的变量作为被控参数，间接反映产品质量生产过程的实际情况。总结选取被控参数的基本原则是首先考虑选择对产品产量和质量安全生产经济运行和环境保护具有决定性作用可直接测量的工艺参数为被控参数当直接参数不易测量，或其测量滞后很大时，应选择个易于测量，与直接参数有单值关系的间接参数作为被控参数同时兼顾工艺上的合理性和所用仪表的性能及经济性。综上所述，本次论文设计中，不考虑任何滞后环节，所以我们选择加热炉的出口温度为被控参数。控制变量的选择在控制系统中，把用来克服干扰对被控参数的影响，实现控制作用的变量称为控制变量也称操纵变量。在过程控制中最常见的控制变量是介质的流量。在有些生产过程中，控制变量是很明显的。但在有些生产过程中，影响被控参数的外部变量有几个，这些输入变量中，有些允许控制，有些则不允许控制。从理论上讲，所有允许控制的变量都可选作为控制变量，但在单输入单输出系统中只能有个控制变量。原则上，在考虑生产过程特点和产品特点的情况下，要从所有允许控制的变量中尽可能地选择个对被控参数影响显著控制性能好的输入变量作为控制变量。从控制原理的观点来看，从所有允许控制的变量中选出个作为控制变量，需要分析比较不同的控制通道和不同的扰动通道对系统特性和控制品质的影响，作出合理的选择。选择控制变量也是选择正确的控制通道。当控制变量选定以后，其他所有未被选中的变量均被视为系统的干扰。控制变量与干扰都作用于被控过程，都会引起被控参数的变化。干扰变量通过干扰通道作用于被控过程，使被控参数偏离设定值，对控制质量起着破坏作用控制变量通过控制通道作用于被控过程，使被控参数回复到设定值，起着校正作用。控制变量和干扰变量对被控参数的影响都与过程的特性密切相关。因此，要认真分析被控过程的特性，选择合适的控制变量，提高系统的控制品质。控制变量选择的般原则控制变量应是可控的，即工艺上允许调节的变量。控制变量般应比其他干扰对被控参数的影响灵敏。被控过程存在多个时间常数，在选择设备及控制参数是，应尽量使时间常数错开，使其中个时间常数比其他时间常数大很多，同时注意减小其他时间常数。在选择控制变量时，除了从提高控制品质的角度考虑外，还要考虑工艺的合理性与生产效率及生产过程的经济性。般不宜选择生产负荷作为控制变量，因为生产负荷直接关系到产品的产量或者用户的需求，不允许控制。另外，从经济性考虑，应尽可能地降低物料与能量的消耗。综上所述，本次论文设计中，不考虑任何滞后环节，所以我们选择燃料压力为控制变量。被控过程数学模型的建立建立被控过程数学模型的基本方法有二种，即机理法和实验测试法。机理法机理法建模是根据生产过程中实际发生的变化机理，写出相关的平衡方程，如物质平衡方程能量平衡方程动量平衡方程，以及反映流体流动传热化学反应等基本规律的运动方程物性参数方程和些设备的特性方程，从中获得所需的数学模型。机理法建模的首要条件是必须对生产过程的机理有充分的了解，并且能够比较准确地用数学语言加以描述。机理法建模需要充分而可靠的先验知识，如果先验知识不充分，就无法得到正确的数学模型。机理法的最大优点是能在还没有系统设备之前就得到被控过程的数学模型，这对于控制系统方案的设计与比较十分有利。机理法建模的基础是物质与能量平衡关系，利用物质与能量平衡的基本关系及相应的物理化学定理，列写出相应的代数微分方程，并进行定的运算变换即可得到需要的传递函数。由于原始的机理方程往往比较复杂，需要进行简化才能获得实用的数学模型。常用的简化方法有以下三种是开始就引入简化假定，使复杂的方程简化二是在得到较复杂的高阶方程后，用低阶方程去近似三是对得到的原始模型进行仿真，得到系列响应曲线如阶跃响应曲线或频率特性，再用低阶模型近似。许多被控过程内在机理比较复杂，人们对过程的变化机理知之甚少，很难用机理法得到简洁的数学模型。在计算机普遍应用以前，几乎无法用机理法建立复杂过程的动态数学模型。随着计算机技术的发展和普及，被控过程数学模型的研究有了迅速的发展。只要机理清楚，就可以利用计算机求解出几乎任何复杂过程的数学模型。用机理法建模时也会出现模型中有些参数难以确定的情况，这是可以用辨识方法把这些参数估计出来，最后得到被控过程实用的数学模型。测试法测试法建模通过对被控过程输入输出的实测数据进行数学处理后求得其数学模型，这种方法也称为系统辨识。用测试法建模时，可以在不十分清楚内部机理的情况下，把被研究的对象视为个黑匣子，完全通过外部测试来描述它的特性。被控过程的动态特性只有当它处于变动状态下才对外表现出来。为了获得过程的动态特性，必须使被控过程处于被激励的状态，例如对被控过统中，主副调节器正反作用的选择方法是首先根据工艺要求决定调节阀的气开气关形式，并决定副调节器的正反作用然后再依据主副过程的正反形式最终确定主调节器的正反作用方式。由图可以得到，从生产工艺安全出发，燃料油调节阀选用气开式，即旦出现故障或气源断气，调节阀应完全关闭，切断燃料油进入加热炉，确保设备安全。对于副调节器，当燃料压力增加时，测量信号增大，为保证副回路为负反馈，此时调节阀应关小，要求副调节器输出信号减小。