啤酒发酵罐的温度控制设计与仿真
基于matlab的啤酒发酵模糊控制系统的设计与仿真
基于matlab的啤酒发酵模糊控制系统的设计与仿真啤酒作为一种广受欢迎的饮品，其品质的好坏直接影响到消费者的口味和健康。
发酵是啤酒酿造的关键环节之一，而发酵过程中的控制对啤酒的品质有很大的影响。
本文旨在基于matlab软件设计一种模糊控制系统，实现对啤酒发酵过程的温度、PH值、浓度等参数的实时控制。
1、啤酒发酵过程的控制需求分析啤酒发酵过程需要对温度、PH值、浓度等参数进行控制，以保证啤酒的质量和口感。
而传统的PID控制由于纯粹的数学计算很难精确反应实际过程的动态特性，因此在应对复杂的啤酒发酵过程时，其控制效果容易出现调节精度不高、过调或欠调等问题。
相比而言，模糊控制算法对于变量之间的模糊性和非线性的关系具有很好的适应性，因此可用于解决啤酒发酵过程中存在的问题。
2、基于matlab的模糊控制系统设计基于以上分析，我们选用matlab软件，设计一个模糊控制系统。
首先需要确定模糊控制系统的输入变量和输出变量，以及它们之间的关系模型。
在啤酒发酵过程中，我们选取温度、PH值和浓度三个输入变量进行控制，选取温度输出变量进行控制。
为了进行模糊控制系统的设计，我们需要对输入变量的模糊化、输出变量的模糊化、规则库的建立以及模糊推理等方面进行设置。
3、模糊控制系统的仿真实验为了验证我们设计的模糊控制系统的有效性，我们进行了仿真实验。
首先，我们建立模拟实验参数，包括初始温度、PH值、浓度等参数。
然后，我们运用matlab软件，进行模糊控制系统的仿真。
仿真结果显示，我们所设计的模糊控制系统可以对发酵过程中的温度进行精准的实时控制。
同时，我们还可以对PH值和浓度等参数进行控制，以达到最终的啤酒品质。
综上，基于matlab的模糊控制系统在啤酒发酵过程中具有很好的适应性和控制效果。
通过对温度、PH值、浓度等参数进行实时控制，实现了对啤酒品质的精准控制。
啤酒发酵罐温度控制系统设计
内蒙古科技大学过程控制课程设计论文题目：啤酒发酵罐温度控制系统设计学生姓名：赵万里学号：1067112320专业：测控技术与仪器班级：2010-3指导教师：李忠虎教授2013年 9 月 3日摘要本文介绍了啤酒的酿造工艺，分析了啤酒发酵过程中发酵罐内酒体的温度变化特性，并结合锥形发酵罐的组成及原理，根据生产工艺要求，从而设计了啤酒发酵过程中发酵罐温度控制系统。
该设计是采用串级控制系统，通过控制流入发酵罐冷却套内液氨的流量，来达到控制发酵罐内酒体温度的目的。
设计过程中充分利用了过程控制理论和过程参数检测技术及仪表知识，完成了控制方案的选择、被控参数的选取，以及仪表的选型等内容。
关键词：啤酒发酵；温度控制；串级系统目录第一章绪论 (1)1.1 啤酒概述---------------------------------------------------- 11.2 啤酒的发酵-------------------------------------------------- 12.1 啤酒酿造工艺概述-------------------------------------------- 22.2 发酵工艺---------------------------------------------------- 22.2.1锥形发酵罐基本结构 (2)2.2.2 发酵过程中酒体的温度变化特性 (3)第三章检测控制系统设计 (5)3.1 被控对象分析------------------------------------------------ 53.2 控制方案的选择---------------------------------------------- 