(完整版)双闭环比值控制系统---毕业课程设计

《过程控制》

课程设计报告

题目：双闭环比值控制系统的分析与设计

姓名：王飞

学号：

专业：自动化

年级：2010级

指导教师：李天华

目录

1 任务书 1

1.1设计题目 --- 1

1.2设计任务 --- 1

1.3原始数据 --- 2

1.4设计内容 --- 2

2 研究背景 3

3 研究意义 4

4 研究内容 4

5 论文组织 5

5.1衰减曲线法整定主动量回路控制器参数 -- 5

5.2反应曲线法整定从动量回路控制器参数 -- 8

5.3双闭环比值控制系统仿真及性能测试 --- 11

5.4双闭环比值控制系统的抗干扰能力检验 - 13

6 双闭环比值控制与串级控制的区别，以及各自的优缺点 --- 16 6.1双闭环比值控制与串级控制的区别 ----- 16

6.2双闭环比值控制的优、缺点 17

6.3串级控制的优、缺点 ----- 17

7 总结 17

8 参考文献 ------ 17

附录：双闭环比值控制最终整定结果(Simulink图) 18

1任务书

1.1设计题目

双闭环比值控制系统的分析与设计

1.2设计任务

在现代工业生产过程中，要求两种或多种物料流量成一定比例关系；一旦比例失调，会影响生产的正常进行，影响产品质量，浪费动力，造成环境污染，甚至产生生产事故。如：燃烧过程中，往往要求燃料量与空气量需按一定比例混合后送入炉膛；制药生产中要求药物和注入剂按比例混合；造纸过程中为保证纸浆浓度，要求自动控制纸浆量和水量比例；水泥配料系统等等。

凡是两个或多个变量自动维持一定比值关系的过程控制系统，统称为比值控制系统。

主动量：起主导作用而又不可控的物料流量Q1；

从动量---跟随主动量而变化的物料流量Q2；

比例系数：k=

在生产过程中，根据工艺过程容许的负荷波动幅度、干扰因素的性质和产品质量的要求不同，实现对两种物料流量比值的控制方案也不同：开环比值控制系统、单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统、变比值控制系统。

双闭环比值控制系统是由一个定值控制的主动量控制回路和一个跟随主动量变化的从动量随动控制回路组成，其流程图和方框图分别如图 1

和图2所示。通过主动量控制回路能克服主动量干扰，实现对主动量的定值控制；通过从动量控制

回路抑制作用于从动量回路的干扰，从而使主、从动量均比较稳定，能保持在一定的比值，使总物料量保持稳定。双闭环比值控制系统常用于负荷变化或总的物料变化比较平稳的工业生产过程。

本次设计要求设计一个双闭环比值控制系统。

图 1 双闭环比值控制系统流程图 图 2 双闭环比值控制系统方框图

1.3原始数据

(1)要求比值控制系统的从动量跟随主动量变化而变化，其中两个流量仪表的信号比值系数：k==4;

(2)主对象广义传递函数为：;

(3)从对象广义传递函数为： ;

(4)主动量回路和副动量回路均采用PI 控制规律;

(5)主动量每隔100s变化，幅值分别为[3 1 4 2 1].

1.4设计内容

1、采用衰减曲线法整定主动量回路控制器参数；

2、采用反应曲线法整定从动量回路控制器参数；

3、在MATLABSIMULINK环境中建立双闭环比值控制系统，并投入运行，估计系统阶跃响应曲线的超调量、上升时间和过渡过程时间；

4、检验双闭环比值控制系统的抗干扰能力：主动量和从动量分别改变10%，检验系统的抗干扰能力。

5、分析双闭环比值控制与串级控制的区别，以及各种的优缺点。

2研究背景

在现代工业生产过程中，要求两种或多种物料流量成一定比例关系；一旦比例失调，会影响生产的正常进行，影响产品质量，浪费动力，造成环境污染，甚至产生生产事故。如：燃烧过程中，往往要求燃料量与空气量需按一定比例混合后送入炉膛；制药生产中要求药物和注入剂按比例混合；造纸过程中为保证纸浆浓度，要求自动控制纸浆量和水量比例；水泥配料系统等等。

凡是两个或多个变量自动维持一定比值关系的过程控制系统，统称为比值控制系统。

主动量：起主导作用而又不可控的物料流量Q1；

从动量---跟随主动量而变化的物料流量Q2；

比例系数：k=

在生产过程中，根据工艺过程容许的负荷波动幅度、干扰因素的性质和产品质量的要求不同，实现对两种物料流量比值的控制方案也不同：开环比值控制系统、单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统、变比值控制系统。

双闭环比值控制系统是由一个定值控制的主动量控制回路和一个跟随主动量变化的从动量随动控制回路组成，其流程图和方框图分别如图 3 和图4所示。通过主动量控制回路能克服主动量干扰，实现对主动量的定值控制；通过从动量控制

回路抑制作用于从动量回路的干扰，从而使主、从动量均比较稳定，能保持在一定的比值，使总物料量保持稳定。双闭环比值控制系统常用于负荷变化或总的物料变化比较平稳的工业生产过程。

图 3 双闭环比值控制系统流程图

图 4 双闭环比值控制系统方框图

3研究意义

通过Matlab软件仿真双闭环比值控制系统，从而掌握双闭环比值控制系统的基本概念，组成结构；通过仿真，掌握双闭环比值控制系统主动量回路和从动量控制回路的参数整定。掌握工程软件Matlab软件的使用，为将来更深入的学习提供便利。

4 研究内容

图 5 双闭环比值控制系统方框图在MATLABSIMULINK环境整定双闭环比值控制系统控制参数，其系统方框图如图5所示

原始数据：

(1)要求比值控制系统的从动量跟随主动量变化而变化，其中两个流量仪表的信号比值系数：k==4;

(4)主对象广义传递函数为：;

(5)从对象广义传递函数为：;

(4)主动量回路和副动量回路均采用PI 控制规律;

(5)主动量每隔100s变化，幅值分别为[3 1 4 2 1].