管式加热炉温度前馈-反馈控制系统设计解析
换热器前馈—反馈控制系统的研究
引言前馈控制系统和反馈控制系统都属于单回路控制系统，它们有各自的优缺点。
诸如前馈控制能根据干扰值的大小在被调参数偏离给定值之前进行控制，使被调量始终保持在给定值上，但这种控制方式也存在局限，首先表现在前馈控制系统中不存在被调量的反馈，即对于补偿的结果没有检验手段。
反馈控制是根据被调量与给定值的偏差值来控制的，反馈系统的特点是在干扰作用下，必须形成偏差才能进行调节（或偏差即将形成），如果干扰已经发生，而被调参数还没变化时，调节器是不会动作的，即反馈控制总是落后于干扰动作，因此称之为不及时控制。
因此把它们结合起来就产生了前馈—反馈复合控制系统，这种系统能把前馈与反馈的优点结合起来，既能发挥前馈调节控制及时的优点，又能保持反馈控制对各种扰动因素都有抑制作用的长处，较好地解决了控制过程中的问题，通过仿真可以得出这种系统既能获得较好的稳定性，又有较好的抗扰性能。
本设计首先根据设计要求和原始数据补偿传函，然后利用衰减曲线法整定调节器参数，最后在系统动态Simulink结构图和MATLAB软件中进行仿真，得出曲线和相应的结论。
第一章概述1.1自动控制系统的简介1.1.1绪论生产过程中必须保证产品满足一定的数量和质量的要求，同时也要保证生产的安全和经济，这就要求生产过程在预期的工况下进行。
但是，生产过程往往受到各种扰动而偏离正常工况，必须通过自动控制随时消除各种干扰，保证正常运行。
更为严重的是有时自动控制系统本身也要发生故障，这就要求在设计自动控制系统时，考虑各种可能发生的故障，并加以保护。
因此，现代的自动控制系统往往包含自动保护、自动检测、自动报警、顺序控制等内容。
有时，它们有机的组合成一个不可分割的整体，以确保控制系统的安全可靠。
1.1.2 自动控制系统的分类（1）反馈控制系统这种控制系统的基本工作原理是根据被调量与其给定值之间的偏差进行调节，最后达到减小或消除偏差，简单说就是“按偏差调节”。
为了取得偏差信号，必须要有被调量测量值的反馈信号，因而将系统构成一个闭合回路，如图1-1所示。
管式加热炉出口温度前馈反馈
目录一、管式加热炉的概论 (2)二、管式加热炉的意义 (3)2.1管式加热炉简介.......................................... 错误!未定义书签。
2.2设计目的及意义 (4)三、管式加热炉温度控制系统工艺流程及控制要求 (4)3.1控制系统的简介 (4)3.2管式加热炉任务 (5)3.3控制系统的构成 (6)四、各仪表的选取及元器件清单 (6)4.1温度变送器 (6)4.2温度检测元件 (7)4.3调节阀 (8)4.4保护系统 (9)五、控制算法及系统仿真 (9)5.1控制算法的选择 (9)5.2传递函数及参数确定 (9)5.3前馈反馈控制系统的参数整定和仿真 (10)六、心得体会 (11)参考文献 (12)一、管式加热炉的概论管式加热炉是一种直接受热式加热设备，主要用于加热液体或气体化工原料，所用燃料通常有燃料油和燃料气。
管式加热炉的传热方式以辐射传热为主，管式加热炉通常由以下几部分构成：辐射室：通过火焰或高温烟气进行辐射传热的部分。
这部分直接受火焰冲刷，温度很高（600-1600℃），是热交换的主要场所（约占热负荷的70-80%）。
对流室：靠辐射室出来的烟气进行以对流传热为主的换热部分。
燃烧器：是使燃料雾化并混合空气，使之燃烧的产热设备，燃烧器可分为燃料油燃烧器，燃料气燃烧器和油一气联合燃烧器。
通风系统：将燃烧用空气引入燃烧器，并将烟气引出炉子，可分为自然通风方式和强制通风方式。
管式加热炉，包括加热炉本体和余热回收系统，余热回收系统包括空气预热器，其中空气预热器由非冷凝式空气预热器和冷凝式空气预热器两段组成，余热回收系统中另设有冷凝液收集池、引风机和鼓风机，冷凝液收集池直接设在冷凝式空气预热器下方，冷凝液收集池与引风机相连接，鼓风机与冷凝式空气预热器相连。
使用本发明所提供的加热炉，其加热炉的排烟温度可降低到100℃左右，实现烟气中含酸水蒸气的部分冷凝，且在回收烟气低温显热的同时，能回收部分含酸水蒸气的汽化潜热，进一步提高加热炉热效率，节约能源。
管式热裂解反应器出口温度前馈——反馈控制系统设计
中北大学课程设计说明书学院：机械与动力工程学院专业：过程装备与控制工程题目：管式热裂解反应器出口温度前馈——反馈控制系统设计目录1管式热裂解反应器前馈-反馈控制系统概述 (2)1.1概述 (2)1.2 管式热裂解反应器的扰动分析 (2)1.3 前馈-反馈控制系统 (3)2 课程设计方案论证 (3)2.1 控制方案1设计 (3)2.2 控制方案2设计 (3)2.3 控制方案3设计 (4)3 前馈-反馈控制系统设计及器件选择 (5)3.1 前馈—反馈控制系统设计 (5)3.2 参数的工程整定 (9)3.3 前馈—反馈控制系统整定 (12)4.MATLAB系统仿真 (16)4.1 matlab的简介 (16)4.2simulink控制系统仿真 (16)5 课程设计总结 (18)6 参考文献 (18)1 管式热裂解反应器前馈-反馈控制系统概述1.1概述管式热裂解反应器是主要用于烃类热裂解的反应装置。
烃类热裂解过程是指石油烃类原料(天然气、炼厂气、油田气、汽油和重油）在高温（700-1000℃）、隔绝空气的条件下发生分解反应而生成碳原子数较少、相对分子质量较低的三烯（乙烯、丙烯和丁二烯）、三苯（苯、甲苯和二甲苯）等短裢烃的化学过程。
管式反应器从结构上可以分为单管反应器和多管反应器，多管反应器是将多个管式电反应单元并联组装成电反应器；可以是空管，如管式裂解炉，也可以是在管内填充颗粒状催化剂的填充管，以进行多相催化反应，如列管式固定床反应器。
管式反应器结构简单、加工方便，耐高压、传热面积大，特别适用于强烈放热和加压下的反应。
管式应器还具有容易实现自动控制、节省动力、生产能力高等特点，因此广泛用于气相、均液相、非均液相、气液相、气固相、固相等反应过程。
为保证管式反应器内具有良好的传热与传质条件, 使之接近于理想反应器，一般要求流体在管内作高速湍流运动。
热裂解的原理：烃类热裂解的过程十分复杂，不仅裂解原料发生反应，而且生成物还会继续反应，同一种烃也会发生不同的反应。
过程控制课程设计--前馈-反馈控制系统的设计与整定
过程控制课程设计--前馈-反馈控制系统的设计与整定北华航天工业学院课程设计报告（论文）设计课题：过程控制专业班级：学生姓名：指导教师：设计时间：201311.25-2013.12.06北华航天工业学院电子工程系过程控制课程设计任务书指导教师：教研室主任：2013年12月6日内容摘要自本世纪30年代以来，自动化技术获得了惊人的成就，已在工业和国民经济各行各业起着关键的作用。
自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。
自动控制按输入量的变化规律分类，可分恒值控制系统（Fixed Set-Point Control System）、随动控制系统（Follow-up Control System）、过程控制系统（Process Control System）。
前馈-反馈控制系统的设计与整定，采用自动控制技术，实现对水箱液位的过程控制。
首先对被控对象的模型进行分析。
然后，根据被控对象模型和被控过程特性并加入PID调节器设计流量控制系统，采用动态仿真技术对控制系统的性能进行分析。