53.3 主、副被控参数的选取---------------------------------------- 63.4 主、副调节器调节规律的选择---------------------------------- 73.5主、副调节器正、反作用方式的选择----------------------------- 73.6 仪表选型---------------------------------------------------- 8第四章总结 (9)参考文献 (10)第一章绪论1.1 啤酒概述啤酒是以大麦芽、酒花、水为主要原料，经酵母发酵作用酿制而成的饱含二氧化碳的低酒精度酒。
基于matlab的啤酒发酵模糊控制系统的设计与仿真
基于matlab的啤酒发酵模糊控制系统的设计与仿真啤酒发酵过程是一个很复杂的化学反应过程，在实际操作中往往会受到一些外界因素的影响，如温度、pH值、气体搅拌等等。
为了使啤酒发酵过程更加稳定和可控，可以采用模糊控制技术。
下面介绍一种基于matlab的啤酒发酵模糊控制系统的设计和仿真方法。
1. 系统建模啤酒发酵系统的主要参数包括：发酵液温度、酒精浓度、糖含量、氧气浓度等。
为了简化模型，我们只选取了发酵液温度作为控制量，采用模糊控制器来控制温度的变化。
根据前面的分析，我们知道温度受到外界环境的影响比较大，因此需要在模型中考虑干扰项。
发酵系统的温度控制模型可表示为：d(T)/dt = -α(T-Tamb) + βP + ε其中，T 表示发酵液的温度，Tamb 是环境温度，α 和β 是常数，P 是控制输入，ε 是干扰项。
假设温度的控制量为 P，采用模糊控制技术，设计控制器。
2. 模糊控制器设计设计模糊控制器的第一步是确定模糊集和输出变量的语言变量。
在本系统中，我们将控制输入P 分为三个模糊集：冷、正常、热。
对应的语言变量为 NL、NM、NH。
温度输出也分为三个模糊集：降温、不变、升温。
对应的语言变量为 VC、VO、VA。
接下来是确定模糊集在不同语言变量下的隶属度函数，同样需要考虑到系统的反应速度和鲁棒性。
模糊集的隶属度函数可以选择三角形或者梯形函数。
在本系统中，我们采用三角形函数。
最后是规则库的设计；规则库是模糊控制器的核心。
根据经验法则、专家经验和仿真实验，可以确定每个模糊语言变量在不同隶属度函数下的权重和隶属度。
3. 仿真实验使用 matlb 仿真实验。
通过调整环境温度和控制输入，观察系统的响应，判断模糊控制是否有效。
在 matlab 命令窗口输入以下命令：a=fisedit; %打开模糊控制器界面在界面中设计模糊控制器，包括输入、输出、规则库等。
在设计好模糊控制器后，我们需要编写一个主函数来模拟实验过程。
啤酒发酵自动控制系统的设计
摘要啤酒工业是我国食品工业中一个重要的产业部门，随着国民经济的发展和人民生活的改善，我国啤酒工业也得到了空前发展。
尽管如此，我国的啤酒生产工业前存在许多不尽如人意的地方。
由于啤酒生产的工艺复杂，目前我国大多数啤酒生产企业装备落后，自动化程度低，产品质量不稳定。
如何提高啤酒生产的综合自动化水平，增强我国啤酒产业的综合实力是一个很好的研究课题。
发酵过程是啤酒生产过程中的重要环节之一，本文针对实验室啤酒发酵装置技术装备落后、自动化程度低、产品质量不稳定以及啤酒发酵罐温度所具有的大时滞、强关联、时变、大时间常数和变量的特点，提出了AT89S52单片机为核心的数字化温度控制系统方案。
