过程控制课程设计报告
锅炉控制系统设计目录一、概述-----------------------------------------------------------------------3二、工业锅炉控制系统的基本任务和要求--------------------------------------------3 2．1给水控制系统----------------------------------------------------------------3 2．2过热蒸汽温度的调节系统------------------------------------------------------4 2．3燃烧调节系统----------------------------------------------------------------4 2．4锅炉的主要设计参数----------------------------------------------------------4 三、工业锅炉自动控制系统方案的设计----------------------------------------------5 3．1给水控制系统----------------------------------------------------------------5 3．1．1 锅炉汽包给水控制对象的特点3．1．2锅炉汽包给水控制对象的动态特性3．1．3测量给水控制系统仪表的选择3．1．4给水控制系统的设计3．1．5给水控制系统的工作原理及SAMA图3．2过热蒸汽温度的调节系统-----------------------------------------------------10 3．2．1过热蒸汽温度的调节系统对象的动态特性3．2．2测量过热蒸汽温度仪表的选择3．2．3过热蒸汽温度的调节系统的设计3．2．4过热蒸汽温度串级控制系统的工作原理3．3燃烧调节系统---------------------------------------------------------------12 3．3．1燃烧调节系统的对象动态特性3．3．2测量燃烧调节系统仪表的选择3．3．3燃烧调节系统的设计3．3．4燃烧控制系统的工作原理及炉膛负压子系统的SAMA图四、锅炉的报警系统-------------------------------------------------------------15五、设计小结-------------------------------------------------------------------16六、参考文献------------------------------------------------------------------ 16一、概述工业锅炉的生产任务是根据用户的要求，产生具有一定参数（温度和压力）的蒸汽或热水。
为了满足用户的要求以及保证锅炉本身运行的安全性和经济性，工业锅炉主要有以下五项调节任务[2]：（1）保持汽包中的水位在规定范围内；（2）保持燃烧的经济性和保证锅炉运行的安全性；（3）保持炉膛负压在规定范围内；（4）使锅炉蒸发量迅速适应用户的需要；（5）稳定蒸汽或热水的温度和压力。
工业锅炉自动控制主要包括以下4个方面：（1）自动检测自动地检查和测量反映锅炉运行情况的参数和设备状态，如给水流量、蒸汽流量、炉膛负压、蒸汽压力、排烟温度、锅炉水位等。
（2）程序控制使锅炉的起动、停止以及正常运行等一系列操作自动化，程序是根据操作顺序和条件编制的，如燃油锅炉是按先起动鼓风机、再起动油泵、点火和主油阀的顺序进行的。
（3）自动保护可以分为以下几种保护：（a）联锁保护（b）限值保护（c）紧急保护（d）指示和报警（4）自动调节锅炉的一些被调参数应自动地适应运行条件的变化，使锅炉保持在所要求的工况下运行。
二、工业锅炉控制系统的基本任务和要求2．1给水控制系统给水控制系统的任务是保证汽包水位在容许的范围内，并兼顾锅炉的平稳运行。