关键词：自动化过程控制PID目录一概述 (1)二方案设计与论证 (2)2．1 前馈控制 (2)2．2 反馈控制 (2)2．3 前馈-反馈控制 (3)2．4前馈-反馈控制系统PID算法 (4)2．5 控制方案的论证 (5)2．5．1控制方案的可靠性 (5)2．5．2控制方案的安全性 (5)2．5．3控制方案的经济性 (5)三仪表的选择与参数的设定………………………………………………………6 3．1 设备型号 (6)3．2 调节器及其参数的设置 (7)3．3 仪器仪表的组合安装 (8)3．4 计算机的参数设置 (9)四实验步骤…………………………………………………………………………9 五实验结果………………………………………………………………………10 六结论 (11)七心得体会………………………………………………………………………12 八参考文献………………………………………………………………………13一、概述PCT—I型过程控制实验装置是基于工业过程物理模拟对象，它集自动化仪表技术，计算机技术，通讯技术，自动控制技术为一体的多功能实验装置。
管式加热炉温度前馈-反馈控制系统设计
过程控制课程设计报告管式加热炉温度前馈-反馈控制系统设计学生：专业：自动化班级：重庆大学自动化学院2012年10目录前言 (1)1 管式加热炉系统描述 (1)1.1 管式加热炉的一般结构 (1)1.2 管式加热炉传热方式 (2)1.3 管式加热炉工艺流程 (2)1.4 主要控制参数、操作参数及影响因素 (2)2 方案设计 (3)2.1 方案一 (3)2.2 方案二 (4)3 管式加热炉温度控制系统模型的建立 (4)3.1 前馈-反馈控制系统传递函数 (4)3.2 过程响应分析 (6)3.3 PID控制算法 (7)3.4 PID 控制各参数的作用 (8)4 MATLAB/Simulink仿真 (8)4.1 用ITAE 方法设计控制器 (8)4.2 用Ziegler-Nichols方法设计控制器 (10)5 基于MATLAB/Simulink的仿真 (12)5.1 前馈-反馈控制与单回路控制模型的比较 (12)5.2 基于ITAE方法的仿真模型 (13)5.2.1 ITAE的PI控制模型仿真 (13)5.2.2 ITAE的PID控制模型仿真 (14)5.3基于Ziegler-Nichols方法的仿真模型 (14)5.3.1 Ziegler-Nichols的PI控制仿真模型 (14)5.3.2 Ziegler-Nichols的PID控制仿真模型 (15)6 报告总结 (15)参考文献 (16)前言管式加热炉是石油炼制、化纤工业、石油化工和化学行业主要的工艺设备之一，作用是将物料加热至工艺所要求的温度，具有操作方便, 自动化水平高, 加工成本低, 传热效率高等优点。
1967年4月，世界上第一台步进梁式加热炉由美国米兰德公司设计而成，之后，日本中外炉公司设计的世界上第二座步进梁式加热炉于1967年5月投产。
70年代末，发达工业国家己经进入大型连续加热炉计算机控制的实用阶段，但控制策略还主要局限于燃烧控制。
管式加热炉温度控制系统设计
管式加热炉温度控制系统设计首先，管式加热炉温度控制系统设计的目标是实现加热炉的稳定温度控制，并对温度进行监测和记录。
该系统的主要组成部分包括温度传感器、控制器、执行机构和人机界面。
温度传感器用于感测管式加热炉内的温度，并将感测到的温度信号传递给控制器。
常用的温度传感器有热电偶、热敏电阻和红外线测温仪。
在选择温度传感器时，需要考虑其温度范围、精度和可靠性。
控制器是管式加热炉温度控制系统的核心部分，主要用于对加热炉内的温度进行控制和调节。
常用的控制器有PID控制器和模糊控制器。
PID控制器通过根据当前温度与设定温度之间的差异来调整控制信号的大小，从而实现温度的精确控制。
而模糊控制器则根据系统的模糊特性来进行控制，可以提高控制系统的鲁棒性和适应性。
执行机构是根据控制信号来调节加热炉的加热功率的组成部分，常见的执行机构有电阻器、电磁阀和调压阀等。
执行机构根据控制器的输出，控制燃烧器的开启和关闭，从而控制温度的升降。
人机界面用于人机交互，实现对温度控制系统的监控和操作。
人机界面一般包括显示屏、按钮和报警灯等。
显示屏可以显示当前的温度信息和设定的温度值，按钮可以用于设置和修改设定温度，报警灯可以用于提示温度过高或过低等异常情况。
为了实现管式加热炉温度控制系统的可靠性和安全性，还需要考虑以下几个方面：1.确保控制器的精度和稳定性，选择高性能的控制器，并采用合适的控制算法进行温度控制。
2.选择合适的执行机构，确保其能够精确控制加热炉的加热功率，并具备高可靠性和耐久性。
3.对温度传感器进行定期检测和校准，确保温度测量的准确性。
4.设计合理的安全保护装置，如超温报警和紧急停机装置，用于保护管式加热炉和降低事故发生的风险。
综上所述，管式加热炉温度控制系统的设计需要综合考虑温度传感器、控制器、执行机构和人机界面等多个方面的因素。
通过合理选择和配置这些组成部分，可以实现对管式加热炉温度的精确控制和安全运行。
加热炉前馈串级控制系统
加热炉前馈--串级控制系统加热炉前馈-串级控制系统是一种先进的控制系统，主要用于加热炉的温度控制。
这种控制系统能够有效地提高加热炉的温度控制精度，减少能源浪费，提高生产效率。
下面将对这种控制系统进行详细的介绍。
一、前馈控制系统前馈控制系统是一种开环控制系统，它通过测量输入信号的变化，提前对输出信号进行控制，以达到减少干扰信号对系统的影响。
在加热炉控制系统中，前馈控制系统可以用来提前控制加热炉的输出，以达到防止因外部干扰引起的温度波动。
前馈控制系统的核心是前馈控制器，它根据输入信号的变化，产生相应的控制信号，以控制加热炉的输出。
前馈控制器通常采用PID控制算法，通过对输入信号的变化进行比例、积分和微分处理，产生相应的控制信号。
二、串级控制系统串级控制系统是一种闭环控制系统，它由两个控制器串联组成，一个控制器的输出作为另一个控制器的输入。
在加热炉控制系统中，串级控制系统可以用来提高温度控制的精度和稳定性。
串级控制系统的核心是两个控制器，一个是内环控制器，另一个是外环控制器。
内环控制器根据加热炉的当前温度和设定温度的差异，产生相应的控制信号，以控制加热炉的输出。
外环控制器则根据加热炉的输出和目标值的差异，产生相应的控制信号，以调整内环控制器的设定值。
三、加热炉前馈-串级控制系统加热炉前馈-串级控制系统结合了前馈控制系统和串级控制系统的优点，能够更有效地提高温度控制的精度和稳定性。
在加热炉前馈-串级控制系统中，前馈控制器通过对输入信号的变化进行预测，提前控制加热炉的输出。
串级控制器则通过内环控制器和外环控制器的串联，实现对加热炉温度的精确控制。
具体来说，前馈控制器根据加热炉的输入信号（如燃料流量、空气流量等）的变化，预测出加热炉的温度变化趋势，并提前调整加热炉的输出。
然后，内环控制器根据加热炉的当前温度和设定温度的差异，产生相应的控制信号，以控制加热炉的输出。
同时，外环控制器根据加热炉的输出和目标值的差异，产生相应的控制信号，以调整内环控制器的设定值。
前馈控制系统、反馈控制系统
摘要 可编程序控制器(PLC)是一种集自动化技术、计算机技术和通信技术为一体的高可靠性的工业计算机，应用很广泛，现在已经越来越成熟，小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品不断涌入市场。
本设计主要是在西门子编程软件S7-300的基础上实现PLC的前馈反馈系统的设计，并通过具体的实例，即对加热炉温度的前馈反馈控制的实现来说明前馈反馈的具体流程。
加热炉内的实时温度经过温度传感器、温度变送器将模拟量传送给PLC的模拟量输入模块，模拟量输入模块将模拟量转换成数字量送到PLC内部处理，再由模拟量输出模块将数字量转换为模拟量输出控制阀门的开度以达到炉内温度稳定的控制。