按照测量信号增大，输出信号减小的原则要求，副调节器应为反作用方式。对于主调节器，当副参数升高时，主参数也升高，故主调节器应为反作用方式。调节阀的确定由前文得，从生产工艺安全出发，燃料油调节阀选用气开式，即旦出现故障或气源断气，调节阀应完全关闭，切断燃料油进入加热炉，确保设备安全得以保证。调节阀按其工作能源形势可分为气动电动和液动三类。气动调节阀用压缩空气作为工作能源，主要特点是能在易燃易爆环境中工作，广泛地应用于化工炼油等生产过程中电动调节阀用电源工作，其特点是能源取用方便，信号传递迅速，但难以在易燃易爆环境中工作液动调节阀用液压推动，推力很大，般生产过程中很少使用。故本设计采用了气动调节阀，且为气开形式。串级控制系统的参数整定串级控制系统从整体上来看是定值控制系统，要求主参数有较高的控制精度。但副回路是随动系统，要求副参数能准确快速地跟随主调节器输出的变化。主副回路的原理不样，对主副参数的要求也不同，通过正确的参数整定，可取得理想的控制效果。串级控制系统主副调节器的参数整定方法有逐步逼近法两步整定法和步整定法。逐步逼近法是种依次整定主回路副回路，然后循环进行，逐步接近主副回路最佳整定的种方法。但是逐步逼近法费时费力，在实际中很少使用。两步整定法是按照串级控制系统主副回路的情况，先整定副控制器，后整定主控制器的方法。此法虽然比逐步逼近法简化了调试过程，但还是要做两次衰减曲线法的实测。对两步整定法进行简化，在总结实践经验的基础上，提出了步整定法，就是根据经验先将副控制器次放好，不再变动，然后按照般单回路控制系统的整定方法直接整定主控制器参数。为了简便起见，本设计采用步整定法。所谓步整定法，就是根据经验先确定副调节器的参数，然后将副回路作为主回路的个环节，按单回路反馈控制系统的整定方法整定主调节器的参数。具体的正定步骤为在工况稳定，系统为纯比例作用的情况下，根据这关系式，通过副过程放大系数，求取副调节器的比例放大系数或按经验选取，并将其设置在副调节器上。按照单回路控制系统的任种参数整定方法来整定主调节器的参数。改变给定值，观察被控制量的响应曲线。根据主调节器放大系数和副调节器放大系数的匹配原理，适当调整调节器的参数，使主参数品质最佳。④如果出现较大的振荡现象，只要加大主调节器的比例度或增大积分时间常数，即可得到改善。对于该温度串级控制系统，在定范围内，主副控制器的增益可以相互匹配。根据表，可以大致确定副控制器的增益及比例带。表常见对象的副控制器比例带的经验法方案总结方案的单回路控制系统有干扰时，输出信号改变阀门开度，进而改变燃料流量，燃料通过调节阀，燃料压力改变，其过程时间常数大，可达到很长时间。因此等到出口温度改变后，再改变操纵变量，动作不及时，偏差在较长时间内不能被消除。方案二的串级控制系统中，由于引进了副回路，不仅能迅速克服作用于副回路内的干扰，也能加速克服主回路的干扰。副回路具有先调初调快调的特点主回路具有后调细调慢调的特点，对副回路没有完全克服干扰的影响能彻底加以消除。由于主副回路相互配合，使控制质量显著提高。与单回路控制系统相比，串级控制系统多用了个测量变送器与个控制器调节器，增加的投资并不多对计算机控制系统来说，仅增加了个测量变送器，但控制效果却有显著的替换高。其原因是在串级控制系统中增加了个包含二次扰动的副回路，使系统改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率对二次扰动有很强的克服能力提高了对次扰动的克服能力和对回路参数变化的自适应能力。综上所述，串级控制系统明显优于单回路控制系统。第四章仿真实验综合上文所述，下面对单回路控制系统以及串级控制系统分别进行仿真实验。在加热炉温度压力串级控制系统中，构成以出口温度为主变量，燃料压力为副变量的串级控制系统，根据经验及先验知识，可得其中主副对象的传递函数和为单回路控制系统仿真研究未加校正装置的控制系统加热炉温度控制设计是个反复调整测试的过程，使用能大大简化这过程，未加校正装置时，系统控制器传递函数为，根据式及式，此时应建立如图所示的模型图未加校正装置单回路控制系统仿真图通过仿真可得到系统阶跃响应波形如图所示图未加校正装置单回路控制仿真波形图由上图可知，未加校正装置时，系统仿真结果并不理想，为了达到尽可能理想的控制效果，必须加以校正并进行合适的参数整定。加入校正装置后的控制系统未加校正装置时，系统仿真结果并不理想，在加入校正装置后，在图的基础上，可以建立如图所示的模型图单回路控制系统仿真图对调节器进行整定，采用经验法，经过不断试验，当调节器输入比例，积分，微分时，如图所示系统阶跃响应达到比较满意的效果，系统阶跃响应如图所示。图调节器控制参数图校正后单回路控制仿真波形图经过计算，可得到本系统各项指标如下超调量调节时间对应误差带稳态误差。可见，各项技术指标均达到要求。串级控制系统仿真研究未加校正装置的串级控制系统串级控制设计是个反复调整测试的过程，使用能大大简化这过程，未加校正装置时，系统主副控制器传递函数为