被调量是汽包水位，调节量是给水流量，它主要考虑汽包内部物平平衡，使水量适应锅炉的蒸汽量，维持汽包中水位在工艺允许范围内。
锅炉在低负荷（30%额定负荷）运行时，使用单冲量给水控制系统；当锅炉负荷大于30%额定负荷时，自动切换为串级三冲量控制系统。
为使水位信号测量更为准确，对水位信号要求通过汽包压力P b进行修正。
2．2过热蒸汽温度的调节系统汽温控制主要是过热汽温控制。
其基本任务是维持过热器出口温度在允许范围之内，并保证管理温度不超过允许工作温度，要求采用串级控制。
由于大型锅炉的过热器是在接近过热器金属的极限温度的条件下运行的，金属管强度的安全系数不大，过热蒸汽温度过高会降低金属管的强度，影响设备的安全；而温度过低又会使热效率下降。
同时过热蒸汽温度也是影响安全生产的重要因素，维持过热蒸汽温度相对稳定显得极为重要。
2．3燃烧调节系统锅炉燃烧过程自动控制的基本任务是既要提供适当的热量以适应蒸汽负荷的需要，又要保证燃烧的经济性和运行的安全性，即使燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需要；使燃料量与空气量之间保持一定比例，以保证经济燃烧，使引风量与送风量相适应，以保证炉膛负压稳定。
为此设置了如下三个相互关联控制系统。
（1）主蒸汽压力与流量的串级调节系统以主被调量为出口蒸汽压力P M，副被调量为燃料流量所组成的串级调节系统。
这系统带有燃料阀后压力选择性调节。
为保证燃烧器的正常运行，当燃烧器前（调节阀后）的压力P BM低于某数值时，压力调节器PC发出大信号，通过高值选择器的切换动作，取代正常工况的蒸汽压力调节器去控制燃料调节阀，从而使P BM保持在一定数值，不致过低而产生熄火。
当锅炉带固定负荷时，锅炉负荷由定值器给定。
此时，燃料流量决定于定值器的输出信号，而与汽压调节器的输出无关。
（2）以烟气含氧量作为燃烧经济性指标，送风调节是以烟气含氧量为主被调量，而以风量F（风量信号经风温度校正）为副被调量的串级调节系统。
烟气含量的定值随锅炉负荷改变。
（3）带有送风调节器的输出为前馈信号，以炉膛负压P f为被调节量，引风量为调节量的前馈-反馈复合调节系统。
为了保证燃料在动态过程中完全燃烧，在系统中应用高值选择器1和低值选择器2以实现加负荷时先加风，后加燃料，减负荷时先减燃料后减风。
为了消除蒸汽流量、空气流量、锅炉汽包水位和炉膛负压等被测信号的脉动，可采用阻尼器f(t)以平滑高频脉动干扰，使整个控制系统工作平稳。
2．4锅炉的主要设计参数最大连续蒸发量： 35t/h主蒸汽压力： 3900kPa主蒸汽温度： 450℃省煤器进口给水温度 150℃热风温度160℃冷风温度30℃排烟温度：140℃锅炉设计效率：85.7%三、工业锅炉自动控制系统方案的设计3．1给水控制系统3．1．1 锅炉汽包给水控制对象的特点影响锅炉汽包水位的因素很多，不仅受到给水量（锅炉的输入量）和蒸汽量（流出量）之间平衡关系的影响，同时还要受到汽水循环管路中汽水混合物内汽水容积变化的影响。
因为锅炉汽包中的液位H值不仅反映了汽包（包括水循环的管路）中的蓄水容积，也反映了水面下汽泡的容积。
水面下汽泡的容积又和锅炉的负荷和蒸汽的压力有关。
所以影响锅炉汽包水位变化的因素是很多的，概括起来有四个方面[2]：一是给水方面的扰动，包括给水母管压力的变化和给水调节阀开度的变化；二是蒸汽负荷的变化；三是燃料量的变化，还包括影响燃料发热量变化的种种因素；四是汽包压力变化，压力变化对汽包水位的影响是通过汽包内部汽水系统的“自凝力”和自“蒸发力”过程起作用的。
工业锅炉汽水系统结构图如图1-1所示。
汽包及蒸发管系中贮藏着蒸汽和水，贮藏量的多少是以被控制量水位表征的，汽包的流入量是给水量，流出量是蒸汽量，当给水量等于蒸汽量时，汽包水位就恒定不变。
引起水位变化的主要扰动是蒸汽流量的变化和给水流量的变化。