本文研究的重点是如何用PLC以及WinCC对现场的前馈-反馈控制系统进行控制的，如何将前馈-反馈控制系统得到的数据经过PLC后传送到上位机，用组态软件WinCC进行实时监控。
经仿真运行后，本系统能实现控制要求。
关键字：前馈-反馈控制；可编程控制器；WinCC;加热炉promoted development, and The ability to resolve conflicts and constantly improve, our ... 6. on the building of Socialist culture in China. A country, a nation strong, always supported by culture flourished, the inheritance and development of civilization, without culture to develop and prosper, there will be no realization of the dream of China. 18 big yilai, XI General Secretary around "foster and promote Socialist core values" "promote China excellent traditional culture" "firmly master ideology work led right and discourse right", aspects do has series important speech, main including put publicity thought work do have better for achieved China dream condensed powerful moral support improve national culture soft strength foster and promote Socialist core values youth to consciously practice line Socialist core values Childhood actively cultivate and practice the core values of socialism and the party's important speech on the press conference. 7. promote the reform and development of social undertakings and social management. 18 big yilai, Central insisted put guarantees and improved livelihood as ruling acting political of starting point and foothold, Xia big pneumatic solution masses most care most directly most reality of interests problem, 3 years cumulative reduction poverty more than 50 million people, equivalent to a medium national population of total, annual added town employment more than 10 million people, starts construction supportability housing engineering near 4 million sets, built world Shang scale maximum, and cover universal of basic medical guarantees network and pension guarantees network, urban and rural residents income continued growth, The lives of the people of all ethnic groups have more on both material and spiritual thriving. This aspects XI General Secretary of speech main including promoted poverty area poverty, and speed up development let 1.3 billion people enjoys better more fair of education speed up advance housing guarantees and supply system construction always put people life security put in first bit efforts put China construction became network power insisted general national security views, go China features national security road effective maintenance national security and social settled,. 8. with regard to comprehensive strictly administering the party. Party of 18 big yilai, Central station in party and national survival of height, firmly grasp strengthening party of ruling capacity construction, and advanced purity construction this article mainline, to style construction for breakthrough, to developed introduced eight items provides started start, put discipline and rules is in front, organization carried out has party of mass line education practice activities and "three strict three real" topic education, insisted "zero tolerance, and full cover, and no area", insisted "Tiger" "flies" with playing, style political wind society continued improved, More perfect system of laws within the party, discipline of authoritative seriousness increasing, for the history of winning has a lot of new features provide a strong politicalAbstractProgrammable