在发酵罐中设置上、中和下三个测温点，控制系统对这三个测温点进行循环检测，然后检测到的温度信号送到单片机，由单片机通过具体程序对以上三个信号进行处理，通过本文设定的特殊控制算法决定每层控制阀的开度，从而实现了啤酒发酵罐内部麦汁三层温度的精确控制，进而解决了啤酒发酵罐内部温度控制精度不高的问题，提高了啤酒生产的综合自动化水平本设计是利用毕业设计时间所学习的西门子PLC（S7-200）设计的啤酒发酵自动控制系统。
本文针对啤酒发酵过程控制及其管理自动化的要求，提供了一整套的啤酒发酵过程集散控制系统的方案。
文中介绍了系统的工艺流程、软件设计、PID回路设计。
软件设计包括系统控制的梯形图、实现代码（指令表）及程序说明以及温度设定值的计算和PID回路计算。
该设计编程容易，容易掌握。
关键词PLC PID 啤酒发酵自动控制目录摘要..................................................................................................... 错误!未定义书签。
第1章啤酒发酵自控系统总体设计 (1)1.1功能分析 (1)1.2控制原理分析 (1)第2章啤酒发酵自控系统工艺流程 (1)第3章啤酒发酵自控系统PLC选型和资源配置 (1)3.1 PLC选型 (1)3.2 S7-200主要功能及特点 (1)3.3文本显示器TD200 (2)3.4 TD200具有以下用途 (2)3.5 PLC的I/O资源配置 (3)3.6 PLC其他资源配置 (4)第4章自控系统PLC程序设计 (1)4.1 程序流程图设计 (2)4.2 PLC功能模块程序设计 (3)第5章啤酒发酵自控系统PLC程序说明 (1)5.1 模拟量信号采集处理 (1)5.2 发酵状态处理 (5)5.3 温度设定值的计算 (10)5.4 PID回路计算 (13)5.5 电磁阀控制 (16)第6章设计小结 (1)致谢 (1)参考文献 (1)第1章啤酒发酵自控系统总体设计1.1功能分析目前，啤酒发酵通常采用锥形大罐“一罐法”进行发酵，即前酵，后酵以及储酒等阶段均在同一大罐中进行。
(完整word版)啤酒发酵罐的温度控制设计与仿真
内蒙古科技大学本科生课程设计论文题目：啤酒发酵罐的温度控制设计与仿真学生姓名：张胜男学号：1167112232专业:测控技术与仪器班级：11—2指导教师：左鸿飞2014年12 月14 日前言过程控制课程设计是测控技术与仪器专业的实践教学环节. 本次过程控制课程设计主题为啤酒厂发酵罐温度控制系统的设计，要求我们了解发酵罐温度控制的工艺背景、设计控制方案以及仪表选型等。
啤酒生产是一个利用生物加工进行生产的过程，生产周期长,过程参数分散性大，传统操作方式难以保证产品的质量.啤酒发酵对象的时变性、时滞性及其不确定性，决定了发酵罐控制必须采用特殊的控制算法. 在啤酒生产过程中,糖度的控制是由控制发酵的温度来完成的，而在一定麦芽汁浓度、酵母数量和活性的条件下时间的控制也取决于发酵的温度。
因此控制好啤酒发酵过程的温度及其升降速率是解决啤酒质量和生产效率的关键。
在本次啤酒发酵温度控制系统设计过程中各种工艺参数的控制采用串级控制系统实现,主要控制锥形发酵罐的中部温度，采用常规自动化仪表及装置来实现温度及其他参数的检测与控制、显示。
内蒙古科技大学课程设计任务书目录1. 工艺简介及控制系统设计 (4)1.1. 啤酒生产工艺 (4)1.2被控对象特性及控制要求 (5)1.2。
1被控对象特性 (5)1。
2。
2被控对象的控制要求 (6)1.3啤酒发酵温控系统设计 (6)1.3。
1发酵温控系统主、副被控参数的选取 (7)1.3。
2主、副调节器调节规律的选择 (8)1.3.3主、副调节正、反作用方式的选择 (8)1。
3.4串级系统的整定 (9)2. 控制系统的建模 (9)2。
1 数学模型的定义及特征 (10)2.2 建模应用 (10)2。