如果只考虑主要扰动，那么汽包水位调节对象的动态特性可表示为：（3-1）式中 h——汽包水位的高度；T W——给水流量项的时间常数，s；T D——蒸汽流量项的时间常数，s；K W——给水流量项的放大系数；K D——蒸汽流量项的放大系数；D——锅炉蒸汽流量，kg/s；W——锅炉给水流量，kg/s；T1、T2——时间常数，s.；3．1．2锅炉汽包给水控制对象的动态特性3．1．2．1汽包水位在给水流量作用下的动态特性如果蒸汽负荷不变，给水流量产生变化时，汽包水位调节对象运动方程式可以表示为：（3-2）将上列微分方程式两边进行拉氏变换后可得到下式：（3-3）从上式中，可以得到汽包水位调节对象在给水流量作用下的传递函数：（3-4）在工程上，对于中压以下的锅炉，给水流量项的时间常数一般较小，常常可以忽略不计，因此上式可以简化为：（3-5）式中称为反应速度，即给水流量改变单位流量时水位的变化速度。
3．1．2．2汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性在给水量不变化的情况下，当负荷蒸汽量发生阶跃变化时，汽包水位调节对象的动态特性微分方程式，可以从（3-1）式导出：（3-6）对微分方程式进行拉氏变换得：（3-7）所以，在蒸汽流量扰动下汽包水位调节对象的传递函数为：（3-8）上式化简可看作两个动态环节的并联组成，即：（3-9）式中因此，在蒸汽流量扰动下，汽包水位调节的动态特性曲线如图2-2所示。
3．1．2．3汽包水位在燃料量扰动下的动态特性汽包水位在燃料量B扰动下的响应曲线如图2-3所示。
当燃料量增加时，锅炉的吸热量增加，蒸发量增大，如果用汽量不增大，则随着汽包压力的增大，汽包输出蒸汽量也增大，于是蒸发量大于给水量，暂时产生了汽包进出口工质流量的不平衡。
由于水面下的蒸汽容积增大，此时也会出现虚假水位现象，但由于燃烧率的增加也将同时导致汽包压力的上升，它会使汽包体积减小，另外由于热惯性，燃料量的增加只使蒸汽量D缓慢增加，故虚假水位现象要比D扰动下缓和得多。
3．1．3测量给水控制系统仪表的选择3．1．3．1测量给水流量仪表的确定在给水控制系统中，调节量是给水流量，流量的测量和控制是一个重要热工参数。
流体的流量直接反映设备效率、负荷高低等运行情况。
因此连续测量和监测流体的流量对于热力设备的安全、经济运行有着重要意义。
流量测量的方法很多，在工业锅炉中所用的流量仪表[3]可归纳为三大类：（1）容积式流量计其共同特点是：都有一个精密的、已知体积大小的测量腔室。
按运动部件的形状不同，有椭圆齿轮流量计，腰轮流量计和刮板流量计等。
（2）速度式流量计包括了除容积式流量计以外的其他各种工作原理的流量测量仪表。
其共同特点是：它们都是利用某一物理参数与流体的速度或体积流量之间的对应关系来实现流量测量的。
过程控制课程设计报告
过程控制课程设计报告设计题目：液氨蒸发器温度控制器设计学号：110210124姓名：王希进指导教师：谢玮信息与电气工程学院二零一四年十一月液氨蒸发器温度控制器设计1. 设计任务液氨蒸发器主、副对象的传递函数分别为:主、副扰动通道的传递函数分别为:试分别采用单回路控制和串级控制设计温度控制系统，具体要求如下：1） 分别进行控制方案设计，包括调节阀的选择、控制器参数整定，给出相应的 闭环系统原理图；2） 进行仿真实验，分别给出系统的跟踪性能和抗干扰性能（包括一次扰动和二 次扰动）；3） 说明不同控制方案对系统的影响。
2. 整体方案设计2.1单回路控制系统选择液氨蒸发器是一个换热设备。
它是利用液氨的汽化需要吸收大量热量，以此 来冷却流经管内的被冷物料。
工业过程的输入变量有两类：控制变量和扰动变量。
其中，干扰时客观存在 的，它是影响系统平稳操作的因素，而操纵变量是克服干扰的影响，使控制系统 重新稳定运行的因素。
操纵变量的基本原则为：选择对所选定的被控变量影响较 大的输入变量作为操纵变量；在以上前提下，选择变化范围较大的输入变量作为 控制变量，以便易于控制；在前面的基础上选择对被控变量作用效应较快的输入 变量作为控制变量，使控制系统响应较快；液氨流量方便控制，且对温度的影响 较大，故选择液氨流量作为操纵变量。