Logic Controller (PLC) is a set of automation technology, computer technology and communication technology as one of the high reliability industrial computer，and PLC is widely used. Now it is more and more mature，smaller quantities, more kinds ,lower cost and higher quality in the market. This design is abased on the programming software of Siemens to implement PLC-based feedforward-feedback control system. This design introduces an example to explain the procedure of feedforward-feedback system. The example is that through temperature control in heating furnace which is used feedforward and feedback control system.Real-time temperature, inside the furnace, after the temperature sensors, temperature transmitters discovered will be sent to the analog input module of PLC. Analog input modules convert analog to digital, and sent the digital data to CPU of PLC to process. Then analog output modules convert digital to analog to control valve, so the system achieves a stable furnace temperature control. Focus of this study is about that how to use PLC and WINCC to control feedforward-feedback system of on-scene, and how to make feedforward-feedback system convey the date to computer via PLC, then, using configuration software Wincc implement real-time monitoring.Keywords：feedforward-feedback；Programmable Logic Controller；WinCC；heating furnacepromoted development, and The ability to resolve conflicts and constantly improve, our ... 6. on the building of Socialist culture in China. A country, a nation strong, always supported by culture flourished, the inheritance and development of civilization, without culture to develop and prosper, there will be no realization of the dream of China. 18 big yilai, XI General Secretary around "foster and promote Socialist core values" "promote China excellent traditional culture" "firmly master ideology work led right and discourse right", aspects do has series important speech, main including put publicity thought work do have better for achieved China dream condensed powerful moral support improve national culture soft strength foster and promote Socialist core values youth to consciously practice line Socialist core values Childhood actively cultivate and practice the core values of socialism and the party's important speech on the press conference. 7. promote the reform and development of social undertakings and social management. 18 big yilai, Central insisted put guarantees and improved livelihood as ruling acting political of starting point and foothold, Xia big pneumatic solution masses most care most directly most reality of interests problem, 3 years cumulative reduction poverty more than 50 million people, equivalent to a medium national population of total, annual added town employment more than 10 million people, starts construction supportability housing engineering near 4 million sets, built world Shang scale maximum, and cover universal of basic medical guarantees network and pension guarantees network, urban and rural residents income continued growth, The lives of the people of all ethnic groups have more on both material and spiritual thriving. This aspects XI General Secretary of speech main including promoted poverty area poverty, and speed up development let 1.3 billion people enjoys better more fair of education speed up advance housing guarantees and supply system construction always put people life security put in first bit efforts put China construction became network power insisted general national security views, go China features national security road effective maintenance national security and social settled,. 