3建立数学模型的目的 (11)3. 系统仿真技术 (11)3。
1 系统仿真技术概述 (11)3.2使用MATLAB对实验结果进行仿真 (12)1. 工艺简介及控制系统设计1。
1. 啤酒生产工艺啤酒发酵是一种放热的复杂生化系统，其特点是冷却麦汁进入开口发酵槽中，加入啤酒酵母，一般酵母控制发酵液温度为9—10℃左右;发酵7—10天左右,麦汁发酵成嫩啤酒，酵母增殖到添加量的2至4倍。
啤酒发酵过程温度控制的设计
X X X X 学院《啤酒发酵过程温度控制的设计》大作业报告专业计算机科学与技术学号姓名日期2015.12.301、作业内容及任务麦汁发酵过程是一个复杂的生物化学过程，通常在锥形发酵罐中进行。
目前的处理方法多是在麦汁发酵期间，在二十多天的发酵期间，根据酵母的活动能力，生长繁殖快慢，确定发酵曲线。
要使酵母的繁殖和衰减、麦汁中糖度的消耗等达到最佳状态，必须严格控制各阶段的温度，使其在给定的温度曲线的±0.5℃范围内。
发酵期间锥形发酵罐控制上、中、下三部分的温度，温度曲线见下图。
图1 发酵过程温度工艺曲线通过啤酒发酵过程，掌握相关步骤。
考查动手能力和对所学知识的掌握程度，以及查阅资料和收集信息能力。
使设计者熟悉本设计的相关知识及培养解决设计过程中可能遇到问题的能力。
图2 发酵罐的测控点分布及管线图2、对作业的认知或解读麦汁发酵过程是啤酒生产中的一个重要环节。
过去。
啤酒发酵过程采用传统的手工操作控制，生产效率低，劳动强度大，不易于管理；啤酒质量差，产量低，酒损多。
有些啤酒生产厂家采用常规的仪表调节系统，虽然给企业带来一些益处，但也不利于现代化管理和机动灵活地修改工艺参数。
采用计算机对啤酒发酵过程进行自动控制和现代化管理，很好地解决以上问题，获得了巨大的经济效益和社会效益。
图3 计算机控制系统原理图3、系统结构模型框图T1T30图3 啤酒发酵过程计算机控制系统硬件框图4、系统硬件元器件选型WZP-231铂热电阻、RTTB-EKT 温度变送器进行温度测量和变送、I/V 变换板、A/D板、电容式液位变送器及电动调节阀等5、硬件设计（1）模拟量输入通道设计本系统检测30个温度（T1~T30）、10个压力（p1~p10）、10个液位（H1~H10）。
对于温度，我们选用WZP-231铂热电阻30支和RTTB-EKT温度变送器30只进行温度测量和变送，即将-20~+50℃变换成4~20mA DC信号变换成1~5V DC信号，最后把1~5V DC信号送至32路12位光电隔离A/D板IPC5488，从而实现温度的数据采集。
啤酒发酵计算机温度控制系统设计
课程设计报告题目：啤酒发酵计算机温度控制系统设计课程：专业：班级：姓名：学号：一、课程设计目的和任务《计算机控制技术》是一门实用性和实践性都很强的课程，课程设计环节应占有更加重要的地位。
计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它需要控制理论、程序设计、硬件电路设计等方面的知识融合。
通过本课程设计，学生应学习并掌握：1．掌握总线式工业控制机控制系统硬件方案设计，包括工业控制机、模拟输入、输出通道设计和元器件选型，掌握模拟量输入、输出通道及接口连接线路绘制。
2．掌握工业控制机控制系统软件方案（数学模型分析、控制策略、控制算法等）设计，掌握数据采集及处理程序、控制算法程序和模拟量输出程序流程图及软件编程。
这次课程设计的任务是：啤酒发酵计算机温度控制系统设计二、课程设计的要求2.1啤酒发酵工艺简介啤酒发酵是一个复杂的生物化学过程，通常在锥型发酵罐中进行。
在二十多天的发酵期间，根据酵母的活动能力，生长繁殖快慢，确定发酵给定温度曲线，如下图所示。