2.2串级控制系统选择串级控制系统选择主变量时要遵循以下原则：在条件许可的情况下，首先应 尽量选择能直接反应控制目的的参数为主变量； 其次要选择与控制目的有某种单 值对应关系的间接单数作为主变量；所选的主变量必须有足够的变化灵敏度。
故在本系统中选择物料温度作为主变量。
G oi (s) 1 (20s 1)(30s 1) G 02 (s) 1 0.1se 0.2s 1 G f1(s) 10.2s 1 G f2(s) 1副回路的设计质量是保证发挥串级系统优点的关键。
副变量的选择应遵循以下原则：应使主要干扰和更多的干扰落入副回路；应使主、副对象的时间常数匹配；应考虑工艺上的合理性、可能性和经济型。
过程控制课程设计报告
1．绪论过程控制通常是指连续生产过程的自动控制，是自动化技术最重要的组成部分之一。
其应用范围涵盖石油、化工、制药、生物、医疗、水利、电力、冶金、轻工、核能、环境等许多领域，在国民经济中占有重要的地位。
1．1过程控制系统的组成及特点过程控制系统通常由被控对象和过程检测仪表组成。
被控对象是指被控制的工艺生产设备装置。
常见的有：锅炉、加热炉、分馏塔、反应釜、干燥炉、压缩机、旋转窑等生产设备或储存物料的槽，罐以及传递物料的管段等。
过程检测控制仪表是指检测变送器，控制器以及执行器。
过程控制系统的特点包括：1）被控过程复杂多样，具有非线性、时变、时滞及不确定等特点，难以获得精确的过程数学模型。
2）控制过程多属缓慢过程，具有一定的时间常数和时滞，控制并不需在极短时间完成。
3）控制方案多样。
统一被控过程，因受扰动不同，需采用不同的控制方案；同一控制方案可适用于不同的生产过程控制，控制方案适应性强。
4）过程控制的常用控制形式为定值控制。
5）过程能够控制实施手段多样性。
可以方便地在计算机控制装置上实现，可以方便地在控制室或现场获得仪表的信息，可以直接进行仪表的校验和调整。
1．2 过程控制设计的发展概况近几十年来，随着自动化技术工具的发展以及新型过程控制系统的出现，设计工作的内容、程序和方法有了较大的变化。
尤其当进入20世纪80年代以后，微电子技术推动了计算机的迅猛发展，使得过程控制所采用的仪表、设备等发生了根本性的改变。
这些更促使控制工程设计工作进行全曲的调整。
在20世纪50、60年代，当时在工业过程中，尤其在石油、化工生产过程中，大量使用气动仪表，以满足防爆的要求。
而常用的控制系统仅仅是单回路反馈控制系统(简单调节系统)或少量的串级、均匀和比值控制系统。
因此控制工程设计工作相对来说较为简单。
随着电动单元组合仪表的出现，一直到DDZ—Ⅲ型仪表问世，本质安全防爆的性能，根本上满足了工业过程的防爆要求：于是，在控制工程设计中，电动仪表逐步取代气动仪表。
过程控制设计报告
星期二、三了解串级控制系统原理
星期四 、星期五设计串级控制系统
第二周
星期一、单回路系统仿真设计
星期二、串级系统仿真设计
星期三、单回路系统与串级系统性能比较
星期四、写说明书
星期五、上午：写说明书，整理资料
下午：交设计资料，答辩
参 考 文 献
过程控制与SIMULINK应用
湖南工程学院
课程设计
课程名称过程控制
课题名称串级控制系统仿真设计
专业
班级
学号
姓名
指导教师
200年月日
湖南工程学院
课程设计任务书
课程名称过程控制
课题串级控制系统仿真设计
专业班级
学生姓名
学号
指导老师
审批
任务书下达日期200年月日
任务完成日期200年月日
设计内容与设计要求
设计内容：
某隧道窑炉系统，考虑将燃烧室温度作为副变量，烧成温度为主变量，燃烧室温度为副变量的串级控制系统中主、副对象的传递函数分别为：
说 明 书 格 式
1.课程设计任务书
2.目录
3.系统总体方案选择与说明
4.结果与必要的调试说明
7.使用说明
8.程序清单
10、总结
11、参考文献
附录
附录A 系统原理图
附录B 程序清单
进 度 安 排
设计时间为两周
