7

2、.1調(diào)節(jié)控制參數(shù) 12 7.2 PID參數(shù)整定及系統(tǒng)仿真 13 7.3 系統(tǒng)性能分析 15 8、參考文獻(xiàn) 16 1、 題目 熱交換器出口溫度的控制。 2、 換熱器概述 2.1 換熱器的用途 換熱器又叫做熱交換器（heat exchanger），是化工、石油、動(dòng)力、食品及其它許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。進(jìn)行換熱的目的主要有下列四種： ?.使工藝介質(zhì)達(dá)到規(guī)定的溫度，以使化學(xué)反應(yīng)或其他工藝過(guò)程很好的進(jìn)行；?.生產(chǎn)過(guò)程中加入吸收的熱量或除去放出的熱量，使工藝過(guò)程能在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行；?.某些工藝過(guò)程需要改變無(wú)聊的相態(tài)；④.回收熱量。 由于換熱目的的不同，其

3、被控變量也不完全一樣。在大多數(shù)情況下，被控變量是溫度，為了使被加熱的工藝介質(zhì)達(dá)到規(guī)定的溫度，常常取出溫度問被控溫度、調(diào)節(jié)加熱蒸汽量使工藝介質(zhì)出口溫度恒定。對(duì)于不同的工藝要求，被控變量也可以是流量、壓力、液位等。 2.2 換熱器的工作原理及工藝流程圖 換熱器的溫度控制系統(tǒng)換熱器工作原理工藝流程如下：冷流體和熱流體分別通過(guò)換熱器的管程和殼程，通過(guò)熱傳導(dǎo)，從而使熱流體的出口溫度降低。熱流體加熱爐加熱到某溫度，通過(guò)循環(huán)泵流經(jīng)換熱器的管程，出口溫度穩(wěn)定在設(shè)定值附近。冷流體通過(guò)多級(jí)離心泵流經(jīng)換熱器的殼程。在換熱器的冷熱流體進(jìn)口處均設(shè)置一個(gè)調(diào)節(jié)閥，可以調(diào)節(jié)冷熱流體的大小。 圖2 換熱器溫度控制系

4、統(tǒng)工藝流程圖 從傳熱過(guò)程的基本方程式可知，為了保證出口的溫度平穩(wěn)，滿足工藝生產(chǎn)的要求，必須對(duì)傳熱量進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)傳熱量有以下幾條途徑： ?、調(diào)節(jié)載熱體的流量。調(diào)節(jié)載熱體流量大小，其實(shí)只是改變傳熱速率方程中的傳熱系數(shù)K和平均溫差△Tm，對(duì)于載熱體在加熱過(guò)程中不發(fā)生相變的情況，主要是改變傳熱速率方程的熱系數(shù)K；而對(duì)于載熱體在傳熱過(guò)程中發(fā)生相變的情況，主要是改變傳熱方程中的△Tm。 ?、調(diào)節(jié)傳熱平均溫差△Tm。這種控制方案滯后較小反應(yīng)迅速，應(yīng)用比較廣泛。 ?、調(diào)節(jié)傳熱面積F。這種方案滯后較大，只有在某些必要的場(chǎng)合才采用。 ④、將工藝介質(zhì)分路。該方案是一部分工藝介質(zhì)經(jīng)換熱,另一部分走旁路。

5、 在設(shè)計(jì)傳熱設(shè)備自動(dòng)化控制方案時(shí)，要視具體傳熱設(shè)備的特點(diǎn)和工藝條件而定。而在某些場(chǎng)合，當(dāng)被加熱工藝介質(zhì)的出口溫度較低，采用低壓蒸汽作載熱體，傳熱面積裕量又較大時(shí)，為了保證溫度控制平穩(wěn)及冷凝液排除暢通，往往以冷凝器流量作為操縱變量，調(diào)節(jié)傳熱面積，以保持出口溫度恒定。 3、 控制系統(tǒng) 3.1控制系統(tǒng)的選擇 由于本次設(shè)計(jì)的任務(wù)控制換熱器被加熱物料出口溫度，工藝過(guò)程主要就是冷熱流體熱交換，且外來(lái)干擾因素主要是載熱體的流量變化，故選擇單回路控制系統(tǒng)便可以達(dá)到預(yù)定的控制精度。 3.2 工藝流程圖和系統(tǒng)方框圖 單回路控制系統(tǒng)又稱為簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，是有一個(gè)被控對(duì)象、一個(gè)檢測(cè)元件及變送器、一個(gè)調(diào)節(jié)器