要使酵母的繁殖和衰减、麦汁中糖度的消耗和双乙酰等杂质含量达到最佳状态，必须严格控制发酵各阶段的温度，使其在给定温度的±0.5℃范围内。
2.2系统控制要求（1）现要求控制1个200m3的锥形啤酒发酵罐，罐测量3个参数，即发酵罐的上、中、下三段温度，三段温度的测量范围：-20—+50℃，共有三个温度测量点，因此需检测3个参数。
(2)自动控制各个发酵罐中的上、中、下三段温度使其按上图所示的工艺曲线运行，温度控制误差不大于±0.5℃。
共有3个控制点。
（3）控制规律被控对象可视为纯滞后的一阶惯性：a、在恒温段采用增量型PI控制算法b、在升温和降温段采用增量型PID控制算式c、考虑被控对象为纯滞后的一阶惯性，还要采用施密斯（Smith）预估计控制算法。
（4）系统软件设计要求a、数据采集程序:按顺序采集三个温度信号，每个信号采集5次并储存起来，采样周期为T=2s。
任务书：啤酒发酵温度控制系统设计 电子信息工程
xx大学毕业设计（论文）任务书信息科学与工程学院电子信息工程专业091 班xx 同学：现给你下达毕业设计（论文）任务如下，要求你在预定时间内，完成此项任务。
一、毕业设计（论文）题目啤酒发酵温度控制系统设计二、毕业设计（论文）背景啤酒发酵温度的控制是决定产品品质的关键因素, 所以, 必须对生产过程中的温度进行严格的控制。
啤酒发酵是一个具有时变性、非线性的复杂生化反应过程, 使用冷却酒精水通过热交换器间接降温的方法控制发酵温度。
传统的手动控制不仅控制质量不稳定, 而且操作工人的劳动强度也很大, 人力资源浪费问题十分严重, 为此我们使用以51单片机为核心的控制系统，来控制啤酒发酵温度。
采用单片机对温度进行实时控制, 并采取相应的软硬件抗干扰措施，使控制系统不仅具有方便、灵活的优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而可以显著提高啤酒产品的品质。
三、毕业设计（论文）目标、研究内容和技术要求目标：完成基于单片机的啤酒发酵温度自动控制系统设计和控制器硬件实现。
内容：1. 了解啤酒发酵过程的温度分段控制工艺；2. 进行基于单片机的啤酒发酵温度自动控制系统设计；3. 利用STC单片机完成发酵温度控制器的硬件演示电路设计和LabVIEW远程控制界面设计。
技术要求:1. 实现发酵罐内温度的实时采样监测（精度0.1◦C）和现场液晶显示；2. 根据啤酒发酵各阶段的工艺要求，制定相应的温度设定值变化曲线；3. 手动输入各阶段发酵温度的设定值作为控制参量，并将“设定值”和“阶段”液晶显示；4. 比较设定温度和实际温度大小，显示“开/关冷却阀”，用发光二极管颜色区分两种状态。
四、课题所涉及主要参考资料[1] 邓荣. 基于单片机的啤酒发酵温度控制系统[J]. 工业控制计算机, 2008, 21(1): 58-58.[2] 向艳. C语言程序设计. [M]. 北京：电子工业出版社, 2008.[3] 徐爱钧.单片机原理应用教程－基于Proteus虚拟仿真[M]. 北京：电子工业出版社，2009.[4] 邓荣. 基于AT89S52单片机的啤酒发酵温度控制系统[J]. 国外电子测量技术, 2007, 26(11):59-61.[5] 丁元杰. 单片微机原理及应用(第3版)[M]. 北京: 机械工业出版社, 2007.五、进度安排周次工作内容预定目标13年1周查阅资料选题确定毕业设计题目13年2-3周收集相关资料并翻译基本完成外文资料的翻译13年4周下达任务书、撰写文献综述完成文献综述的撰写13年5周制定进度表、框图理解论文论证的基本思想13年6-7周研究啤酒发酵温度控制工艺掌握啤酒发酵的相关知识13年8-9周研究温度控制模块完成51单片机对温度控制模块的设计13年10-11周实现51单片机对各模块控制的整合完成51单片机对发酵温度控制的仿真13年12周对发酵温度控制流程形成论文思路并撰写论文草稿基本完成13年13周论文的修改、排版形成论文正文13年14-15周论文答辩资料收集完成资料收集，准备答辩13年16周论文答辩论文答辩六、毕业设计时间：2013 年 2 月25 日 2013 年 6 月14 日七、本毕业设计必须完成的内容1．调查研究、查阅文献和搜集资料。