8. with regard to comprehensive strictly administering the party. Party of 18 big yilai, Central station in party and national survival of height, firmly grasp strengthening party of ruling capacity construction, and advanced purity construction this article mainline, to style construction for breakthrough, to developed introduced eight items provides started start, put discipline and rules is in front, organization carried out has party of mass line education practice activities and "three strict three real" topic education, insisted "zero tolerance, and full cover, and no area", insisted "Tiger" "flies" with playing, style political wind society continued improved, More perfect system of laws within the party, discipline of authoritative seriousness increasing, for the history of winning has a lot of new features provide a strong political2目录1 绪论 (1)1.1 国内外研究现状 (1)1.2 本课题研究内容及方法 (2)2 基于PLC的双闭环流量比值控制系统设计 (3)2.1 系统的工艺流程 (3)2.2 控制系统的硬件选型 (4)2.2.1 PLC的发展及特点 (4)2.2.2 PLC的内部结构 (5)2.2.3 西门子公司的S7系列PLC (7)2.2.4 CPU的选型 (8)2.2.5 I/O模块的选型 (8)2.2.6 电源模块的选型 (9)2.3 系统各部分硬件选型 (9)2.3.1 温度传感器的选择 (10)2.3.2 温度变送器的选择 (10)2.3.3 流量计与压力变送器的选择 (10)2.4 软件设计方案 (11)2.4.1 STEP 7编程软件的简介 (11)2.4.2 系统控制方案的选择 (11)2.4.3 加热炉前馈-反馈系统控制流程图 (12)2.4.4 PID控制及其控制算法 (13)2.5 程序的编写 (15)3 WinCC组态与仿真 (20)3.1 新建工程 (20)3.2 建立Wincc与PLC的通信连接 (21)3.3 创建供料系统的过程画面 (25)3.3.1 创建画面 (25)3.3.2 仿真结果 (27)结束语 (33)致谢 (35)参考文献 (36)reform results, economy, and political system, and culture system, and social system, and discipline check system, and party of construction system reform solid advance, tax, and financial, and price, and administrative approval, and State-owned enterprises, and ecological civilization, important field and key link reform made major progress, market in resources configuration in the of decisive role significantly enhanced, Unprecedented burst of momentum and vitality of economic and social development. XI General Secretary's speech in this regard include the reform only when there is no complete, the < decisions of the CPC Central Committee on some major problems in deepening reform > notes on the 18 session of ideas into the party's spirit of the reforms more difficult to move forward, the increasing use of the Socialist system with Chinese characteristics such as the ability to run the country. 4. with regard to promoting sustained and healthy economic development. Face complex changeable of international situation and difficult heavy of domestic reform development stable task, XI General Secretary made China economic development into new normal of science judge, proposed innovation, and coordination, and green, and open, and shared five big development concept, implementation macro policy to stability, and industry policy to associate, and micro policy to live, and reform policy to real, and social policy to backing five big pillar sex policy, vigorously advance supply