6、和一個(gè)控制器所構(gòu)成的閉合系統(tǒng)。單回路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于分析設(shè)計(jì)，投資少、便于施工，并能滿足一般的一般生產(chǎn)過(guò)程的控制要求，因此在生產(chǎn)過(guò)程中得到廣泛的應(yīng)用，其方框圖如下圖所示。 圖1、 單回路控制系統(tǒng)方框圖 其中，被控變量：被加熱物料的出口溫度； 操縱變量：載熱體的流量。 如圖所示：測(cè)量元件及變送器對(duì)冷物料出口溫度進(jìn)行測(cè)量，得到測(cè)量值Ym并傳送給調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器把Ym與內(nèi)部給定值 Ys比較得到偏差信號(hào)e按一定的調(diào)節(jié)運(yùn)算規(guī)律計(jì)算出控制信號(hào)，并將控制信u號(hào)傳送給執(zhí)行器，執(zhí)行器接收到控制信號(hào)u，自動(dòng)的改變閥門的開度，改變蒸汽的流量。 4、被控對(duì)象特性研究 換熱器是傳熱設(shè)備

7、中較為簡(jiǎn)單的一種，也是最常見的一種。通常它兩側(cè)的介質(zhì)(工藝介質(zhì)和載熱體)在換熱過(guò)程中均無(wú)相變。換熱器換熱的目的是保證工藝介質(zhì)加熱(或冷卻)到一定溫度。為保證出口溫度平穩(wěn)，滿足工藝要求，必須對(duì)傳遞的熱量進(jìn)行調(diào)節(jié)。 4.1 被控變量的選擇 影響一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程正常操作的因素很多,但并非對(duì)所有影響因素都要進(jìn)行控制.被控參數(shù)是一個(gè)輸出參數(shù),應(yīng)為獨(dú)立變量,與輸入量之間應(yīng)有單值函數(shù)關(guān)系.對(duì)于換熱器過(guò)程控制系統(tǒng),人們最關(guān)心的是對(duì)換熱器中介質(zhì)即冷流體的溫度和壓力的自動(dòng)控制與調(diào)節(jié),而在這兩項(xiàng)當(dāng)中,溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)又處于首位.因?yàn)槌隹谒疁刂苯佑绊懏a(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量、效率及安全性,即本系統(tǒng)把換熱器出口水溫作為被控參數(shù).

8、 4.2 操縱變量的選擇 在控制系統(tǒng)中，用來(lái)克服干擾對(duì)被控變量的影響，實(shí)現(xiàn)控制作用的變量就是操縱變量。將出口溫度維持在一定值，影響冷物料出口溫度的有很多因素，比說(shuō)冷物料的流量，載熱體的流量，載熱體的溫度等。冷物料是工藝所需要的，不能選用冷物料作為被控變量，而若選載熱體溫度作為操縱變量，改變其溫度還需改變其他工藝過(guò)程如鍋爐的溫度，考慮工藝合理性，我選擇對(duì)熱流體流量進(jìn)行控制，保證出口溫度的穩(wěn)定。 4.3 被控對(duì)象特性 換熱器系統(tǒng)在連續(xù)生產(chǎn)中，其控制原理可通過(guò)熱量平衡方程和傳熱速率方程來(lái)分析，這個(gè)方案的控制流程圖如圖6。

9、 圖6 換熱器的溫度控制系統(tǒng)工藝流程圖 為了處理方便，不考慮傳熱過(guò)程中的熱損失，根據(jù)能量守恒定律，熱流體失去的熱量應(yīng)該等于冷流體吸收的熱量，熱量平衡方程為： 式中，q為傳熱速率（單位時(shí)間內(nèi)傳遞的熱量）；G為質(zhì)量流量；c為比熱容；T為溫度。式中的下標(biāo)處1為載熱體；2為冷流體；i為入口；o為出口。 傳熱過(guò)程中的傳熱速率為： 式中，K為傳熱系數(shù)；F為傳熱面積；為兩流體間的平均溫差。 其中，平均溫差對(duì)于逆流、單程的情況為對(duì)數(shù)平均值： 當(dāng)時(shí)，其誤差在5%以內(nèi)，可采用算術(shù)平均值來(lái)代替，算