第一周
星期一、上午：布置课题任务，讲课及课题介绍
G01(s)=1/(30s+1)(3s+1);g02(s)=1/((10s+1)(s+1)^2);
主控制器采用比例积分控制，副控制器采用比例控制
设计要求：
过程控制的课程设计
过程控制的课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解过程控制的基本概念，掌握其核心原理；2. 使学生能够运用所学知识，分析并解决实际过程中的控制问题；3. 引导学生了解过程控制在不同领域的应用，拓展知识视野。
技能目标：1. 培养学生运用数学模型描述实际过程的能力；2. 提高学生设计简单过程控制系统并进行仿真实验的能力；3. 培养学生运用现代工具对过程控制问题进行分析和解决的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对过程控制学科的兴趣和热情，激发求知欲；2. 引导学生树立正确的工程观念，认识到过程控制在国民经济发展中的重要作用；3. 培养学生的团队合作意识和严谨的科学态度，提高责任感。
课程性质：本课程为应用性较强的学科，旨在培养学生的实际操作能力和创新精神。
学生特点：学生具备一定的物理、数学基础，具有较强的逻辑思维能力和动手能力。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，强调在实际问题中发现、分析、解决问题的能力。
通过课程学习，使学生能够将所学知识内化为具体的学习成果，为后续相关课程的学习和实际工作打下坚实基础。
二、教学内容1. 过程控制基本概念：控制系统组成、开环与闭环控制、控制系统的性能指标；2. 数学模型描述：传递函数、状态空间表示、线性系统的特性；3. 过程控制原理：PID控制算法、超前-滞后校正、串并行控制；4. 过程控制系统设计：系统建模、控制器设计、系统仿真；5. 过程控制应用案例分析：工业生产过程、生物医学工程、环境监测等领域的应用实例；6. 现代过程控制技术：智能控制、网络控制、大数据在过程控制中的应用。
教学大纲安排：第一周：过程控制基本概念及性能指标；第二周：数学模型描述及传递函数；第三周：过程控制原理及PID控制算法；第四周：过程控制系统设计及建模；第五周：过程控制应用案例分析；第六周：现代过程控制技术及其发展趋势。
教学内容与教材关联性：教学内容紧密结合教材章节，涵盖教材中过程控制的核心知识，注重理论与实践相结合，以提高学生的实际应用能力。
过程控制系统课程设计报告报告实验报告1
过程控制系统课程设计报告报告实验报告成都理工大学工程技术学院《过程控制系统课程设计实验报告》名称：单容水箱液位过程控制班级：2011级自动化过程控制方向姓名：学号：目录前言一．过程控制概述 (2)二．THJ-2型高级过程控制实验装置 (3)三．系统组成与工作原理 (5)（一）外部组成 (5)（二）输入模块ICP-7033和ICP-7024模块 (5)（三）其它模块和功能 (8)四．调试过程 (9)（一）P调节 (9)（二）PI调节 (10)（三）PID调节 (11)五．心得体会 (13)前言现代高等教育对高校大学生的实际动手能力、创新能力以及专业技能等方面提出了很高的要求，工程实训中心的建设应紧紧围绕这一思想进行。
首先工程实训首先应面向学生主体群，建设一个有较宽适应面的基础训练基地。
通过对基础训练设施的集中投入，面向全校相关专业，形成一定的规模优势，建立科学规范的训练和管理方法，使训练对象获得机械、电子基本生产过程和生产工艺的认识，并具备一定的实践动手能力。
其次，工程实训的内容应一定程度地体现技术发展的时代特征。
为了适应现代化工业技术综合性和多学科交叉的特点，工程实训的内容应充分体现机与电结合、技术与非技术因素结合，贯穿计算机技术应用，以适应科学技术高速发展的要求。
应以一定的专项投入，建设多层次的综合训练基地，使不同的训练对象在获得对现代工业生产方式认识的同时，熟悉综合技术内容，初步建立起“大工程”的意识，受到工业工程和环境保护方面的训练，并具备一定的实用技能。