side structural reform, new concept, achieved has 2013 to 2015 during, Domestic production total annual growth 7.3%, obviously fast Yu earlier world economic 2.3% of annual growth, on world economic growth of contribution over 25%, tertiary industry accounted for domestic production total share over 50%, eventually consumption on economic growth of contribution rate reached 66%, economic structure adjustment made important progress, development of quality and benefits significantly upgrade, China economic show out huge of swing room and broad of development prospects. This aspects XI General Secretary of speech main including economic growth must is real and no water of growth improve open type economic level "see missing of hand" and "see have see of hand" are to with good speed up from elements drive, and investment scale drive development mainly to to innovation drive development mainly of change active promoted China energy production and consumption revolution,. 5. with regard to building the rule of law in China. 18 big yilai, Central tightly around full advance law ruling, put party of led, and people masters, and law ruling organic unified up, insisted law ruling, and law ruling, and law administrative common advance, insisted rule of law national, and rule of law Government, and rule of law socialone construction, full advance science legislation, and strictly law enforcement, and just judicial, and universal law-abiding, China features socialist legal system further sound perfect, leaders at all levels cadres using rule of law thinking and rule of law way deepening reform, and附录 (37)1.完整程序 (37)2.整体仿真画面 (42)promoted development, and The ability to resolve conflicts and constantly improve, our ... 6. on the building of Socialist culture in China. A country, a nation strong, always supported by culture flourished, the inheritance and development of civilization, without culture to develop and prosper, there will be no realization of the dream of China. 18 big yilai, XI General Secretary around "foster and promote Socialist core values" "promote China excellent traditional culture" "firmly master ideology work led right and discourse right", aspects do has series important speech, main including put publicity thought work do have better for achieved China dream condensed powerful moral support improve national culture soft strength foster and promote Socialist core values youth to consciously practice line Socialist core values Childhood actively cultivate and practice the core values of socialism and the party's important speech on the press conference. 7. promote the reform and development of social undertakings and social management. 18 big yilai, Central insisted put guarantees and improved livelihood as ruling acting political of starting point and foothold, Xia big pneumatic solution masses most care most directly most reality of interests problem, 3 years cumulative reduction poverty more than 50 million people, equivalent to a medium national population of total, annual added town employment more than 10 million people, starts construction supportability housing engineering near 4 million sets, built world Shang scale maximum, and cover universal of basic medical guarantees network and