10、術(shù)平均值表示為： 由于冷流體間的傳熱既符合熱量平衡方程，又符合傳熱速率方程，因此有下列關(guān)系 整理后得 從上式可以看出，在傳熱面積F、冷流體進(jìn)口流量、溫度和比熱容一定的情況下，影響冷流體出口溫度的因素主要是傳熱系數(shù)K以及平均溫差。 4.3 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇 調(diào)節(jié)器的作用是對(duì)來(lái)自變送器的測(cè)量信號(hào)與給定值比較所產(chǎn)生的偏差e(t)進(jìn)行比例(P)、比例積分(PI)、比例微分(PD)或比例積分微分(PID)運(yùn)算，并輸出信號(hào)到執(zhí)行器。選擇調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律是為了使調(diào)節(jié)器的特性與控

11、制過(guò)程的特性能很好配合，使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能滿足生產(chǎn)工藝對(duì)控制質(zhì)量指標(biāo)的要求。 比例控制規(guī)律(P)是一種最基本的控制規(guī)律，其適用范圍很廣。在一般情況下控制質(zhì)量較高，但最后有余差。對(duì)于過(guò)程控制通道容量較大，純時(shí)延較小，負(fù)荷變化不大，工藝要求又不太高的場(chǎng)合，可選用比例控制作用。 比例控制規(guī)律(P)的微分方程數(shù)學(xué)模型為： 比例積分(PI)控制規(guī)律，結(jié)合了比例控制反應(yīng)快，積分控制能消除余差。但是當(dāng)過(guò)程控制通道的純時(shí)延和容量時(shí)延都較大時(shí)，由于積分作用容易引起較大的超調(diào)，可能出現(xiàn)持續(xù)振蕩，所以要盡可能避免用比例積分控制規(guī)律，不然會(huì)降低控制質(zhì)量。通常對(duì)管道內(nèi)的流量或壓力控制，采用比例積分作用其效果甚好

12、，所以應(yīng)用較多。 比例積分(PI)控制規(guī)律的微分方程數(shù)學(xué)模型為： 比例微分(PD)控制規(guī)律，由于引入微分，具有超前作用，對(duì)于被控過(guò)程具有較大容量時(shí)延的場(chǎng)合，會(huì)大大改善系統(tǒng)的控制質(zhì)量。但是對(duì)于時(shí)延很小，擾動(dòng)頻繁的系統(tǒng)，由于微分作用會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使系統(tǒng)發(fā)生事故，所以應(yīng)盡可能不用微分作用。 比例微分(PD)控制規(guī)律的微分方程數(shù)學(xué)模型為： 比例積分微分(PID)作用是一種理想的控制作用，一般均能適應(yīng)不同的過(guò)程特性。當(dāng)要求控制質(zhì)量較高時(shí)，可選用這種控制作用的調(diào)節(jié)器。 比例積分微分(PID)控制規(guī)律的微

13、分方程數(shù)學(xué)模型為： 其中：：為調(diào)節(jié)器的輸出號(hào) ：放大倍數(shù) ：積分時(shí)間常數(shù) ：微分時(shí)間常數(shù) ：設(shè)定值與測(cè)量值偏差信號(hào) 通過(guò)以上幾種調(diào)節(jié)規(guī)律的分析及本系統(tǒng)是溫度控制為被控參數(shù)，溫度檢測(cè)本身具有滯后性，為了彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn)，本系統(tǒng)選用比例積分微分(PID)控制規(guī)律。 5、過(guò)程檢測(cè)控制儀表的選用 5.1 測(cè)溫元件及變送器 根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐和現(xiàn)場(chǎng)使用條件以及儀表的性能，我們選用普通熱電偶測(cè)溫儀表。熱電偶溫度儀表是基于熱電效應(yīng)原理制成的測(cè)溫儀器，它由熱電偶、電測(cè)儀表和連接導(dǎo)線組成，其核心元件是熱電偶。熱電偶溫度計(jì)有以下特點(diǎn)： ①測(cè)溫精度高、性能穩(wěn)定