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内蒙古科技大学本科生课程设计论文题目：啤酒发酵罐的温度控制设计与仿真学生姓名：张胜男学号：1167112232专业：测控技术与仪器班级：11-2指导教师：左鸿飞2014年12 月14 日前言过程控制课程设计是测控技术与仪器专业的实践教学环节。
本次过程控制课程设计主题为啤酒厂发酵罐温度控制系统的设计，要求我们了解发酵罐温度控制的工艺背景、设计控制方案以及仪表选型等。
啤酒生产是一个利用生物加工进行生产的过程，生产周期长，过程参数分散性大，传统操作方式难以保证产品的质量。
啤酒发酵对象的时变性、时滞性及其不确定性，决定了发酵罐控制必须采用特殊的控制算法。
在啤酒生产过程中，糖度的控制是由控制发酵的温度来完成的，而在一定麦芽汁浓度、酵母数量和活性的条件下时间的控制也取决于发酵的温度。
因此控制好啤酒发酵过程的温度及其升降速率是解决啤酒质量和生产效率的关键。
在本次啤酒发酵温度控制系统设计过程中各种工艺参数的控制采用串级控制系统实现，主要控制锥形发酵罐的中部温度，采用常规自动化仪表及装置来实现温度及其他参数的检测与控制、显示。
内蒙古科技大学课程设计任务书目录1. 工艺简介及控制系统设计 (4)1.1. 啤酒生产工艺 (4)1.2被控对象特性及控制要求 (4)1.2.1被控对象特性 (4)1.2.2被控对象的控制要求 (5)1.3啤酒发酵温控系统设计 (5)1.3.1发酵温控系统主、副被控参数的选取 (6)1.3.2主、副调节器调节规律的选择 (7)1.3.3主、副调节正、反作用方式的选择 (7)1.3.4串级系统的整定 (8)2. 控制系统的建模 (8)2.1 数学模型的定义及特征 (8)2.2 建模应用 (9)2.3建立数学模型的目的 (9)3. 系统仿真技术 (10)3.1 系统仿真技术概述 (10)3.2使用MATLAB对实验结果进行仿真 (10)1. 工艺简介及控制系统设计1.1. 啤酒生产工艺啤酒发酵是一种放热的复杂生化系统，其特点是冷却麦汁进入开口发酵槽中，加入啤酒酵母，一般酵母控制发酵液温度为9-10℃左右;发酵7-10天左右，麦汁发酵成嫩啤酒，酵母增殖到添加量的2至4倍。
后发酵又称贮酒，嫩啤酒输到贮酒室内的贮酒罐中，一般在0-3℃下贮酒42-90天，达到啤酒成熟、二氧化碳饱和与啤酒澄清的目的。
贮酒期结束并过滤得清酒，即完成了整个酿造过程。
简单来说啤酒发酵的工艺流程如下图1.1啤酒发酵的工艺流程图1.2被控对象特性及控制要求1.2.1被控对象特性本设计的被控对象是啤酒发酵罐，被控参数是罐内麦汁的温度。
罐内灌有麦汁，酵母在罐内发生化学反应而产生热量，使罐内麦汁温度上升。
罐内设有三个测温点，罐的外壁设置有上、中、下三段冷却套和三台电磁阀，通过电磁阀调节冷却套内的冷媒体流量以实现对罐内麦汁温度的控制。
机理分析和实验表明啤酒发酵具有如下特点：(1)非线性，酵母的化学反应复杂，即使阀开着，温度也不一定下降；(2)大时滞，发酵罐体积大，酒体通过罐壁与冷媒体进行热交换的过程比较慢，另外，冷媒体流经冷却套时，先冷却罐外围的液体，经过对流传热，影响到测温点温度，因此，控制量变化后，被控量要经过一段时间(大概3min～15min，视具体情况而定)才发生变化；(3)时变性，在不同的发酵阶段，酵母活力不一样，造成酒体温度特性变化，因而输入输出就有时变性。