pension guarantees network, urban and rural residents income continued growth, The lives of the people of all ethnic groups have more on both material and spiritual thriving. This aspects XI General Secretary of speech main including promoted poverty area poverty, and speed up development let 1.3 billion people enjoys better more fair of education speed up advance housing guarantees and supply system construction always put people life security put in first bit efforts put China construction became network power insisted general national security views, go China features national security road effective maintenance national security and social settled,. 8. with regard to comprehensive strictly administering the party. Party of 18 big yilai, Central station in party and national survival of height, firmly grasp strengthening party of ruling capacity construction, and advanced purity construction this article mainline, to style construction for breakthrough, to developed introduced eight items provides started start, put discipline and rules is in front, organization carried out has party of mass line education practice activities and "three strict three real" topic education, insisted "zero tolerance, and full cover, and no area", insisted "Tiger" "flies" with playing, style political wind society continued improved, More perfect system of laws within the party, discipline of authoritative seriousness increasing, for the history of winning has a lot of new features provide a strong political4广西工学院2011届毕业论文基于PLC的前馈-反馈控制系统的设计1 绪论1.1 国内外研究现状现代社会要求生产厂商能对市场的需求做出迅速反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。
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过程控制课程设计报告管式加热炉温度前馈-反馈控制系统设计学生：专业：自动化班级：重庆大学自动化学院2012年10目录前言 (1)1 管式加热炉系统描述 (1)1.1 管式加热炉的一般结构 (1)1.2 管式加热炉传热方式 (2)1.3 管式加热炉工艺流程 (2)1.4 主要控制参数、操作参数及影响因素 (2)2 方案设计 (3)2.1 方案一 (3)2.2 方案二 (4)3 管式加热炉温度控制系统模型的建立 (4)3.1 前馈-反馈控制系统传递函数 (4)3.2 过程响应分析 (6)3.3 PID控制算法 (7)3.4 PID 控制各参数的作用 (8)4 MATLAB/Simulink仿真 (8)4.1 用ITAE 方法设计控制器 (8)4.2 用Ziegler-Nichols方法设计控制器 (10)5 基于MATLAB/Simulink的仿真 (12)5.1 前馈-反馈控制与单回路控制模型的比较 (12)5.2 基于ITAE方法的仿真模型 (13)5.2.1 ITAE的PI控制模型仿真 (13)5.2.2 ITAE的PID控制模型仿真 (14)5.3基于Ziegler-Nichols方法的仿真模型 (14)5.3.1 Ziegler-Nichols的PI控制仿真模型 (14)5.3.2 Ziegler-Nichols的PID控制仿真模型 (15)6 报告总结 (15)参考文献 (16)前言管式加热炉是石油炼制、化纤工业、石油化工和化学行业主要的工艺设备之一，作用是将物料加热至工艺所要求的温度，具有操作方便, 自动化水平高, 加工成本低, 传热效率高等优点。
1967年4月，世界上第一台步进梁式加热炉由美国米兰德公司设计而成，之后，日本中外炉公司设计的世界上第二座步进梁式加热炉于1967年5月投产。
70年代末，发达工业国家己经进入大型连续加热炉计算机控制的实用阶段，但控制策略还主要局限于燃烧控制。
目前，加热炉的模型化及计算机最优控制的研究不断深入，并且己经取得了很多成果，发达工业国家利用这些成果已经实现了加热炉的模型化和计算机最优控制，取得了良好的控制效果，获得了巨大的生产效益。
最近几年来，随着工业的快速发展，需要消耗大量的能源，并且环境污染问题越来越突出，节省能源、保护环境已被人们所接受，成为今后科学技术发展的方向。
因此，通过国内加热技术在工业行业的应用情况的总结及对比分析，可以预见出国内加热炉的发展方向及趋势。
对于现在讲品种、讲效益的时代，一个加热炉的自动化水平的高低和加热形式的多样性，决定了该加热炉适应的生产行业。
但是随着计算机控制技术和电子技术的发展，用计算机来控制加热炉的智能控制系统进行加热已成为一个新的发展方向。
目前，国外已研究出多种加热炉控制模式，实际应用各有所长。
我国加热炉微机自动控制起步较晚，但也取得了很大的进展，但迄今为止，国内加热炉的控制（常规仪表控制或计算机控制）大多还处于人工经验、单值设定值控制阶段。
为此，鞍山市戴维冶金科技开发有限公司经过长期的现场实践，通过对加热炉加热过程分析，组成了一支由热工、计算机、自动控制工程师和专家为主体的攻关队伍，并与清华大学、哈尔滨工业大学计算机与自动控制方面的教授、专家合作，开发出了“轧钢加热炉加热过程优化与智能控制系统”，该系统在鞍钢新轧线材厂、天钢高速线材厂和唐钢棒线材厂的生产实践中得到了应用，经过长期现场生产实践的检验与考核，通过企业的验收与鉴定，给企业带来了巨大的经济效益，受到有关企业领导，冶金炉热工、冶金自动化、计算机、轧钢专业专家及加热工人的好评。
国内各种形式的加热炉发展到现在，还不能讲那一种形式是最先进、最成熟的，都多多少少存在一些问题，还有待我们去探索，如各热工参数之间和设计结构之间的定量关系，控制系统和调节系统的最优化，但计算机控制加热炉系统是一种发展方向。