14、； ②結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，產(chǎn)品互換性好； ③將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，便于信號(hào)遠(yuǎn)傳和實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)切換測(cè)量； ④測(cè)溫范圍廣，可達(dá)-200~2000℃； ⑤形式多樣，適用于多種測(cè)溫條件； 被控溫度在500℃以下，由[1]表3-5選用鉑熱電阻溫度計(jì)，為了提高檢測(cè)精度，應(yīng)采用三線制接法，并配用DDZ-Ⅲ型熱電偶溫度變送器。 DDZ-Ⅲ型熱電偶溫度變送器主要性能指標(biāo)如下： ①測(cè)量范圍 最小量程3mV，最大量程60mV；零點(diǎn)遷移-50~+50mV。 ②基本誤差 ③溫度特性 環(huán)境溫度每變化25℃，附加誤差不超過(guò)千分之五。 ④恒流性能 當(dāng)負(fù)載電阻在0~100Ω范圍變化時(shí)，附加誤差不超過(guò)

15、千分之五。 ⑤防爆指標(biāo) 結(jié)構(gòu)為安全火花型；防爆等級(jí)為HⅢe；防爆額定電壓為220V AC/DC。 其優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn)： ①采用了低漂移、高增益的線性集成電路，提高了儀表的可靠性、穩(wěn)定性和各項(xiàng)性能指標(biāo)。 ②在熱電偶溫度變送器中用線性化電路，使變送器輸出信號(hào)與被測(cè)溫度信號(hào)保持了線性關(guān)系。 ③線路中采取了安全火花防爆措施，兼有安全柵的功能。 熱電偶溫度變送器是由熱電偶輸入回路和放大回路兩部分組成。為了得到線性關(guān)系，必須使放大回路具有非線性，熱電偶輸入溫度變送方框圖如圖所示。因而有溫度變送器的傳遞函數(shù) w(s)=w1(s)w2(s) 式中 ——溫度變送器的傳遞函數(shù)；

16、 ——熱電偶的傳遞函數(shù)； ——放大回路的傳遞函數(shù)； 由于變送器放大回路的放大系數(shù)K很大，故放大回路的傳遞函數(shù)可以認(rèn)為等于反饋電路的傳遞函數(shù)的倒數(shù)，即 則熱電偶輸入溫度變送器的傳遞函數(shù)為 5.2 執(zhí)行器 根據(jù)生產(chǎn)工藝原則以及被控介質(zhì)特點(diǎn)，選用電動(dòng)執(zhí)行器。電動(dòng)執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（閥體）兩部分組成。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)又可分為角行程（DKJ型）和直行程（DKZ型）兩種，原理和電路原理完全相同，只是輸出機(jī)械傳動(dòng)部分有所區(qū)別。按照特性不同，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為比例式和積分式。根據(jù)工藝條件及流體特性，我選用直行程（DKZ型）比例式電動(dòng)執(zhí)行器，其輸出直

17、線位移與輸入電流信號(hào)成正比。 DKZ系列直行程電動(dòng)執(zhí)行器是由DKZ直行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與直通單座調(diào)節(jié)閥或直通雙座調(diào)節(jié)閥組裝而成的，具有推力大、定位精度高、反應(yīng)速度快、滯后時(shí)間少、能源消耗低、安裝方便、供電簡(jiǎn)便、在電源突然斷電時(shí)能自動(dòng)保持調(diào)節(jié)閥原來(lái)的位置等特點(diǎn)。 DKZ系列直行程電動(dòng)執(zhí)行器主要技術(shù)參數(shù) 輸入信號(hào) 0~10mA.DC、4~20mA.DC 輸入電阻 200Ω（Ⅱ型）、250Ω（Ⅲ型） 輸入通道 3個(gè)隔離通道 基本誤差 2.5% 回差 1.5 死區(qū) 3%（1~3%可調(diào)） 純滯后 1s 電源電壓 220V.AC、50Hz 使用環(huán)境條件 環(huán)境溫度