(4)强关联：罐壁与酒体发生热传导，罐内酒体之间又发生热传导，同时不停地形成对流，因此，每一个电磁阀的动作，都会引起上中下三个温度的变化。
1.2.2被控对象的控制要求本设计的被控对象是啤酒发酵罐内部麦汁的温度。
图2.1.1为圆锥底发酵罐示意图，当把麦汁输送到发酵罐中之后的，酵母在罐内发生反应而产生热量，使麦汁的温度升高。
在图2.1.1中设置有上、中和下三层蛇形管，相应设置上、中和下3个测温点和三个调节阀，通过阀门可以调节蛇形管内冷却液的流量从而可以实现对酒体温度的控制。
以阀门开度为控制量，酒体温度为被控量。
该广义对象是一个三输入、三输出的多变量系统。
图1.2圆锥底发酵罐示意图1.3啤酒发酵温控系统设计根据发酵罐的结构以及发酵工艺特点，采用串级控制系统，充分发挥它的优点，合理准确的测量并控制发酵罐温度。
发酵罐中温度串级控制系统图如下所示：图1.3发酵罐中温度串级控制系统图在系统设计时，必须明白主、副被控参数的选择；副回路的设计；主、副回路的关系以及主副调节器控制规律的选择及其正反作用方式的确定等问题。
1.3.1发酵温控系统主、副被控参数的选取设计被控系统时，选取的参数要能有效的反映工艺状况。
根据工艺主参数为发酵罐中麦汁的温度。
而副参数的选取是串级控制系统的关键所在，副回路设计的合理与否决定了串级控制的特点能否发挥。
根据副回路的设计原则，副被控参数的选择应使副回路的时间常数小，控制通道短，反应灵敏，副回路包含被控对象所受的主要干扰，当对象具有较长纯滞后时间时，应尽量将纯滞后部分包含在主对象中。
因此，选取冷却液的流量作为副被控参数，构成如图所示的串级温度控制系统框图。
图1.3.1发酵罐中温度控制系统方框图1.3.2主、副调节器调节规律的选择（1）主调节器调节规律的选择在串级控制系统中，主参数是生产工艺的主要指标，直接关系着产品质量，工艺要求比较严格。
因为主被控参数为发酵罐的温度，对象控制通道容量滞后较大，为了克服容量滞后，所以就要选用PID调节规律。
（2）副调节器调节规律的选择串级控制系统设置副参数的目的在于保证和提高主参数的控制质量，副回路是一个随动系统，它的给定值随主调节器输出的变化而变化。
在选择流量为副被控参数时，由于比例调节规律对噪声敏感，为保持系统稳定，比例度必须选得较大，比例控制作用较弱，为此引入积分作用，采用PI调节规律。
1.3.3主、副调节正、反作用方式的选择为保证串级控制系统的正常运行，串级系统中主、副调节器的正、反作用必须正确选择。
副调节器的正反作用只和副回路有关，与主回路无关。
根据工艺要求，为保证产品质量，调节阀选择关闭形式，其放大系数为“-”，当阀门开度增大时，进入冷却套的流量增加，则副对象的放大系数为“+”根据副环放大系数符号为“+”的原则，副调节器为“-”，所以选择正作用方式。
主调节器的正反作用只取决于主对象放大系数符号。
主对象的输入信号是液氨的供给流量，输出信号是发酵罐内部区域的温度。
当液氨流量增大时，罐体对应区域温度下降，因此主对像放大系数为“-”,主调节器的放大系数为“-”。
所以主调节器选择正作用方式。
1.3.4串级系统的整定串级系统的整定方法比较多，逐步逼近法、两步整定法和一步整定法等。
整定的顺序都是先整副环后整主环。
在这里采用一步整定法，所谓一步整定法就是根据经验先将副调节器参数设置好，不再变动，然后按一般单回路系统的整定方法直接整定主调节器参数。
具体步骤：1．按副参数类型，根据对应的经验值选择副调节器参数，并将其置于副调节器上。
当副被控参数为流量时，副调节器比例度设为40~80，副调节器比例放大倍数设为2.5~1.25。