1 管式加热炉系统描述1.1管式加热炉的一般结构管式加热炉包括5部分，分别是:对流室、辐射室、通风系统、燃烧系统及余热回收系统，结构中包括:钢结构、炉管、炉墙(内衬)、燃烧器、孔类配件等。
通风系统：将燃烧用空气引入燃烧器，并将烟气引出炉子，可分为自然通风方式和强制通风方式。
对流室：对流室是由辐射室出来的烟气进行对流传热的部分，对流室热负荷约占加热炉负荷的20%～30%。
辐射室：通过火焰或高温烟气进行辐射传热，是加热炉热交换的主要场所。
辐射室直接受火焰冲刷，温度较高、所用材料的强度、耐热性定要好，其热负荷一般占加热炉热负荷的70%～80%，是加热炉最重要的部位。
燃烧系统：是使燃料雾化并混合空气，使之燃烧的产热设备，燃烧器可分为燃料油燃烧器，燃料气燃烧器和油一气联合燃烧器。
余热回收系统：用以进一步回收离开对流室烟气中的余热。
回收方法有2种:一是通过余热供燃烧用的空气来回收，使回收的热量再次返回炉中，称为“空气预热方式”。
另一种是采用同加热炉完全无关的其它介质回收热量，称为“余热锅炉”方式，一般采用强制循环方式，尽量放到对流室顶部。
1.2 管式加热炉传热方式管式加热炉的工艺过程就是燃料燃烧释放出热量和油介质或者其他介质吸收热量，使其升温，产生相变或同时产生裂化和反应等的过程，是供热和吸热的过程。
燃料在炉膛内燃烧后，1000～1500℃的高温烟气主要以辐射的方式将大部分热量传给辐射管的外表面，再通过炉管的金属壁以全传导的方式传递给炉管的内表面，又以对流方式传递给在炉管中流动的介质，使之加热到工艺上要求的温度。
以较少的传热面积，消耗较少的燃料，来完成既定的加热任务，是加热炉的基本工艺要求。
1.3 管式加热炉工艺流程图1 管式加热炉工作流程图被控对象为管式加热炉单元，待加热物料经过对流段的对流传热和辐射段的辐射传热加热至工艺要求的温度。
待加热物料进入加热炉时温度为T I ,流量为Q 1。
加热炉辐射段的炉管接受燃烧器火焰和烟气的辐射传热。
燃料流量为Q 2 ，燃料流量调节阀为V 1。
在燃烧器中，燃料与空气混合燃烧，产生的热量被辐射段炉管内的物料吸收。
燃烧产生的烟气带走大量热量，这些热量在对流段进行回收。
最终产品(热物料)的温度为T O ，流量为Q 1。
1.4 主要控制参数、操作参数及影响因素被加热物料炉出口温度（T O ）：被加热物料的炉出口温度是加热炉操作中最重要的一个控制参数，它的稳定与否，直接影响着后续工艺过程的平稳操作和优化，影响到产品的质量和产量，影响着加热炉的长周期安全运行，因此必须控制T I T OV 1Q 1Q 2被加热物料出口温度的稳定，把加热炉出口温度控制在适当的误差范围内，但在实际操作中，影响加热炉出口温度稳定的干扰因素有物料流量（Q I）、进料温度（T I）、燃料压力（P2），这些因素都会影响到炉出口温度的稳定，使炉出口温度偏离控制指标。
控制系统的作用，就是要通过控制调节输入燃料的流量（Q2）即控制燃料阀（V1）来克服各种干扰，使加热炉出口温度达到工艺上规定的要求。
2方案设计2.1 方案一假设：燃料流量Q2为以恒定值，即燃料的压力P2为以恒定值。
方案：单回路控制系统。
图 2 单回路温度控制系统图3 单回路温度控制系统框图分析：由图2可知，如果采用单回路控制系统，当物料压力或物料流量变化时，先影响炉膛温度，然后通过传热过程，逐渐影响原料油的出口温度。
而温度调节器T C 是根据原料油的出口温度T O与设定值T sp的偏差进行控制。
当物料部分出现干扰后，经过一段时间后，温度检测单元检测到温度变化，开始做出相应，但此时已有一部分物料的温度没有达到要求，且已经流出加热炉，当生产工艺对物料出口温度T O要求严格时，上述简单控制系统不能满足要求。
结论：单回路控制系统并不能及时产生控制作用，对物料输入端的干扰不能及时响应，导致物料温度控制质量差。
2.2 方案二方案：前馈-反馈控制图4前馈-反馈控制系统图 5 前馈-反馈控制系统框图分析：通常的反馈控制系统中,对干扰造成一定后果,才能反馈过来产生抑制干扰的控制作用，因而产生滞后控制的不良后果。
为了克服这种滞后的不良控制，用传感器接受干扰信号后，在还没有产生后果之前插入一个前馈控制作用，使其刚好在干扰点上完全抵消干扰对控制变量的影响，因而又得名为扰动补偿控制。
前馈控制恰好能够解决方案一中滞后影响，因此在在物料入口端加入一个流量检测装置，检测物料流量，同时将信号反馈到调节器中与温度检测共同作用调节阀，达到控制物料出口端温度的作用。
考虑燃料压力对燃料的影响，在燃料入口端再加入一个流量检测装置，避免了输入燃料压力的波动对燃料流量的影响。
结论：这种方案解决了因为加热滞后引起的物料出口端温度的变化，提高了物料温度控制的精度，是一种切实可行的方案。
3 管式加热炉温度控制系统模型的建立3.1 前馈-反馈控制系统传递函数加热炉的对象特性一般从定性分析和实验测试获得。
从定性角度出发，可看出其热量的传递过程是：炉膛炽热火焰辐射给炉管，经热传导，对流传热给工艺介质。
所以与一般传热对象一样，具有较大的时间常数和纯滞后时间。
特别是炉膛具有较大的热容量，滞后更为显著，因此加热炉属于一种多容量的调节对象。
根据若干实验测试，并作一些简化，可以用一阶环节加纯滞后来近似，其时间常数和纯滞后时间与炉膛容量大小及工艺介质停留时间有关，炉膛容量大，停留时间长，则时间常数和纯滞后时间大，反之亦然。
将图 5 的模型转化为：图 6 转化后的系统框图由上图可以得：**[][]L mL FF v p c v p C G G G G G L G G G E =++（1）m E R G C =-（2）则：****+1+1+L mL FF v pc v p m c v p m c v p G G G G G G G G C L R G G G G G G G G +=（3）图 7 干扰通道模型干扰通道传递函数为：*=[+]L L mL FF v p C G G G G G （4）为了消除干扰L 对输出温度的影响，则式（4）中C=0.*-L FF mL v p G G G G G =（5） =+1p p p K G s τ，-1=0.8p K ppm s L ⋅⋅，4p s τ≈*=+1v v v K G s τ，=0.6/v K mV ppm ，=0.2v s τ -=d t s m m G K e ，=2.6/m K mV ppm ，=0.72d t s0.3=+10.4+1L L L K G s s τ= -=mL t s mL mL G K e ，=1.2/mL K mV ppm ，=0.001mL t sG m 为一纯滞后过程，因此可以采用帕德逼近（Pad e approximation ）算法将其近似为一阶模型。
-1-0.36= 2.61+0.36d t s m m s G K e s≈（6） 而G mL 的滞后时间非常短，可近似认为G mL =1.2.则根据公式（5）可得到G FF 的传递函数：(0.2+1)(4+1)=- 1.92(0.4+1)FF s s G s （7） 3.2 过程响应分析图 8 根轨迹图、开环伯德图和闭环伯德图系统的过程响应传递函数为：1.2481-0.36)=(0.2+1)(0.36+1)(4+1)PRC v p m s G G G G s s s *=（（8）从图8中可以看出，系统的开环传递函数的特征根都分布在虚轴的左半平面，因此系统是稳定的，从伯德图上可以看出开环系统的相角裕量γ=134°，幅值裕量K=17.3dB ，因此系统具有较强的抗干扰能力，系统的截止频率ω0=0.186 rad/s ，截止频率太小，导致系统的稳态误差非常大。