18、 執(zhí)行機(jī)構(gòu)-10~+55℃ 相對(duì)溫度 執(zhí)行機(jī)構(gòu)95% 型號(hào)規(guī)格表 機(jī)座號(hào) 型號(hào) 出軸推力（N） 出行程（mm） 全程時(shí)間（s） Ⅰ DKZ-310C DKZ-310BC 4000 10 8 16 12.5 25 20 DKZ-410C DKZ-410BC 6400 40 32 60 48 Ⅱ DKZ-510C DKZ-510BC 1600 60 37 100 62 流體流經(jīng)閥體是的阻力損失為局部阻力損失，所以對(duì)不可壓縮流體而言，流體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥時(shí)的阻力損失為

19、 式中 ——調(diào)節(jié)閥的阻力系數(shù)； ——流過(guò)閥的流體平均流速； ——閥前壓力； ——閥后壓力； 閥體體積流量，接管截面積為A，則 由該式可見，在調(diào)節(jié)閥口徑一定，也不變的情況下，流量?jī)H隨阻力系數(shù)的變化而變化。當(dāng)移動(dòng)閥芯使開度改變時(shí)，阻力系數(shù)也隨之變化，從而改變了流量的大小，達(dá)到了調(diào)節(jié)流量的目的。 5.3 調(diào)節(jié)器 調(diào)節(jié)器又稱控制器，是構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心儀表，其作用是將參數(shù)測(cè)量值和規(guī)定的參數(shù)值相比較后，得出被調(diào)量的偏差，再根據(jù)一定的調(diào)節(jié)規(guī)律產(chǎn)生輸出信號(hào)，從而推動(dòng)執(zhí)行器工作，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。 目前在中國(guó)

20、工業(yè)上廣泛應(yīng)用的DDZ-Ⅲ型電動(dòng)調(diào)節(jié)儀表具有良好的性能，且采取安全火花型防爆措施，具有先進(jìn)可靠的防爆結(jié)構(gòu)。選用DTZ-2100型全刻度指示調(diào)節(jié)器 DTZ-2100型全刻度指示調(diào)節(jié)器相關(guān)參數(shù) 輸入信號(hào) 1~5V.DC 內(nèi)給定信號(hào) 1~5V.DC 外給定信號(hào) 4~20mA.DC 調(diào)節(jié)作用（比例+積分+微分） 比例帶：2~500% 積分時(shí)間：0.01~2.5分 微分時(shí)間：0.04~10分（可切除） 輸入、給定指示表 指示范圍：0~100%，誤差：1% 輸出指示表 指示范圍：0~100%，誤差：25% 輸出信號(hào) 4~20mA.DC 負(fù)載電阻 250~750Ω

21、 工作條件 環(huán)境溫度：0~45℃ 工作振動(dòng)：頻率25Hz 5.4、儀表型號(hào)清單列表 儀表型號(hào)清單 元件 型號(hào) 輸入信號(hào)范圍 數(shù)量 熱電偶溫度變送器 SBWR/Z 3~60mV 1 執(zhí)行器 DKZ 4~20mA.DC 1 調(diào)節(jié)器 DTZ-2100 1~5V.DC 1 6、系統(tǒng)方框圖 根據(jù)換熱器出口溫度單回路控制方案圖可得方塊圖如下： 換熱器出口溫度單回路控制圖 7、調(diào)節(jié)控制參數(shù)，進(jìn)行參數(shù)整定及系統(tǒng)仿真，分析系統(tǒng)性能 7.1調(diào)節(jié)控制參數(shù) 1. 變送測(cè)量環(huán)節(jié)可用一階環(huán)節(jié)來(lái)近似表示： 式中

22、，與測(cè)量?jī)x表的量程有關(guān)；≥0為流量測(cè)量環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)，單位為分(min)。在實(shí)際過(guò)程中這些參數(shù)基本不變。假設(shè)有=10%/（T/hr） 2.假設(shè)執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）為近似線性閥，其動(dòng)態(tài)滯后忽略不計(jì)，而且 3. 對(duì)于該控制系統(tǒng)，假設(shè)控制通道與擾動(dòng)通道的動(dòng)態(tài)特性可表示為 ； 調(diào)節(jié)器選定PID調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 式中為比例系數(shù)；為積分時(shí)間；為微分時(shí)間[5]。為使系統(tǒng)獲得良好的控制品質(zhì)，需要確定PID控制器的一些參數(shù)，而這些參數(shù)很難由計(jì)算獲得，需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)采用飛升曲線確定該對(duì)象慣性時(shí)間和純滯后時(shí)間。由傳函的出各參數(shù)的關(guān)系如下式