2．将串级系统投运后，按照单回路系统整定方法直接整定主调节器参数。
3．观察控制过程，根据K值匹配的原理，适当调整主调节器的参数，使主参数的品质指标达到规定的质量要求。
4．如果系统出现振荡，只要加大主、副调节器的任一比例度，就可消除。
多次整定直到满意为止。
2. 控制系统的建模工业过程的数学模型可分为动态数学模型和静态（稳态）数学模型，动态数学模型是表示输出变量与输入变量之间随时间而变化的动态关系的数学描述。
从控制角度来看，输入变量就是操纵变量和扰动变量，输出变量是被控变量。
动态模型在对过程动态的分析和控制中起着举足轻重的作用。
可用于各类自动控制系统的设计与分析，以及工艺设计和操作条件的分析和确定。
工业过程的静态数学模型是描述输入变量和输出变量之间不随时间变化情况下的数学关系，可用于工艺设计和最优化等，同时也是考虑控制方案的基础。
2.1 数学模型的定义及特征数学是研究现实世界空间形式和数量关系的科学。
而数学模型则是应用数学的思想方法、语言和工具,是关于部分现实世界和为一种特殊目的而作的一个抽象的、简化的结构，是为了解决实际问题而设计的关于“数、形、算”的一种十分有用的数学结构。
通过建立数学模型,可以充分发挥数学科学解决实际问题的服务功能，体现出数学的真正意义。
建立系统模型的过程。
又称模型化。
建模是研究系统的重要手段和前提。
凡是用模型描述系统的因果关系或相互关系的过程都属于建模。
图描述的关系各异，所以实现这一过程的手段和方法也是多种多样的。
可以通过对系统本身运动规律的分析，根据事物的机理来建模，也可以通过对系统的实验或统计数据的处理,并根据关于系统的已有的知识和经验来建模。
还可以同时使用几种方法。
2.2 建模应用系统建模主要用于三个方面。
①分析和设计实际系统。
例如工程界在分析设计一个新系统时，通常先进行数学仿真和物理仿真实验，最后再到现场作实物实验。
数学仿真比物理仿真简单、易行。
用数学仿真来分析和设计一个实际系统时，必须有一个描述系统特征的模型。
对于许多复杂的工业控制过程，建模往往是最关键和最困难的任务。
②预测或预报实际系统的某些状态的未来发展趋势。
预测或预报基于事物发展过程的连贯性。
③对系统实行最优控制。
运用控制理论设计控制器或最优控制律的关键或前提是有一个能表征系统特征的数学模型。
在建模的基础上，再根据极大值原理，动态规划，反馈、解耦，极点配置、自组织、自适应和智能控制等方法，设计各种各样的控制器或控制律。
系统建模主要用于3个方面对于同一个实际系统，人们可以根据不同的用途和目的建立不同的模型。
但建立的任何模型都只是实际系统原型的简化，因为既不可能也没必要把实际系统的所有细节都列举出来。
如果在简化模型中能保留系统原型的一些本质特征，那么就可认为模型与系统原型是相似的，是可以用来描述原系统的。
因此，实际建模时，必须在模型的简化与分析结果的准确性之间作出适当的折衷，这是建模遵循的一条原则。
2.3建立数学模型的目的（1）进行工业过程优化操作(2)控制系统方案的设计和仿真研究。
(3)控制系统的调试和控制器参数的整定。
(4)作为模型预测控制等先进控制方法的数学模型。
(5)工业过程的故障检测与诊断。
(6)设备启动与停车的操作方案。
3. 系统仿真技术3.1 系统仿真技术概述自动控制系统是由被控对象，测量变送装置和控制器组成的。
当选定测量变送装置和执行器后，对自动控制系统惊醒设计和分析研究，也就是对被控对象的动态特性惊醒分析和研究，然后根据被控对象的动态特性惊醒控制器的设计，以求获得满足性能指标要求的最优控制系统。
在控制器类型确定后，分析和研究控制系统的主要目的之一是获得控制器的最佳整定参数。