第三，以创新训练计划为主线，依靠必要的软硬件环境，建设创新教育基地。
以产品的设计、制造、控制乃至管理为载体，把对学生的创新意识和创新能力的培养，贯穿于问题的观测和判断、创造和评价、建模和设计、仿真和建造的整个过程中。
本次工程实践就是针对单容水箱液位进行恒高度控制通过调试，来熟悉THJ-2型高级过程控制实验装置。
通过本次工程实践，来熟悉工业过程控制的工作流程以及其控制原理。
过程控制课设报告
课程设计报告名称：过程控制院系：班级：学号：学生姓名：同组人：指导教师：设计周数： 1 成绩：一．课程设计总体目标通过该课程设计，使学生进一步掌握过程控制课程主要内容，深入理解过程控制系统的分析与综合。
要求学生：1．了解过程控制技术与系统设计与分析的关键技术；2．了解过程控制方案的组成；3．能够进行控制系统的设计与仿真及工程实现。
二．课程设计主要内容本课程设计是为实现生产过程自动化，应用图纸资料和文字资料来表达设计思想、实验室试验、现场工程实现方法。
设计分为两个阶段：1．设计前期工作（1）查阅资料：对被控对象动态特性进行分析；确定控制系统的被调量和调节量（2）确定自动化水平：自动控制范围、控制质量指标、报警设限及手自动切换水平（3）提出仪表选型原则：包括测量、变送、调节及执行仪表的选型2．设计工作（1）根据对被控对象进行的分析，确定系统自动控制结构，给出控制系统原理图；（2）根据确定控制设备和测量取样点和调节机构，绘制控制系统工艺流程图（PID图）；（3）根据确定的自动化水平和系统功能，选择控制仪表，完成控制系统SAMA图（包括系统功能图和系统逻辑图）；（4）对所设计的系统进行仿真试验并进行系统整定（5）编写设计报告(说明书)。
三．设计正文：1．主汽温串级控制系统的基本任务和要求锅炉过热蒸汽温度是影响机组生产过程安全性和经济性的重要参数。
现代锅炉的过热器是在高温、高压的条件下工作的，过热器出口的过热蒸汽温度是机组整个汽水行程中工质温度的最高点，也是金属壁温的最高处。
过热器采用的是耐高温高压的合金刚材料，过热器正常运行的温度已接近材料所允许的最高温度。
如果过热蒸汽温度过高，容易损坏过热器，也会使蒸汽管道、汽轮机内某些零部件产生过大的热膨胀而毁坏，影响机组的安全运行。
如果过热蒸汽温度过低，将会降低机组的热效率，一般蒸汽温度降低5-10℃，热效率约降低1%，不仅增加燃料的消耗量，浪费能源，而且还将使汽轮机最后几级的蒸汽湿度增加，加速汽轮机叶片的水蚀。
过程控制课程设计
过程控制 课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解过程控制的基本概念，掌握其原理和分类。
2. 使学生掌握过程控制系统中常用的数学模型及其应用。
3. 引导学生了解过程控制系统的设计方法和步骤。
技能目标：1. 培养学生运用数学模型分析和解决过程控制问题的能力。
2. 培养学生设计简单过程控制系统的能力，能根据实际需求选择合适的控制策略。
3. 提高学生运用现代工具（如计算机软件）进行过程控制系统仿真的技能。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对过程控制学科的兴趣和热情，激发他们探索未知、勇于创新的科学精神。
2. 培养学生具备良好的团队合作意识，学会与他人共同分析问题、解决问题。
3. 引导学生认识到过程控制在工业生产、环境保护等领域的重要作用，增强他们的社会责任感和使命感。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程目标旨在让学生掌握过程控制的基本知识和技能，培养他们解决实际问题的能力。
通过课程学习，学生将能够：1. 理论联系实际，运用所学知识分析、解决过程控制问题。
2. 掌握过程控制系统的设计方法和步骤，具备一定的控制系统设计能力。
3. 提高自身的科学素养，培养良好的团队合作精神和创新意识。