23、： ； ；。 7.2 PID參數(shù)整定及系統(tǒng)仿真 PID參數(shù)整定方法就是確定調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)Kp、積分時(shí)間Ti和微分時(shí)間Td，改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，使系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程達(dá)到最為滿意的質(zhì)量指標(biāo)要求。一般可以通過(guò)理論計(jì)算確定，但誤差太大。目前，應(yīng)用最多的還是工程整定法：如經(jīng)驗(yàn)法、衰減曲線法、臨界比例帶法和反應(yīng)曲線法。 臨界比例度法：首先求取在純比例作用下的閉環(huán)系統(tǒng)為等幅振蕩過(guò)程時(shí)的比例度δk和振蕩周期Tk，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出相應(yīng)的調(diào)節(jié)器參數(shù)。通常將等幅振蕩下的比例度和振蕩周期分別稱為臨界比例度和臨界周期。臨界比例度法便于使用，而且在大多數(shù)控制回路中能得到較好的控制品質(zhì)。 臨界比例度法

24、整定參數(shù)的具體步驟是：將調(diào)節(jié)器的積分作用和微分作用全部除去，在純比例的情況下，按比例度δ從大到小的變化規(guī)律，對(duì)應(yīng)于某一δ做小幅度的設(shè)定值階躍干擾，直到獲得等幅振蕩過(guò)渡過(guò)程曲線，在MATLAB中的Simulink工具箱組件中進(jìn)行系統(tǒng)的仿真 如下圖： 圖11 simulink仿真方框圖[7][8] 圖12 溫度單回路控制系統(tǒng)設(shè)定值跟蹤響應(yīng)（臨界振蕩曲線）（Kp=7） 此時(shí)：Kp=9， Ki=0，Kd=0；即臨界比例度 δ=1Kp100%=11.11%；由圖可得出臨界周期Tk=3.8。 表5 臨界比例度法經(jīng)驗(yàn)算式 控制規(guī)律 δ/% Ti Td P 2

25、δk PI 2.2δk 0.85Tk PID 1.7δk 0.5Tk 0.13Tk 最后根據(jù)臨界比例度經(jīng)驗(yàn)算式算出各參數(shù)的整定數(shù)值：δ=19.0，Ti=1.9，Td=0.494；即Kp=5.2， Ki=2.7， Kd=2.56。調(diào)試得出下圖： 令Kp=5.2，Ki=2.7，Kd=2.56.調(diào)試后得出下圖： 溫度單回路控制系統(tǒng)設(shè)定值跟蹤響應(yīng) 衰減比為n=12.5/3.2≈4，符合要求 7.3 系統(tǒng)性能分析 ?最大偏差A(yù)：A=22.5 ?超調(diào)量： ?衰減比n：是過(guò)渡過(guò)程曲線上同方向的相鄰兩個(gè)波峰之比， ④回復(fù)時(shí)間ts，也稱過(guò)渡時(shí)間，是指被控變量從過(guò)渡狀態(tài)回復(fù)到新的平衡狀態(tài)的時(shí)間間隔，即整個(gè)過(guò)渡過(guò)程所經(jīng)歷的時(shí)間，通常在被控變量進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài)值得5%的范圍內(nèi)不再超出時(shí)，就認(rèn)為被控變量已達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值，所以ts=12min ⑤余差：是指過(guò)渡過(guò)程終了時(shí)，被控變量新的穩(wěn)態(tài)值與設(shè)定值之差。即 ⑥振蕩周期T：是指過(guò)渡過(guò)程的第一個(gè)波峰與相鄰的第二個(gè)同向波峰之間的時(shí)間間隔[4]，即T=4min。 8、參考文獻(xiàn) [1] 王 毅 張?jiān)缧?過(guò)程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用 化學(xué)工業(yè)出版社 [2] 陳敏恒 叢德滋 方圖南 齊明齋 化工原理 化學(xué)工業(yè)出版社 [3] 王能超 計(jì)算方法---算法設(shè)計(jì)及其MATLAB實(shí)現(xiàn) 高等教育出版社