4. 关注过程控制在社会生产中的应用，为我国工业发展和环境保护做出贡献。
二、教学内容1. 过程控制基本概念：包括过程控制定义、分类、发展历程及其在工业中的应用。
教材章节：第一章 绪论2. 过程控制系统数学模型：介绍控制系统的传递函数、状态空间表达式、方块图及其相互转换。
教材章节：第二章 数学模型3. 过程控制策略：讲解比例、积分、微分控制规律，以及串级、比值、前馈等复合控制策略。
教材章节：第三章 控制策略4. 过程控制系统设计方法：阐述控制系统的设计原则、步骤和方法，包括稳定性分析、性能指标和控制器设计。
教材章节：第四章 系统设计与分析5. 过程控制系统仿真：介绍过程控制系统仿真软件及其应用，通过实例演示仿真过程。
教材章节：第五章 系统仿真与实现6. 过程控制案例分析：分析典型过程控制系统的实际问题，探讨解决方案。
过程控制课程设计实验
过程控制课程设计实验一、课程目标知识目标：1. 让学生理解过程控制的基本概念，掌握过程控制系统的组成和原理；2. 使学生掌握过程控制实验的基本方法和步骤，学会使用相关仪器和设备；3. 帮助学生掌握过程控制算法，如PID控制，并能应用于实际控制系统。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识分析和解决过程控制问题的能力；2. 培养学生设计简单的过程控制系统实验方案，进行实验操作，并能对实验数据进行处理和分析；3. 提高学生团队协作和沟通表达的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对过程控制技术的兴趣和热情，激发他们探索科学技术的欲望；2. 培养学生严谨求实的科学态度，养成良好的实验习惯；3. 增强学生的环保意识，使他们认识到过程控制在节能减排和环境保护方面的重要性。
课程性质：本课程为实验课程，注重理论与实践相结合，以培养学生的实际操作能力和创新思维为主。
学生特点：学生处于高年级阶段，已具备一定的过程控制理论知识，具有一定的实验操作能力。
教学要求：教师需引导学生主动参与实验，关注实验过程中的问题，培养学生的动手能力和问题解决能力。
同时，注重培养学生的团队协作和沟通能力，提高他们的综合素质。
通过本课程的学习，使学生达到上述课程目标，为将来的学习和工作打下坚实基础。
二、教学内容1. 过程控制基本概念：控制系统组成、开环与闭环控制、控制系统的性能指标等；教材章节：第二章第一节。
2. 过程控制实验方法与步骤：实验方案设计、实验设备使用、实验数据采集与处理等；教材章节：第三章。
3. 过程控制算法：PID控制原理、参数整定方法、应用案例等；教材章节：第四章。
4. 过程控制系统设计与实践：设计简单的过程控制系统实验方案，进行实验操作，分析实验结果；教材章节：第五章。
5. 过程控制应用案例分析：分析实际工业过程控制案例，了解过程控制在不同领域的应用；教材章节：第六章。
教学内容安排与进度：第一周：过程控制基本概念；第二周：过程控制实验方法与步骤；第三周：过程控制算法；第四周：过程控制系统设计与实践；第五周：过程控制应用案例分析。
过程控制系统课程设计报告
~过程控制系统课程设计报告·题目：温度控制系统设计姓名：学号：班级：指导教师：`)温度控制系统设计一、设计任务设计电热水壶度控制系统方案，使系统满足85度至95度热饮需要。
二、预期实现目标通过按键设定温度，使系统水温最终稳定在设定温度，达到控制目标。
(三、设计方案（一）系统数学模型的建立要分析一个系统的动态特性，首要的工作就是建立合理、适用的数学模型，这也是控制系统分析过程中最为重要的内容。
数学模型时所研究系统的动态特性的数学表达式，或者更具体的说，是系统输入作用与输出作用之间的数学关系。
在本系统中，被控量是温度。
被控对象是由不锈钢水壶、2Kw电加热丝组成的电热壶。
在实验室，给水壶注入一定量的水，将温度传感器放入水中，以最大功率加热水壶，每隔30s采样一次系统温度，记录温度值。
在整个实验过程中，水量是不变的。
经过试验，得到下表所示的时间-温度表：表1 采样时间和对应的温度值采样时间t 8 》910 11 12 13 温度值℃64·7279869398以采样时间和对应的温度值在坐标轴上绘制时间-温度曲线，得到图1所示的曲线： <图1 时间-温度曲线采用实验法——阶跃响应曲线法对温箱系统进行建模。
将被控过程的输入量作一阶跃变化，同时记录其输出量随时间而变化的曲线，称为阶跃响应曲线。
从上图可以看出输出温度值的变化规律与带延迟的一阶惯性环节的阶跃曲线相似。
因此我们选用()1ske G s Ts τ-=+（式中：k 为放大系数；T 为过程时间常数；τ为纯滞后时间）作为内胆温度系统的数学模型结构。
（1）k 的求法：k 可以用下式求得：()(0)y y k x ∞-=（x ：输入的阶跃信号幅值）]（2）过程时间常数T 和滞后时间τ可用两点法求得：T=)](1ln[)](1ln[2*1*12t y t y t t ---- τ=)](1ln[)](1ln[)](1ln[)](1ln[2*1*2*11*2t y t y t y t t y t ------ 选取系统终值100℃，t 1=90s ，对应)(1*t y =，t 2=300s ，对应)(2*t y =得到K=，T=, τ=系统开环传递函数：K=11388.0+S^（二）基于MATLAB 的PID 仿真(1)PID 控制算法目前大部分温度控制器还是采用PID 控制算法，PID 控制是比例—积分—微分控制，PID 控制是最早发展起来的、应用领域至今仍然广泛的控制策略之一。
过程控制系统课程设计报告
过程控制系统课程设计报告题目：温度控制系统设计姓名：学号：班级：指导教师：温度控制系统设计一、设计任务设计电热水壶度控制系统方案，使系统满足85度至95度热饮需要。
二、预期实现目标通过按键设定温度，使系统水温最终稳定在设定温度，达到控制目标。
三、设计方案（一）系统数学模型的建立要分析一个系统的动态特性，首要的工作就是建立合理、适用的数学模型，这也是控制系统分析过程中最为重要的内容。
数学模型时所研究系统的动态特性的数学表达式，或者更具体的说，是系统输入作用与输出作用之间的数学关系。
在本系统中，被控量是温度。
被控对象是由不锈钢水壶、2Kw电加热丝组成的电热壶。
在实验室，给水壶注入一定量的水，将温度传感器放入水中，以最大功率加热水壶，每隔30s采样一次系统温度，记录温度值。
在整个实验过程中，水量是不变的。
经过试验，得到下表所示的时间-温度表：表1 采样时间和对应的温度值以采样时间和对应的温度值在坐标轴上绘制时间-温度曲线，得到图1所示的曲线：图1 时间-温度曲线采用实验法——阶跃响应曲线法对温箱系统进行建模。
将被控过程的输入量作一阶跃变化，同时记录其输出量随时间而变化的曲线，称为阶跃响应曲线。
从上图可以看出输出温度值的变化规律与带延迟的一阶惯性环节的阶跃曲线相似。
因此我们选用()1ske G s Ts τ-=+（式中：k 为放大系数；T 为过程时间常数；τ为纯滞后时间）作为内胆温度系统的数学模型结构。
（1）k 的求法：k 可以用下式求得：()(0)y y k x ∞-=（x ：输入的阶跃信号幅值）（2）过程时间常数T 和滞后时间τ可用两点法求得：T=)](1ln[)](1ln[2*1*12t y t y t t ----τ=)](1ln[)](1ln[)](1ln[)](1ln[2*1*2*11*2t y t y t y t t y t ------选取系统终值100℃，t 1=90s ，对应)(1*t y =0.36，t 2=300s ，对应)(2*t y =0.86得到K=0.8，T=138.1, τ=28.3系统开环传递函数：K=11388.0+S（二）基于MATLAB 的PID 仿真(1)PID 控制算法目前大部分温度控制器还是采用PID 控制算法，PID 控制是比例—积分—微分控制，PID 控制是最早发展起来的、应用领域至今仍然广泛的控制策略之一。